Chỳng tụi cho một nhúm học sinh làm thử một đề kiểm tra trong đú cú đưa thờm một phần cõu hỏi thiết kế được chiếm 4/10 điểm. Trong 10 học sinh, gần như khụng cú em nào chịu làm phần này vỡ thấy quỏ khú hoặc cú một số em học giỏi cú chỳ ý đến nhưng khụng làm được gỡ đỏng kể. Hụm sau, chỳng tụi khụng sửa bài như thường lệ, mà đưa ra một gợi ý quan trọng và cú đến 9/10 em cú thể tự hoàn tất phần cụng việc trước đú cỏc em khụng tự mỡnh làm được. Dưới đõy là đề kiểm tra phần cõu hỏi biờn soạn được bổ sung.
BÀI KIỂM TRA SỐ 1
Bài 1. Hỡnh vẽ bờn mụ tả cấu trỳc của một pin
kiềm dạng nhỏ được dựng làm nguồn cung cấp điện năng cho một số đồng hồ đeo tay thường thấy. Trong pin gồm hai lớp bột nhóo đặt cỏch nhau bởi một lớp vải xốp. Một lớp gồm bột Zn trộn với KOH, lớp cũn lại gồm Ag2O trộn với than chỡ. Cỏc bỏn phản ứng xảy ra ở hai nửa pin như sau:
Zn (r) + 4OH [Zn(OH)4]2(l) + 2e Ag2O(r) + H2O(l) + 2e 2Ag(r) + 2OH(l)
a. Chỉ rừ trong hai lớp cho trong hỡnh vẽ bờn, lớp nào là lớp Ag2O trộn với than chỡ, lớp nào là lớp Zn trộn với KOH.
Cho biết lớp nào là catot, lớp nào là anot của pin.
b. Viết phương trỡnh của toàn bộ phản ứng xảy ra trong pin khi nú hoạt động. c. Sức điện động của pin này ở nhiệt độ phũng là 1,5V. Muốn thắp sỏng một búng đốn 3V thỡ cần cần bao nhiờu viờn pin kiềm kiểu này? Hóy vẽ sơ đồ làm việc của một mạch điện gồm hai pin kiềm như trờn, một búng đốn, một cụng tắc và dõy dẫn.
Bài 2. Sự gỉ của sắt thộp trong mụi trường là một hiện tượng khỏ quen thuộc trong
20% sản lượng thộp để thay thế cỏc vật dụng làm bằng sắt do bị gỉ. Điều này gõy tỏc động một cỏch đỏng kể lờn nền kinh tế nước Mỹ cũng như nhiều nước khỏc trờn thế giới. Sự gỉ của sắt là một quỏ trỡnh điện hoỏ tự xảy ra trong tự nhiờn. Bờn cạnh cú xảy ra cỏc quỏ trỡnh oxi hoỏ khử cũn cú sự sản sinh ra dũng điện đi kốm quỏ trỡnh ăn mũn. Cỏc bỏn phản ứng xảy ra ở hai điện cực khi thanh kim loại tiếp xỳc với dung dịch chất điện li được mụ tả như sau: tại một điện cực, nguyờn tử sắt nhường electron để trở thành cation Fe2+ trong khi tại điện cực cũn lại, oxi thu nhận electron tạo ra anion OH.
a. Viết cỏc bỏn phản ứng xảy ra tại mỗi điện cực đồng thời chỉ rừ điện cực nào là catot, điện cực nào là anot.
b. Viết phương trỡnh phản ứng húa học xảy ra cho toàn bộ quỏ trỡnh ăn mũn sắt và tớnh sức điện động của pin điện hoỏ tạo ra ở điều kiện chuẩn biết 2
0 Fe / Fe E = 0,44 V; 2 0 O /OH E = 1,23V.
c. Theo phương trỡnh phản ứng húa học viết được thỡ sản phẩm tạo ra là Fe(OH)2 nhưng trong thực tế, bạn cú thể dễ dàng quan sỏt thấy gỉ sắt cú màu đỏ nõu với thành phần là Fe2O3.nH2O chứ khụng phải là Fe(OH)2. Hóy giải thớch hiện tượng này.
Bài 3. Natri được sản xuất trong cụng nghiệp bằng cỏch điện phõn muối ăn ở trạng thỏi núng chảy. Sơ đồ bỡnh điện phõn được cho ở hỡnh vẽ bờn.
a. Cho biết điện cực nào là catot, điện cực nào là anot của bỡnh điện phõn Down.
Viết cỏc quỏ trỡnh xảy ra ở catot
và anot. Cho biết quỏ trỡnh nào là quỏ trỡnh oxi húa, quỏ trỡnh nào là quỏ trỡnh khử. b. Biết rằng trong hai điện cực sử dụng chế tạo bỡnh điện phõn, một điện cực làm từ sắt, một điện cực làm từ than chỡ. Cho biết điện cực nào làm từ sắt, điện cực nào làm từ than chỡ.
c. Tại sao hệ thống thu kim loại Natri được lắp đặt phớa trờn bề mặt bỡnh điện phõn mà khụng phải là ở phớa dưới đỏy bỡnh điện phõn như trong điện phõn núng chảy nhụm oxit?
d. Tại sao hệ thống ống dẫn natri và bỡnh thu natri núng chảy luụn được đặt trong mụi trường khớ trơ.
---
Chỳng tụi xin quay lại vấn đề nhiều học sinh cảm thấy sợ và khụng thớch làm những bài toỏn kiểu như thế này trong lần đầu tiờn. Sau đõy là một số nguyờn nhõn chớnh:
1. Đõy là dạng bài tập khỏ xa lạ với học sinh của chỳng ta, những học sinh chỉ quen giải toỏn để vượt qua ỏp lực thi cử. Cỏc em vốn quen với cỏc bài tập nặng về tớnh toỏn chứ khụng quen với cỏc bài tập nặng về tư duy húa học và ứng dụng. 2. Cú nhiều chi tiết được bổ sung làm cho đề bài rất dài, nhưng lại khụng cần cho việc giải bài toỏn dễ làm cho cỏc em phõn tỏn tư duy và cho rằng cỏc bài này quỏ khú để hoàn tất được.
Tuy nhiờn, bắc giàn sử dụng cỏc bài tập này đi kốm với sự hỗ trợ từ phớa giỏo viờn lại mang đến một số ớch lợi lớn cho người học mà cú thể cỏc em chưa nhận ra, một phần do tõm lớ học là để thi. Sau đõy là một số ớch lợi và một số hỗ trợ theo kiểu “bắc giàn” từ phớa giỏo viờn trong cỏc bài tập này:
1. Cỏc học sinh được cung cấp thờm một số thụng tin bổ ớch mà cú thể cỏc em khụng cú cơ hội để đọc hoặc chưa đọc. Cỏc phần này khụng bắt buộc là phải cú, nhưng sự cú mặt của nú sẽ giỳp người học biết thờm một số kiến thức về ứng dụng của húa học trong đời sống một cỏch vụ thức, khụng tạo gỏnh nặng.
2. Cỏc em được cung cấp thờm một số thụng tin hỗ trợ cần thiết cho việc hoàn tất bài làm một cỏch đơn giản hơn. Đõy là kiểu hỗ trợ qua “ngụn ngữ viết”, một dạng mới mà chỳng tụi mạnh dạn đưa vào bắc giàn vỡ bắc giàn thường gắn liền với ngụn ngữ núi.
3. Cỏc vấn đề đều được nhắc đến khỏ chi tiết, khụng đỏnh đố người học. Thường kốm theo hỡnh vẽ cú tỏc dụng hỗ trợ cỏc em.
4. Cỏc em được rốn luyện một số kĩ năng liờn quan đến ngụn ngữ như: đọc, hiểu, hành văn. Cấu trỳc cõu trả lời đó được định hướng trờn cõu hỏi giỳp người học lựa chọn cấu trỳc cho cõu trả lời một cỏch thoải mỏi, khụng lỳng tỳng.
Chỳng ta sẽ phõn tớch cụ thể từng khớa cạnh một trong cỏc bài tập đó đưa ra. Những khú khăn học sinh gặp phải thường chỉ xảy ra lần đầu, khụng cú tớnh hệ thống nờn chỳng tụi khụng nhắc lại nữa. Thay vào đú, chỳng tụi sẽ chỉ rừ những ưu điểm cú hệ thống trong việc bồi dưỡng năng lực tự học thụng qua sử dụng dạy học vựng phỏt triển gần.
Bài 1. Bài này cú một số điểm chỳ ý sau:
1. Giỳp học sinh hiểu thờm về viờn pin đồng hồ họ đeo trờn tay hàng ngày, hoặc cỏc viờn pin tương tự sử dụng trong cỏc bo mạch chủ của mỏy tớnh. Mở rộng hiểu biết là phần khụng thể thiếu trong bắc giàn.
2. Trờn hỡnh vẽ đó ghi dấu (+) ở nắp và dấu () ở vỏ thộp của pin cho phộp học sinh dự đoỏn cỏc cực của pin. Một số học sinh phõn tớch kĩ mụ hỡnh sẽ giải quyết được phần này nhưng khụng nhiều. Giỏo viờn cú thể gợi ý ngay trong phần này mà khụng phải quỏ lo lắng: “Lớp đệm cỏch điện khụng cho lớp trờn tiếp xỳc với vỏ thộp, lớp trờn tiếp xỳc với nắp, lớp dưới tiếp xỳc với vỏ qua đỏy pin. Cỏc em cú thể dự đoỏn được lớp nào là cực õm, lớp nào là cực dương chứ?”
Phần tiếp theo, học sinh cũng đó được cung cấp hướng dẫn khi cỏc quỏ trỡnh oxi húa khử đó được viết đầy đủ. Chỉ cần hiểu được cực õm phúng ra electron, cực dương thu nhận electron cỏc em cú thể xỏc định được , lớp nào là lớp Ag2O trộn với than chỡ, lớp nào là lớp Zn trộn với KOH. Phần này giỏo viờn cho học sinh suy nghĩ để trả lời là tốt nhất.
3. Học sinh phải đọc kĩ đề kết hợp phõn tớch hỡnh vẽ để cú thể rỳt ra bản chất của vấn đề là việc xỏc định catot, anot của pin gắn liền với cỏc quỏ trỡnh oxi húa khử ở cỏc điện cực.
Đỏp ỏn.
a. Nắp pin là cực dương, lớp trờn tiếp xỳc trực tiếp với nắp pin nờn lớp trờn là cực dương của pin. Phần vỏ pin là cực õm, tiếp xỳc trực tiếp với lớp dưới nờn lớp dưới là cực õm của pin.
Cỏc quỏ trỡnh xảy ra khi pin hoạt động:
(1) Zn (r) + 4OH [Zn(OH)4]2(l) + 2e (2) Ag2O(r) + H2O(l) + 2e 2Ag(r) + 2OH(l)
Cực õm là điện cực tại đú phúng ra electron, lớp Zn trộn KOH sẽ là cực õm. Cực dương là điện cực thu nhận electron, lớp Ag trộn than chỡ là cực dương. Catot là điện cực tại đú xảy ra quỏ trỡnh oxi húa, tức quỏ trỡnh nhường electron, nờn lớp Zn trộn KOH đúng vai trũ là catot.
Anot là điện cực tại đú xảy ra quỏ trỡnh khử, tức quỏ trỡnh thu nhận electron, nờn lớp Ag trộn than chỡ là anot.
b. Cỏc quỏ trỡnh xảy ra ở mỗi điện cực khi pin hoạt động: Anot Zn (r) + 4OH [Zn(OH)4]2(l) + 2e Catot Ag2O(r) + H2O(l) + 2e 2Ag(r) + 2OH(l) Phương trỡnh của toàn bộ phản ứng xảy ra trong pin:
Zn(r) + H2O(l) + 2OH(dd) [Zn(OH)4]2(dd) + 2Ag(r) Dạng phõn tử:
Zn(r) + H2O(l) + 2KOH(dd) K2[Zn(OH)4]2(dd) + 2Ag(r)
c. Sức điện động mỗi viờn pin là 1,5V. Để thắp sỏng một búng đốn 3V thỡ chỳng ta cần hai pin mắc nối tiếp nhau.
Bài 2. Đõy cũng là một bài toỏn cú nhiều điểm đặc biệt, cho dự cỏc vấn đề miờn quan đến ăn mũn thộp cacbon theo cơ chế điện húa đó được viết trong sỏch giỏo khoa khỏ tỉ mỉ.
1. Giỳp học sinh hiểu được tỏc hại mà ăn mũn kim loại gõy ra đối với con người trong sản xuất, đời sống.
2. Trong phần đề bài, cỏc quỏ trỡnh xảy ra như thế nào cũng đó được chỉ rất rừ nờn cú thể coi nhà là đó hỗ trợ từ trước: “tại một điện cực, nguyờn tử sắt nhường
electron để trở thành cation Fe2+ trong khi tại điện cực cũn lại, oxi thu nhận electron tạo ra anion OH”.
O2(k) + 4e + 2H2O(k) 4OH(dd)
Tuy nhiờn, sự hỗ trợ ở đõy vẫn cú điểm dừng đủ để người học phải tự mỡnh tỡm cõu trả lời đỳng. Chẳng hạn như đoạn sau của phần vừa trớch dẫn, núi oxi thu nhận electron tạo ra anion OHnhưng người học cũng phải chỳ ý đến vai trũ của nước. 3. Cỏc dữ kiện cần thiết cho việc giải bài tập này được cung cấp rất đầy đủ trong giới hạn cho phộp của một đề kiểm tra như xuất xứ vấn đề, cỏc số liệu bổ sung cho người học. Họ chỉ việc đọc, phõn tớch, tra cứu cỏc số liệu sẵn cú để giải quyết vấn đề mà khụng nặng nề việc thuộc lũng. Chỳng tụi rất thớch điểm này vỡ nú giống với quan điểm mới của UNESCO về dạy học. Rằng chương trỡnh dạy học được thiết kế theo hướng “trang bị cho người học cỏc cụng cụ, cỏc khỏi niệm, và cỏc phương phỏp tham khảo tài liệu”.[41]
4. Trong bài này, sự giỳp đỡ đó được rỳt đi đỏng kể khi người học phải tự mỡnh suy nghĩ thờm một số vấn đề ngay từ cõu a, tiếp đú là cõu c cũng phải suy nghĩ thực sự khi muốn giải thớch sự tạo thành Fe2O3.nH2O từ Fe(OH)2. Thật ra, phản ứng này học sinh cũng cú thể nhớ được nhưng đưa vào một bối cảnh giàu tớnh ứng dụng, tỡm hiểu như thế này cũng cú ớch lợi.
Đỏp ỏn:
a. Catot là điện cực tại đú xảy ra quỏ trỡnh khử: Fe(), catot: Fe(r) Fe2+(dd) + 2e Anot là điện cực tại đú xảy ra quỏ trỡnh oxi húa
C(+), anot : O2(k) + 4e + 2H2O(l) 4OH(dd) b. Phương trỡnh phản ứng húa học xảy ra khi pin hoạt động: 2Fe(r) + O2(k) + 2H2O(l) 2Fe(OH)2(r)
Sức điện động của pin ở điều kiện chuẩn:
Epin = E+ E = 1,23 V (0,44 V) = 1,67 V.
c. Sản phẩm tạo ra khi pin hoạt động là Fe(OH)2, nhưng trong thực tế gỉ sắt cú màu đỏ nõu với thành phần là Fe2O3.nH2O. Nguyờn nhõn là do Fe(OH)2 cú tớnh khử nờn bị oxi oxi húa thành Fe(OH)3.
2Fe(OH)2(r) + 1
2O2(k) + (n 1)H2O(l) Fe2O3.nH2O
Bài 3. Bài này thỡ đặc biệt hơn bài kia, vỡ học sinh đó được học về điện phõn trước đú. Thành ra ta cú thể sử dụng nú như một bài tập giờ luyện tập hoặc như một bài học mới dưới dạng bắc giàn theo một bột khung định sẵn ở phần điều chế natri khi dạy về kim loại kiềm.
Vỡ số lượng bài tập húa học rất nhiều, trong khi việc dạy ứng dụng trờn lớp ở trường phổ thụng cũng khụng được chỳ ý lắm. Ở bài này, chỳng ta cú thể thay đổi khụng khớ học tập phần ứng dụng bằng cỏch giải quyết bài tập số 3 ngay khi học về điều chế kim loại kiềm, đại diện là natri. Giỏo viờn cú thể cần đến hỡnh vẽ mụ hỡnh bỡnh điện phõn núng chảy NaCl ở khổ A4 và phiếu học tập.
Một số em học tốt cú thể tự mỡnh làm lấy mà khụng cần sự giỳp đỡ vỡ bài này khụng khú lắm. Tuy nhiờn, những bài khụng khú phải là những bài cú yờu cầu cao về sử dụng ngụn ngữ, một nhõn tố phục vụ đắc lực cho việc trao đổi kiến thức khoa học và tự học. Sỏch giỏo khoa cũng đó cho sơ đồ và cỏc kiến thức cơ bản liờn quan nờn khả năng nhiều học sinh làm được bài này là cao. Tuy nhiờn, trong cỏc cõu hỏi cũn yờu cầu sử dụng kiến thức cơ bản để lớ giải một số vấn đề về kĩ thuật của bỡnh điện phõn Down. Đấy chớnh là cỏi phỏt triển của bài so với kiến thức cơ bản.
Đỏp ỏn:
a. Catot là điện cực tại đú xảy ra quỏ trỡnh khử: Na+(l) + 1e Na(l)
, đú là điện cực nối với cực õm.
Anot là điện cực xảy ra quỏ trỡnh oxi húa: 2Cl(l) 2e + Cl2(k)
, đú là điện cực nối với cực dương.
b. Bề mặt anot cú khớ clo thoỏt ra nờn anot khụng thể làm bằng sắt, sắt sẽ tỏc dụng với clo làm nhiễm bẩn chất lỏng điện phõn. Vậy, anot làm bằng than chỡ cũn catot làm bằng vũng sắt.
c. Natri núng chảy nhẹ hơn NaCl núng chảy nờn nú nổi lờn phớa trờn. Do đú, hệ thống thu kim loại cũng được lắp phớa trờn bỡnh điện phõn.
d. Hệ thống thu natri phải đặt trong mụi trường khớ trơ vỡ natri là kim loại hoạt động mạnh, dễ bị oxi húa bởi hơi nước và oxi khụng khớ.
Na + O2 Na2O
Na + H2O NaOH + H2
Với thời gian làm bài khoảng 45 phỳt, việc hoàn tất cỏc bài tập này lần đầu tiờn đối với nhúm học sinh mà chỳng tụi thử nghiệm là khỏ khú khăn. Trong một khoảng thời gian nhỏ hơn, chỉ với 15 phỳt thỡ đa số học sinh khụng thể hoàn tất được một lỳc hai bài tập kiểu như thế này. Đú cũng là lớ do trong cỏc bài kiểm tra thực nghiệm sư phạm chỳng tụi chỉ sử dụng mỗi cõu hỏi tự luận theo mẫu như trờn cho mỗi đề kiểm tra kết hợp một cõu hỏi dễ nhằm tạo thuận lợi về mặt tõm lớ cho cỏc em. 2. Thử nghiệm lần thứ hai
Bài tập húa học thỡ cú nhiều, nhưng bài tập để thực hiện bắc giàn là rất ớt. Điều mà học giả Mike Askew, Mercer quan tõm là liệu sau khi giỏo viờn rỳt đi sự giỳp đỡ, học sinh cú thể tự mỡnh hoàn tất cụng việc? Chỳng tụi đó tiến hành thử nghiệm để nghiờn cứu vấn đề này thụng qua việc thờm một số cõu hỏi biờn soạn được vào đề kiểm tra như sau:
BÀI KIỂM TRA SỐ 2
Cõu hỏi 1. Mộtpin điện húa được tạo ra từ hai điện cực Rh3+/Rh, Cu+/Cu trong
đú nồng độ mỗi ion Rh3+, Cu+ đều là 1 M. Thế điện cực chuẩn của cỏc điện cực tạo nờn pin ở hỡnh vẽ bờn được cho dưới đõy: