xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần hóa đại cương vô cơ huấn luyện học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế

Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng và hệ thống các bài thực hành có chất lượng cao và khai thác sử dụng một cách có hiệu quả, đúng đối tượng thì có thể góp phần nâng cao kĩ năng thực hành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

NGUYỄN THỊ NHUNG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG NHỮNG BÀI THỰC NGHIỆM PHẦN HÓA ĐẠI CƯƠNG

VÔ CƠ HUẤN LUYỆN HỌC SINH GIỎI

CẤP QUỐC GIA, QUỐC TẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI − 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

NGUYỄN THỊ NHUNG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG NHỮNG BÀI THỰC NGHIỆM PHẦN HÓA ĐẠI CƯƠNG VÔ CƠ HUẤN LUYỆN HỌC SINH GIỎI CẤP QUỐC GIA, QUỐC TẾ

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý

MỤC LỤC

Mở đầu 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 2

3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

5 Giả thuyết khoa học 4

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Đóng góp mới của đề tài 5

8 Cấu trúc luận văn 5

Chương 1: Tổng quan cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài 6

1.1 Hoạt động nhận thức 6

1.2 Năng lực sáng tạo của học sinh trong thực hành hoá 8

1.3 Cơ sở lý luận, thực tiễn công tác bồi dưỡng HSG ở trường THPT Chuyên 10

1.4 Một số vấn đề lý luận về làm thực hành hoá ở trường THPT Chuyên 14

1.5 Nội dung thực hành đã đề cập trong chương trình phổ thông, đề thi học sinh giỏi quốc gia và olympic hoá học quốc tế 17

1.6 Nhận xét bài thi thực quốc gia và quốc tế 22

Tiểu kết chương 1 23

Chương 2: Một số bài thực hành rèn luyện kĩ năng cho học sinh giỏi quốc gia, quốc tế 24

2.1 Cơ sở lý thuyết chung 24

2.1.1 Phân tích định lượng 24

2.1.2 Động học phản ứng 31

2.2 Phân tích nội dung bài thực hành vô cơ trong kì thi ICho 35

2.3 Một số bài thực hành đại cương vô cơ đề xuất 39

Bài 1: Xác định hằng số tốc độ phản ứng bậc 2: Sự xà phòng hoá etyl axetat 40

Bài 2: Xác định hằng số tốc độ phản ứng bậc 1: Phản ứng phân huỷ H2O2 với xúc tác MnO2 43

Bài 3: Nghiên cứu cân bằng hoá học của phản ứng khử ion Fe3+ bằngion I- 47

Bài 4: Nghiên cứu sự phân bố chất tan giữa hai dung môi không trộn lẫn CH3COOH trong hệ dung môi H2O/CCl4 51

Bài 5: Tổng hợp vô cơ - Điều chế natri thiosunfat 55

Bài 6: Chuẩn độ gián tiếp xác định thành phần hợp kim 57

Tiểu kết chương 2: 61

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm 62

3.1 Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm 62

3.2 Nội dung và phương pháp thực nghiệm 62

3.3 Tổ chức thực nghiệm 63

3.4 Kết quả thực nghiệm, xử lý và đánh giá số liệu 68

Tiểu kết chương 3 68

Kết luận chung 69

Tài liệu tham khảo 71

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2 Bộ GD & ĐT Bộ giáo dục và đào tạo

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Giáo dục Việt Nam thế kỉ XXI đang đứng trước những thời cơ và thách thức lớn Sự phát triển nhảy vọt của khoa học và công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin và truyền thông đã và đang đưa nhân loại bước sang một giai đoạn phát triển mới - thời đại của nền kinh tế tri thức

Trước xu thế hội nhập và toàn cầu hóa đang diễn ra mạnh mẽ như một tất yếu của dòng chảy thời đại, phát huy nguồn lực con người chính là yếu tố cơ bản, là nền tảng để thực hiện mục tiêu tăng trưởng kinh tế, phát triển xã hội Đảng và nhà nước ta đã xác định phát triển Giáo dục và Đào tạo là quốc sách hàng đầu

Để thực hiện được chủ trương đó, một trong những nhiệm vụ trọng yếu là bồi dưỡng tri thức, phát huy tiềm năng ẩn chứa trong mỗi con người Đặc biệt là đào tạo bồi dưỡng thế hệ trẻ để các em có thể phát huy tối đa năng lực và tri thức đóng góp cho công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước Trước yêu cầu đó, hệ thống trường THPT chuyên đã được thí điểm triển khai, từng bước khẳng định ưu thế và

mở rộng ở khắp các vùng miền trong cả nước, trở thành những cái nôi quan trọng góp phần bồi đắp nguyên khí cho nước nhà

Trong chương trình THPT chuyên, môn hóa học là môn khoa học thực nghiệm và lí thuyết Với mục tiêu giúp HS nắm vững những kiến thức khoa học phổ thông cơ bản về các chất, sự biến đổi các chất, mối liên hệ qua lại giữa công nghệ HH, môi trường và con người Thông qua đó, hình thành kĩ năng của môn học như: kỹ năng quan sát, phân tích, so sánh, phán đoán, tính toán, thực hành thí nghiệm

Kì thi học sinh giỏi quốc gia và quốc tế được tổ chức hàng năm nhằm tìm kiếm và phát triển những tài năng hoá học cho đất nước Nội dung bài thi quốc gia các năm trước chỉ dừng lại ở các bài thi lý thuyết đại cương vô cơ và hữu cơ tức là mới chỉ đề cập đến một phần mặc dù khá quan trọng của môn khoa học kì diệu này Trong khi đó bài thi olympic quốc tế bao gồm cả hai phần rất quan trọng thực hành

và lý thuyết Chương trình thi của Icho khá rộng và có một số vấn đề khác biệt so

với chương trình dạy học môn hóa ở các chương trình cơ bản, nâng cao Việc huấn luyện HSG cho kì thi các cấp thường nặng về lí thyết và ít có các nội dung thực nghiệm Thực tế, kết quả thực hành của HS Việt Nam thường không cao trong các

kỳ thi Olympic hóa học quốc tế Từ hai năm trở lại đây, Bộ GD&ĐT đã có chủ trương tổ chức thi thực hành Đây là cơ hội để thúc đẩy các nội dung hóa học có ứng dụng và rèn luyện kỹ năng thực hành cho học sinh Trên cơ sở đó chúng tôi đã

chọn đề tài "Xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần hoá đại cương vô

cơ huấn luyện học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế" nhằm thúc đẩy một bước các

nghiên cứu tăng cường kỹ năng thực hành và thu hút hứng thú của học sinh

2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình đào tạo nâng cao trình độ giáo viên cho các trường THPT đã

có một số luận văn, luận án về tuyển chọn, xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập dùng để bồi dưỡng HSG, học sinh lớp chuyên Hóa như:

Luận văn Thạc sĩ của tác giả Nguyễn Tiến Hoàn: "Hệ thống lí thuyết, bài tập cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học dùng bồi dưỡng HSG, HS chuyên hóa học", bảo vệ 2006 tại trường ĐHSP Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ của tác giả Nguyễn Thị Lan Phương: "Hệ thống lí thuyết - Xây dựng hệ thống bài tập phần kim loại dùng cho bồi dưỡng HSG và chuyên hóa học THPT", bảo vệ 2008 tại trường ĐHSP Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ của tác giả Nguyễn Thị Toàn: "Tăng cường năng lực tự học cho học sinh chuyên hóa học bằng tài liệu tự học có hướng dẫn theo modun (phần hóa học vô cơ) lớp 12 - THPT", bảo vệ 2009 tại trường ĐHSP Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ của tác giả Bùi Hương Giang: "Tuyển chọn, xây dựng và

sử dựng hệ thống bài tập lí thuyết phản ứng hóa học dùng bồi dưỡng học sinh giỏi

và học sinh lớp 10 chuyên hóa", bảo vệ năm 2010 tại trường ĐHSP Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ của tác giả Phạm Kim Ngân: "Xây dựng hệ thống bài tập

trong dạy học hóa học hữu cơ lớp 11 chuyên hóa theo hướng dạy học tích cực", bảo

vệ năm 2010 tại trường ĐHSP Hà Nội

Luận án của Tiến sĩ Vũ Anh Tuấn: "Xây dựng hệ thống bài tập hóa học nhằm rèn luyện tư duy trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học ở trường phổ thông", bảo vệ năm 2003 tại trường ĐHSP Hà Nội

Mới đây nhất là luận án của Tiến sĩ Nguyễn Thị Ngà: "Xây dựng và sử dụng tài liệu tự học có hướng dẫn theo mođun phần kiến thức cơ sở hoá học chung - chương trình THPT chuyên hoá học góp phần nâng cao năng lực tự học cho học sinh", bảo vệ năm 2010 tại trường ĐHSP Hà Nội

Nhìn chung, các tác giả đã nghiên cứu và tổng hợp khá toàn diện về lí luận của việc xây dựng và sử dụng BTHH cho HSG, HS chuyên hóa theo PPDH tích cực Đồng thời đã đưa ra hệ thống lí thuyết, bài tập và biện pháp sử dụng nhằm bồi dưỡng HSG hóa có hiệu quả Tuy nhiên, chưa có luận án nào đề cập đến phần thực nghiệm Kết quả học sinh giỏi Icho của Việt Nam luôn đứng thứ hạng cao từ những năm đầu tham gia đấu trường quốc tế, điều đó chứng tỏ sự

nỗ lực rất lớn của cả Thầy và trò đội tuyển Olympic trong thời gian ôn luyện tập trung rất ngắn đặc biệt là phần thực hành bởi học sinh phổ thông rất ít được tiếp cận với bài thực hành, nếu có cũng chỉ là mô phỏng hoặc xem giáo viên làm, trang thiết

bị PTN còn thô sơ và nhiều thiếu thốn Năm 2011 -2012 trong đề thi quốc gia bắt đầu xuất hiện bài tập dưới dạng mô tả thực hành, năm nay 2012 - 2013 một số môn học như Vật lý, Hoá học, Sinh hoc chính thức có buổi thi thứ ba làm thực hành

Để giúp các em trong đội tuyển HSG quốc gia và cao hơn nữa là HSG olympic hoá học quốc tế có tài liệu tham khảo về các bài thực hành, đặc biệt là chuẩn bị cho kì thi Icho lần thứ 46 tổ chức năm 2014 tại Việt Nam nội dung đề tài xin được lấy tiêu

đề "Xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần hoá đại cương vô cơ huấn

luyện học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế"

3 Mục đích nghiên cứu và nhiệm vụ nghiên cứu

3.1 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần đại cương vô cơ giúp cho học sinh chuyên hoá, học sinh yêu thích môn hoá rèn luyện kĩ năng thực

hành từ cơ bản đến nâng cao tham gia các kì thi trong khu vực, quốc gia và cao hơn

là olympic hoá học quốc tế nhất là cho kì thi Icho 2014 tổ chức tại Việt Nam

3.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về khảo sát đặc điểm của HSG QG nói chung và HSG quốc gia tham dự đội tuyển Icho nói riêng

- Phân tích nội dung bài thực hành trong các đề thi Olympic hoá học quốc tế các năm gần đây

- Xây dựng, hệ thống một số bài thực hành đại cương vô cơ dành cho học sinh giỏi quốc gia và dự tuyển quốc tế

- Tổ chức thực nghiệm sư phạm, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc xây dựng, hệ thống các bài thực hành ở trên

4 Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4 1 Khách thể nghiên cứu

Nội dung các bài thi HSG quốc gia, dự tuyển quốc tế và Olympic hoá học quốc tế

4 2 Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống các bài thực hành trong các kì thi Icho các năm gần đây Xây dựng một

số bài sử dụng làm tài liệu nguồn cho đội tuyển vòng 1 và vòng 2 học sinh giỏi hoá

4.3 Phạm vi nghiên cứu

Phần thực hành hoá học đại cương vô cơ trong các kì thi olympic hoá học quốc tế các năm gần đây dành cho HS dự thi quốc gia môn hoá và HSG quốc gia tham dự kì thi HSG quốc tế

5 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng và hệ thống các bài thực hành có chất lượng cao và khai thác (sử dụng) một cách có hiệu quả, đúng đối tượng thì có thể góp phần nâng cao kĩ năng thực hành cho các em học sinh, phần mà các em luôn cảm thấy còn bỡ ngỡ và non kém, nâng cao hứng thú học tập và chất lượng DHHH cho HSG hóa và có thế

góp phần làm tăng chất lượng HSG quốc gia, quốc tế

6 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

6.1 Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của đề tài

- Tìm hiểu tài liệu có liên quan đến luận văn: sách, giáo trình, báo, tạp chí, nội dung chương trình hoá học chuyên sâu, các bài tập chuẩn bị và các đề thi HSG quốc tế các năm gần đây

- Sử dụng phối hợp các phương pháp phân tích, tổng hợp, phân loại, hệ thống hóa, khái quát hóa

6.2 Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Điều tra đặc điểm của HS dự thi học sinh giỏi hóa

- Quan sát, dự giờ, trao đổi với các giáo viên dạy đội tuyển hóa nhằm phát hiện vấn đề nghiên cứu

- Tham khảo ý kiến của các GV có kinh nghiệm giảng dạy các lớp chuyên hóa

- Thực nghiệm sư phạm

6.3 Nhóm phương pháp thống kê toán học

- Xử lí kết quả thực nghiệm sư phạm

7 Đóng góp mới của đề tài

- Xây dựng, hệ thống một số bài thực hành phần đại cương vô cơ bám sát chương trình chuyên sâu dành cho HS dự tuyển quốc gia môn hóa và học sinh dự tuyển Olympic hoá học quốc tế

- Đề xuất phương pháp sử dụng hệ thống bài thực hành đã xây dựng và tuyển chọn nhằm phát triển kĩ năng thí nghiệm, tư duy sáng tạo của HSG trong đội tuyển quốc gia hóa nói chung và học sinh dự tuyển Olympic quốc tế nói riêng

8 Cấu trúc của luận văn

NỘI DUNG Chương 1 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Hoạt động nhận thức [14], [16], [27]

1.1.1 Khái niệm nhận thức

Theo quan điểm triết học Mác - Lênin, nhận thức là quá trình phản ánh biện chứng hiện thực khách quan vào trong bộ óc của con người, có tính tích cực, năng động, sáng tạo, trên cơ sở thực tiễn

Theo "Từ điển Bách khoa Việt Nam", nhận thức là quá trình biện chứng của

sự phản ánh thế giới khách quan trong ý thức con người, nhờ đó con người tư duy

và không ngừng tiến đến gần khách thể Như vậy, nhận thức là một trong ba mặt cơ bản của đời sống tâm lý con người (nhận thức, tình cảm và hành động) Nó là tiền

đề của hai mặt còn lại và có ảnh hưởng tới các hiện tượng tâm lý khác [14]

Tư duy là một quá trình tâm lý phản ánh những thuộc tính bản chất, những

mối liên hệ bên trong có tính quy luật của sự vật, hiện tượng trong hiện thực khách quan mà trước đó ta chưa biết

Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của tư duy là tính “có vấn đề”

Tư duy chỉ xuất hiện khi con người gặp và nhận thức được tình huống “có vấn đề” Tức là tình huống chứa đựng một mục đích, một vấn đề mới mà những hiểu biết cũ, hành động cũ tuy còn cần thiết nhưng không đủ sức giải quyết và muốn giải quyết vấn đề mới đó, con người phải tư duy

1.1.2 Rèn luyện năng lực nhận thức của học sinh trong quá trình dạy và thực hành hoá học

1.1.2.1 Rèn luyện năng lực quan sát

Năng lực quan sát là khả năng tri giác có chủ định, diễn ra tương đối độc lập và lâu dài của con người nhằm phản ánh đầy đủ, rõ rệt các sự vật, hiện tượng và những biến đổi của chúng

Cùng với sự phát triển, phức tạp dần lên của đời sống xã hội và của các thao tác lao động, quan sát trở thành một mặt tương đối độc lập của hoạt động và trở

thành một phương pháp nghiên cứu khoa học cũng như nhận thức thực tiễn trong đó

có quá trình dạy và học hoá học Thật vậy, muốn ham mê, yêu thích và học giỏi hoá học thì phải có năng lực quan sát, vì hoá học là khoa học gắn liền với thực nghiệm, phải thông qua thực nghiệm để làm rõ các vấn đề lý thuyết đồng thời cũng phải thông qua thực nghiệm để đi đến một số vấn đề lý thuyết mới Do đó, không có năng lực quan sát thì học sinh sẽ không thể học giỏi hoá học ngay cả đối với những học sinh có khả năng tư duy tự nhiên tốt

Năng lực quan sát ở mỗi học sinh một khác nhau, thể hiện ở mức độ tri giác nhanh chóng, chính xác những điểm quan trọng, chủ yếu, đặc sắc của sự vật, hiện tượng nói chung và các sự kiện, hiện tượng hoá học nói riêng Vì vậy, thông qua các bài thực hành hoá học giáo viên có nhiều cơ hội rèn luyện năng lực quan sát cho học sinh Khi quan sát, giáo viên cần hướng dẫn, yêu cầu học sinh làm tốt các đề xuất sau:

1 Xác định rõ mục đích, ý nghĩa, yêu cầu, nhiệm vụ quan sát

2 Chuẩn bị chu đáo (cả về tri thức và phương tiện) trước khi quan sát

3 Tiến hành quan sát có kế hoạch và có hệ thống

4 Khi quan sát cần tích cực sử dụng phương tiện ngôn ngữ hoá học

5 Khuyến khích và tạo điều kiện cho học sinh sử dụng nhiều giác quan khi quan sát nhưng phải đảm bảo an toàn

6 Cần ghi lại các kết quả quan sát, xử lý những kết quả đó và rút ra những kết luận cần thiết

1.1.2.2 Rèn luyện các thao tác tư duy

Có năng lực quan sát tốt, ghi nhận được chính xác sự biến đổi của sự vật, hiện tượng nhưng không biết xâu chuỗi các hiện tượng đó lại với nhau và đưa ra những kết luận cần thiết cũng như thể hiện quan điểm cá nhân thì chưa đủ mà cần phải có tư duy Vì không có tư duy thì không có sự tiếp thu, không có sự vận dụng tri thức, HS không học tập được Do đó, phát triển tư duy đồng nghĩa với việc rèn luyện các thao tác tư duy là điều vô cùng quan trọng và cần thiết Dạy và học HH có nhiều cơ hội để thực hiện nhiệm vụ đó Tư duy ở mức độ cao hơn có thể được xuất hiện trong các bài thực hành hoá học chuyên sâu

1.2 Năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy thực hành hóa học

1.2.1 Năng lực sáng tạo của học sinh

* Khái niệm về năng lực

"Năng lực là những khả năng vận dụng các kĩ năng và kĩ xảo học được hoặc sẵn có của cá thể nhằm giải quyết các tình huống xác định cũng như sự sẵn sàng về động cơ, xã hội và khả năng vận dụng các cách giải quyết vấn đề một cách có trách nhiệm và hiệu quả trong những tình huống linh hoạt"

* Khái niệm về sáng tạo

Theo từ điển tiếng Việt thông dụng: "Sáng tạo là tạo ra giá trị mới, giá trị đó có ích hay có hại tùy theo quan điểm của người sử dụng và đối tượng nhận hiệu quả dùng"[16]

* Những quan niệm về năng lực sáng tạo của học sinh

Dựa vào 2 khái niệm trên chúng ta có thể có những quan niệm về năng lực sáng tạo cho học sinh như sau:

- Năng lực tự chuyển tải tri thức và kĩ năng từ lĩnh vực quen biết sang tình huống mới, vận dụng kiến thức đã học trong điều kiện hoàn cảnh mới

- Năng lực biết đề xuất giải pháp khác nhau khi phải xử lí tình huống, khả năng huy động các kiến thức cần thiết để đưa ra giả thuyết hay các dự đoán khác nhau khi phải lí giải một hiện tượng

Như vậy, năng lực sáng tạo chính là khả năng tư duy và thực hiện thành công những điều mới, chưa có khuôn mẫu Đó là, khả năng ứng dụng, liên hệ một cách thành thạo và linh hoạt, luôn phù hợp với điều kiện thực tế khách quan; biết và đề ra những cái mới từ những kiến thức, những bài học được tiếp thu để xử lý các vấn đề phát sinh đạt hiệu quả tối ưu

Đối với học sinh phổ thông những gì liên quan đến bài giảng mà các em "tự nghĩ ra" khi giáo viên chưa dạy, hoặc chưa trao đổi với bạn bè đều có thể coi là sáng tạo[16]

1.2.2 Những biểu hiện của năng lực sáng tạo của học sinh

Trong quá trình học tập của HS, sáng tạo là yêu cầu cao nhất trong 4 cấp độ nhận thức: biết, hiểu, vận dụng, sáng tạo Mỗi HS có thể có những biểu hiện tích cực thể hiện năng lực sáng tạo của mình như:

- Biết tìm ra cách giải quyết mới, ngắn gọn hơn đối với một vấn đề quen thuộc

- Biết tự tìm ra vấn đề, tự phân tích, tự giải quyết đúng với những bài tập mới, vấn đề mới

- Biết phát hiện vấn đề mấu chốt, tìm ra ẩn ý trong những câu hỏi, bài tập hoặc vấn đề nào đó

- Biết tận dụng tri thức thực tế để đưa ra nhiều phương án mới đơn giản, phù hợp thực tế

- Biết vận dụng tri thức khoa học vào thực tế để đưa ra những sáng kiến, làm tăng hiệu quả lao động

- Biết kết hợp các thao tác tư duy và các phương pháp phán đoán, đưa ra kết luận chính xác ngắn gọn nhất

- Biết thiết kế linh hoạt một vấn đề, dự kiến nhiều phương pháp giải quyết phổ biến hay phức tạp

- Biết kết hợp phương tiện thông tin, khoa học kĩ thuật

- Mạnh dạn đề xuất những cái mới không theo đường mòn và không theo những quy tắc đã có

- Biết biện hộ và phản bác một vấn đề

1.2.3 Biện pháp rèn luyện

Sáng tạo là một bước nhảy vọt trong sự phát triển năng lực nhận thức của

HS Năng lực nói chung và năng lực sáng tạo nói riêng không phải là bẩm sinh, mà được hình thành và phát triển trong quá trình hoạt động của chủ thể Bởi vậy muốn hình thành năng lực sáng tạo cho HS, người GV phải dựa vào các biện pháp hữu hiệu sau để rèn luyện năng lực sáng tạo cho HS:

- Lựa chọn một logic nội dung thích hợp để có thể chuyển kiến thức khoa học thành kiến thức của HS, phù hợp với trình độ HS

- Tạo động cơ hứng thú, tình huống có vấn đề để HS sáng tạo

- Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới Trong quá trình xây dựng kiến thức mới, chú ý chỉ ra những khía cạnh có thể vận

dụng sáng tạo Tập cho HS suy nghĩ về những kiến thức đã có, chỗ nào phải đưa ra kiến thức mới và giải pháp mới

- Tổ chức hoạt động sáng tạo khi luyện tập, giải bài tập sáng tạo, làm các bài thực hành tương ứng với kiến thức vừa được học để kiểm nghiệm thực tế từ đó có niềm tin vào khoa học và kích thích khả năng sáng tạo của học sinh Ngoài việc vận dụng một số khái niệm, kiến thức đã học, học sinh phải có những ý kiến độc lập mới mẻ

- Luyện tập sự suy luận, phỏng đoán và xây dựng giả thuyết

- Rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo liên hệ giữa lí thuyết với thực tiễn

- Kiểm tra, đáng giá động viên khuyến khích kịp thời những biểu hiện sáng tạo của HS[21] [23]

1.3 Cơ sở lý luận, thực tiễn công tác bồi dưỡng HSG ở trường THPT Chuyên

1.3.1 Vị trí, vai trò của công tác bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường THPT:

Năm 2012 đoàn HSG của Việt Nam tham dự kì thi Olympic khu vực châu

á và quốc tế đã xuất sắc dành được 29 tấm huy chương, trong đó đội tuyển hoá học

có 4/4 em đều đạt giải bao gồm 1 huy chương vàng, 2 huy chương bạc và 1 huy chương đồng[31] Không chỉ mang vinh quang về cho Tổ quốc và ngành giáo dục Việt Nam, kết quả này còn thể hiện chất lượng HSG của nước nhà ngày càng tăng

và đồng đều ở các địa phương Có được thành tích này phần lớn dựa trên nền kiến thức của học sinh các trường THPT chuyên các tỉnh, thành phố trên cả nước Sự nỗ lực của Thầy và Trò trong hệ thống các trường chuyên đã góp phần làm cho chất lượng giáo dục Việt Nam dần tiếp cận với giáo dục thế giới Niềm tự hào này khích

lệ các em yêu thích môn khoa học cơ bản và phát triển tài năng trong lĩnh vực này

1.3.2 Những phẩm chất và năng lực cần có của HSG Hoá học:

* Quan niệm về học sinh giỏi

Nhìn chung các nước đều dùng hai thuật ngữ chính là gift (giỏi, có năng khiếu) và talent (tài năng) Luật bang Georgia (Hoa Kỳ) định nghĩa HSG như sau[28]

:

“HSG là học sinh chứng minh được trí tuệ ở trình độ cao và có khả năng sáng tạo, thể hiện một động cơ học tập mãnh liệt/và đạt xuất sắc trong lĩnh vực lý

thuyết/khoa học; người cần một sự giáo dục đặc biệt/ và sự phục vụ đặc biệt để đạt được trình độ tương ứng với năng lực của người đó” - (Georgia Law)

Cơ quan giáo dục Hoa Kỳ miêu tả khái niệm “HSG” như sau: Đó là những

học sinh có khả năng thể hiện xuất sắc hoặc năng lực nổi trội trong các lĩnh vực trí tuệ, sự sáng tạo, khả năng lãnh đạo, nghệ thuật, hoặc các lĩnh vực lí thuyết chuyên biệt Những HS này thể hiện tài năng đặc biệt của mình từ tất cả các bình diện xã hội, văn hóa và kinh tế”

* Phẩm chất và năng lực của học sinh giỏi hóa học

Mỗi môn học có những yêu cầu về phẩm chất và năng lực cụ thể riêng đặc trưng cho môn học đó, đối với môn hoá học HSG, HS chuyên phải là các HS có trí tuệ

phát triển tương đối đặc biệt, đó phải là HS hội tụ được các phẩm chất và năng lực sau:

- Có năng khiếu HH, biểu hiện ở chỗ:

+ Có kiến thức HH cơ bản vững vàng, sâu sắc, hệ thống (chính là nắm vững

bản chất hoá học của các hiện tượng HH)

+ Có khả năng nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng và năng lực tư duy HH (biết

phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá cao, có khả năng sử dụng phương pháp phán đoán mới: qui nạp, diễn dịch, loại suy )

+ Có khả năng quan sát, nhận thức, nhận xét các hiện tượng tự nhiên, có khả năng vận dụng linh hoạt, mềm dẻo, sáng tạo những kiến thức cơ bản và những nhận thức đó vào những tình huống khác nhau Có khả năng nhìn nhận một vấn đề từ nhiều góc độ

+ Biết tìm ra con đường hay nhất, ngắn nhất, độc đáo để đi đến đích và có khả năng diễn đạt những ý tưởng của mình một cách ngắn gọn, chính xác, súc tích

+ Có năng lực thực hành tốt, biểu hiện ở chỗ có kĩ năng tiến hành thí nghiệm hoá học, biết nhận xét hiện tượng và phân tích kết quả thí nghiệm để rút ra kiến thức

+ Có năng lực về phương pháp nghiên cứu khoa học: biết nêu ra những dự đoán, lí luận và giải thích cho những hiện tượng xảy ra trong thực tế, biết cách dùng

thực nghiệm để kiểm chứng lại lí thuyết

+ Có năng lực lao động sáng tạo: Biết tổ hợp các yếu tố, các thao tác để thiết

kế một dãy hoạt động, nhằm đạt đến kết quả mong muốn

- Có lòng say mê đặc biệt với môn HH, có sức khoẻ tốt, có tính kiên trì bền

bỉ để có thể học tập nghiên cứu trong một thời gian dài, có tính khiêm tốn và cầu tiến Có ý thức tự học, tự hoàn thiện kiến thức ở mọi nơi, mọi lúc

- Có kiến thức văn hoá nền tảng vững chắc Đó là kiến thức các bộ môn bổ trợ như Toán học, Vật lí, Sinh học, Ngoại ngữ, Tin học và các kiến thức văn hoá nền như Địa lí, Lịch sử, văn hoá ứng xử…

1.3.3 Kĩ năng cần có của Giáo viên bồi dưỡng học sinh giỏi

Hội nghị quốc tế về giáo dục lần thứ 45 họp tại Giơnevơ (30/09/1996) bàn về giáo dục cho thế kỉ XXI đã nhấn mạnh: “Muốn có một nền giáo dục tốt, cần phải có những giáo viên tốt” [28]

Chất lượng giáo dục Việt Nam mấy năm gần đây được nâng lên rõ rệt đặc biệt là chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp: khu vực, quốc gia và quốc tế Thành tích này thể hiện sự nỗ lực cố gắng của toàn ngành giáo dục mà trọng tâm là người giáo viên Với vai trò quan trọng như vậy, những yêu cầu đối với nhà giáo

bồi dưỡng học sinh giỏi được đưa ra trong giai đoạn hiện nay là:

- Nhà giáo phải có phẩm chất đạo đức, tư tưởng tốt Có tinh thần trách nhiệm cao trong nghề nghiệp

- Kiến thức chuyên môn chắc chắn, chuyên sâu

- Luôn có tinh thần tự học, tự nghiên cứu để không ngừng nâng cao trình độ chuyên môn

- Kĩ năng thực hành chuẩn, thành thạo

- Hướng dẫn học sinh khả năng tự học, tự nghiên cứu trên cơ sở kiến thức cơ bản vững chắc

- Đủ sức khoẻ theo yêu cầu nghề nghiệp

- Yêu thích, đam mê môn học mình phụ trách

1.3.4 Hiện trạng bồi dưỡng học sinh giỏi ở các trường THPT Chuyên

Chất lượng học sinh giỏi ngày càng được nâng cao, đánh giá sự nỗ lực cố gắng của thầy và trò các trường THPT chuyên trong cả nước, để đạt được kết quả

đó giáo viên và học sinh đã vượt qua không ít những khó khăn Thành tích nhà

trường là yếu tố quan trọng thu hút học sinh giỏi thi đầu vào và yên tâm theo đuổi môn học của mình

Để môn học đạt thành tích cao và liên tục trong nhiều năm thì chất lượng đội ngũ GV dạy môn chuyên được đặt lên hàng đầu bởi GV có giỏi thì mới dạy được trò giỏi nhưng đây là vấn đề đang được quan tâm của hệ thống các trường THPT chuyên bởi GV giỏi có kinh nghiệm được chỉ định kiêm nhiệm các công tác ngoài chuyên môn như chủ nhiệm, tổ trưởng bộ môn, lãnh đạo nhà trường, sở hoặc luân chuyển tới các thành phố lớn, đội ngũ kế cận là các GV trẻ mới ra trường kiến thức và kinh nghiệm còn non lại ít say mê nghề nghiệp vì còn có nhiều vấn đề chi phối, tác động

Yếu tố thứ hai quyết định đến kết quả HSG là chính các chất lượng học sinh, khâu tuyển sinh khoa học, chặt chẽ sẽ tuyển chọn được đội ngũ các em học sinh có khả năng tư duy tốt nhưng trong số này thì số lượng học sinh có năng khiếu môn học không nhiều và chưa chắc các em đã thực sự say mê môn học, một số không yên tâm khi được chọn theo học đội tuyển vì các em và gia đình sợ mất nhiều thời gian, ảnh hưởng đến sức khoẻ và kết quả học tập chung

Bên cạnh đó kiến thức ôn thi học sinh giỏi rất rộng và không có giới hạn, chương trình sách giáo khoa còn nhẹ so với nội dung đề cập trong các đề thi học sinh giỏi trong khi đó tài liệu tham khảo bây giờ nhiều nhưng số lượng có chất lượng không nhiều và chưa chính thống

Cơ sở vật chất và chế độ đãi ngộ với thầy và trò cũng là nguồn động viên khuyến khích lớn đến công tác bồi dưỡng HSG Để hỗ trợ cho công tác bồi dưỡng học sinh giỏi có hiệu quả, các bộ phận gián tiếp như chi bộ, ban giám hiệu, công đoàn, đoàn thanh niên, giáo viên chủ nhiệm cũng cần quan tâm đặc biệt và có biện pháp hỗ trợ đúng mức như tạo điều kiện tốt nhất cho giáo viên và học sinh tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi chẳng hạn như bớt tiết nghĩa vụ, bớt công tác kiêm nhiệm, bồi dưỡng thoả đáng cho giáo viên, có chế độ học bổng kịp thời cho học sinh Có chế độ khen thưởng hợp lý cho Thầy và trò đạt thành tích cao trong học tập, bên cạnh đó nhà trường cần quan tâm theo giõi và đáp ứng kịp thời các nghiên cứu

chính đáng của giáo viên và học sinh về phòng học, mua và photo tài liệu Phải xem đây là một nhiệm vụ chiến lược lâu dài

Năm 2012 -2013 một số môn thi như vật lý, hoá học, sinh hoc có thêm buổi thi thực hành nhưng khâu chuẩn bị cho buổi thi này có vẻ chưa được tốt chẳng hạn như môn hoá học, các bài thực hành đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GD&ĐT) đưa vào chương trình sách giáo khoa phổ thông nhưng đa số các trường THPT kể cả THPT Chuyên mấy năm trước đều không đủ điều kiện để hướng dẫn các em làm, có chăng các em cũng chỉ được xem thí nghiệm mô phỏng hoặc giáo viên làm mẫu do đa số các trường THPT chuyên đang rơi vào tình trạng thiếu thiết

bị thực hành, trường nào cũng có phòng thí nghiệm nhưng thiết bị nghèo nàn, lạc hậu và chật chội không đủ điều kiện và độ an toàn cho các em làm thí nghiệm thêm vào đó nhà trường hầu như chưa có giáo viên chuyên trách sử dụng các thiết bị và hướng dẫn các em thực hành do vậy công tác dạy thí nghiệm còn rất hạn chế, các

em rất bối rối với các bài thực hành mặc dù mới chỉ đề cập ở những thao tác cơ bản, đơn giản

1.4 Một số vấn đề lí luận về làm thực hành hoá học ở trường THPT

1.4.1.Ý nghĩa, tác dụng của thực hành hóa học

Trong dạy học hóa học, thực hành hoá học vừa là phương pháp vừa là phương tiện hữu hiệu để giúp HS vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, sản xuất và tập nghiên cứu khoa học, biến những kiến thức đã thu được qua bài học thành kiến thức của chính mình Dưới đây chúng tôi chỉ xin trình bày một

số tác dụng rõ rệt mà bài thực hành hoá học đem lại cho HS:

 Đào sâu, mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú chỉ có vận dụng kiến thức lý thuyết vào thực hành học sinh mới nắm vững kiến thức một cách sâu sắc và có niềm tin vào khoa học

 Là phương tiện để ôn tập, củng cố, hệ thống hoá kiến thức một cách tốt nhất

 Rèn luyện kỹ năng HH cho học sinh như kỹ năng quan sát và mô tả thí nghiệm, thao tác thực hành như sử dụng dụng cụ thí nghiệm, thao tác lấy hoá chất, cách tiến hành thí nghiệm , kỹ năng xử lý kết quả thí nghiệm

 Thực hành hoá học còn được sử dụng như một phương tiện nghiên cứu tài liệu mới (hình thành khái niệm, định luật) khi trang bị kiến thức mới, giúp học sinh tích cực, tự lực, lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc và bền vững Điều này thể hiện

rõ khi học sinh làm thực nghiệm định lượng

 Phát huy tính tích cực, tự nghiên cứu, làm việc theo nhóm của học sinh

 Là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kỹ năng của học sinh một cách chính xác, khoa học

 Thực hành hoá học có tác dụng giáo dục đạo đức, tác phong, rèn tính kiên nhẫn, trung thực, chính xác khoa học và sáng tạo, phong cách làm việc khoa học (có tổ chức, kế hoạch ), nâng cao hứng thú học tập bộ môn

Sử dụng bài thực hành đúng mục đích, đúng đối tượng sẽ phát triển năng lực nhận thức, rèn trí thông minh, tư duy logic cho HS Thông thường GV nên cho học sinh chuẩn bị nội dung thực hành ở nhà, phân tích cơ sở lý thuyết cần vận dụng trong bài thực hành, trình bày các dụng cụ và hoá chất cần thiết, các bước tiến hành thí nghiệm để khi bước vào phòng thí nghiệm các em hình dung quy trình các em cần làm bên cạnh đó giáo viên phân tích và lưu ý cho các em một số thao tác để bài thực hành đạt kết quả tốt trong thời gian hợp lý

Bản thân một bài thực hành có thể chưa có hiệu quả nhất định, vấn đề quan trọng phụ thuộc chủ yếu vào người tiến hành GV cần lựa chọn bài thí nghiệm từ đơn giản đến phức tạp, đúng đối tượng, khai thác triệt để mọi khía cạnh của bài thí nghiệm, để HS tự mình triển khai cách tiến hành Trên cơ sở đó có thế sắp xếp các thao tác sao cho đạt kết quả thí nghiệm tốt trong thời gian ngắn nhất Từ đó hình thành tính cẩn thận, tỉ mỉ, kiên trì nhẫn nại cho học sinh

1.4.2 Phân loại bài thực hành hóa học

Hiện nay có nhiều cách phân loại bài thực hành hoá học Trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu, công trình nghiên cứu của các tác giả khác nhau, chúng tôi phân

loại bài thực hành dựa theo các căn cứ sau:

1.4.2.1 Dựa vào lĩnh vực nghiên cứu có thể chia bài thực hành thành 3 loại

* Bài thực hành đại cương vô cơ: là các bài nghiên cứu:

- Tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học

- Điều chế các đơn chất và hợp chất vô cơ

- Nghiên cứu tính chất hoá học của một số chất vô cơ điển hình

- Điều chế và nghiên cứu phức chất

- Điện hoá: Pin điện và điện phân

* Bài thực hành phân tích: là các bài nghiên cứu:

- Nhận biết các dung dịch các chất vô cơ

- Chuẩn độ các chất có mặt trong dung dịch

- Nhận biết các hợp chất hữu cơ

1.4.2.2 Dựa vào cách thức thể hiện có thể phân bài tập hóa học thành 2 loại

* Bài thực hành định tính: chủ yếu là nghiên cứu tính chất của các chất đơn lẻ hoặc

trong hỗn hợp

* Bài thực hành định lượng: làm bài thí nghiệm để thu thập các kết quả như tính

hằng số cân bằng, hằng số tốc độ phản ứng, nhiệt phản ứng, hiệu suất tổng hợp chất, xác định nồng độ ion có mặt trong dung dịch

1.4.2.3 Phân loại theo mục tiêu sử dụng có thể chia làm hai loại:

* Bài thực hành làm trực tiếp: Học sinh trực tiếp làm, áp dụng với những bài thực

hành trong đó dụng cụ, thao tác tiến hành đơn giản, hoá chất dễ kiếm và ít độc

* Bài thực hành bằng quan sát (đề mô, mô phỏng): có thể giáo viên tiến hành hoặc

sử dụng CNTT hỗ trợ Loại bài tập này áp dụng trong trường hợp thao tác khó, dụng cụ hoá chất khó kiếm hoặc độc hại

Trên thực tế, sự phân loại trên chỉ là tương đối, vì giữa các cách phân loại không có ranh giới rõ rệt, sự phân loại thường để nhằm phục vụ cho những mục đích nhất định

1.5 Một số nội dung thực hành đã được đề cập trong chương trình phổ thông,

đề thi học sinh giỏi quốc gia và olympic hoá học quốc tế các năm gần đây:

Thực hành là một lĩnh vực không thể thiếu của hoá học, thực nghiệm được sử dụng để kiểm chứng lý thuyết đã học và là cơ sở để đưa ra kiến thức mới Từ thực nghiệm chúng ta mới đưa hoá học đi sâu vào các ứng dụng trong thực tiễn Chính vì lẽ

đó nội dung các đề thi Icho luôn có hai phần: lý thuyết (chiếm 60% số điểm) và thực hành (chiếm 40% số điểm) nhưng trong đề thi chọn HSG quốc gia của nước ta năm

2011 - 2012 bài thực hành mới được ra dưới dạng mô tả lý thuyết và đến năm 2012 -

2013 Việt Nam mới chính thức có một bài thi thực hành hoá riêng

Hiện nay, ở các lớp chuyên hóa bài thực hành bắt đầu được sử dụng tương đối phổ biến đặc biệt là cho các em trong đội tuyển học sinh giỏi quốc gia vì lí do:

- Đây là một phần trong kì thi chọn HSG quốc gia, quốc tế

- Cho phép GV huấn luyện, rèn luyện, kiểm tra kiến thức của HS ở góc độ hiểu và khả năng vận dụng

- Hình thành cho HS kỹ năng sắp đặt ý tưởng, diễn đạt, khái quát hóa, phân tích, tổng hợp phát huy tính độc lập, tư duy sáng tạo

1.5.1 Các bài thực hành được đề cập trong chương trình phổ thông:

Lớp Chương trình cơ bản Chương trình nâng cao

10

Bài 1: Một số thao tác thực hành thí nghiệm hoá học Sự biến đổi tính chất của các nguyên tố trong chu kì và nhóm

Bài 1: Phản ứng oxi hoá - khử Bài 2: Phản ứng oxi hoá - khử Bài 2: Tính chất hoá học của khí

clo và hợp chất của clo

Bài 3: Tính chất của halogen

Bài 3: Tính chất hoá học của brom và iot

Bài 4: Tính chất các hợp chất của halogen

Bài 4: Tính chất của oxi, lưu huỳnh

Bài 5: Tính chất của oxi, lưu huỳnh

Bài 5: Tính chất các hợp chất của lưu huỳnh

Bài 6: Tính chất các hợp chất của lưu huỳnh

Bài 7: Tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học

11

Bài 1: Tính axit - bazơ phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li

Bài 1: Tính axit - bazơ phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li

Bài 2: Tính chất của một số hợp chất nitơ, photpho

Bài 2: Tính chất của một số hợp chất nitơ, photpho Phân biệt một

số loại phân bón hoá học

Bài 6: Tính chất của nhôm và hợp chất của nhôm

Bài 5: Tính chất hoá học của sắt, đồng và những hợp chất của sắt, crom

Bài 7: Tính chất hoá học của crom, sắt, đồng và những hợp chất của chúng

Bài 8: Nhận biết một số ion trong dung dịch

Bài 9: Chuẩn độ dung dịch

Do đặc thù về đối tượng học sinh tiếp cận nên có sự khác nhau về số lượng

và độ khó bài thực nghiệm của hai chương trình cơ bản và nâng cao Chẳng hạn trong bài thực hành về sự ăn mòn kim loại của chương trình hoá học cơ bản lớp 12

đề cập đến thí nghiệm như sau: "Rót vào hai ống nghiệm, mỗi ống khoảng 3ml dd

H 2 SO 4 loãng và cho vào mỗi ống một mẩu kẽm Quan sát bọt khí thoát ra Nhỏ thêm

2 - 3 giọt dd CuSO 4 vào 1 trong hai ống nghiệm So sánh lượng bọt khí thoát ra ở hai ống Rút ra kết luận và giải thích." Còn trong chương trình nâng cao thì đề cập theo khía cạnh có khó hơn cụ thể "Rót các thể tích dung dịch NaCl đậm đặc bằng nhau vào 2 cốc thuỷ tinh Nhúng 1 l á sắt và một lá đồng vào mỗi cốc Nhỏ vào mỗi cốc 5 - 7 giọt dd K 3 [Fe(CN) 6 ] (thuốc thử nhận biết ion Fe 2+ ) Nối lá Fe với lá Cu bằng một dây dẫn Quan sát và giải thích hiện tượng thí nghiệm."

Nhìn chung sau mỗi chương đều có ít nhất một bài thực nghiệm để củng cố lại kiến thức lý thuyết các em được học nhưng các bài thường mới dừng ở mức độ đơn giản cả về cách tiến hành, hoá chất, dụng cụ và đa số mang tính chất quan sát định tính nhằm rèn luyện các kĩ năng thực hành đơn giản cho học sinh như kĩ năng cầm ống nghiệm, đun hoá chất

1.5.2 Nội dung đã được đề cập tới của đề thi HSG Quốc gia năm 2012 [33] :

* Phân tích định tính: Học sinh sử dụng 3 hoá chất nhận biết 6 dung dịch mất nhãn: Ba(NO3)2, Al(NO3)3, Pb(NO3)2, Zn(NO3)2, AgNO3, Cd(NO3)2

* Phân tích định lượng:

- Pha chế dung dịch axit oxalic từ chất chuẩn H2C2O4.2H2O

- Dùng dung dịch axit oxalic vừa pha chế chuẩn độ lại dd NaOH 0.10M

- Xác định chất chỉ thị dùng trong quá trình chuẩn độ

Như đã trình bày ở trên phần thực hành chưa được đề cập nhiều trong các đề thi học sinh giỏi hoá, đề thi năm 2011 - 2012 mới chỉ đưa vào dưới dạng bài tập tự luận mô tả thí nghiệm phân tích định tính và định lượng bám sát nội dung thi quốc

tế, tuy nhiên xác nhận được tính cấp thiết của môn học nên năm nay 2012 - 2013 Bộ GD&ĐT đã đưa phần thực hành vào một số môn thi học sinh giỏi quốc gia và chiếm khoảng 20% tổng số điểm trong đó có môn hoá học Có thể nói đây là bước ngoặt trong tổ chức học và thi hoá học, đưa môn học đến gần với thực tiễn cuộc sống hơn và tiếp cận với nền hoá học quốc tế

Dựa vào dụng cụ hoá chất Bộ GD&ĐT gửi về các trường THPT Chuyên có thể dự kiến trong các bài sau:

Bài 1: Chuẩn độ đa axit yếu bằng đơn bazơ mạnh

Bài 2: Chuẩn độ hỗn hợp muối của đa axit yếu bằng axit mạnh

Bài 3: Chuẩn độ oxi hoá - khử

1.5.3 Tóm tắt nội dung thực hành phần đại cương vô cơ trong bài thi olympic hoá học quốc tế các năm gần đây [32]

:

1.5.3.1 Lưu ý trong quá trình làm bài:

Icho luôn có những quy định rất nghiêm ngặt đảm bảo an toàn phòng thí nghiệm, thao tác sử dụng dụng cụ hoá chất, xử lý chất thải Chúng ta nên tiếp thu

và hướng dẫn cho học sinh của mình về các nội quy do Icho đề ra để các em có ý thức làm khoa học phải gắn liền với môi trường và an toàn thí nghiệm:

- Phải mặc áo blue và đeo kính bảo vệ trong suốt quá trình làm bài thực hành

- Tuyệt đối không ăn uống trong phòng thí nghiệm

- Có thể phải sử dụng 1 dụng cụ thủy tinh cho nhiều việc khác nhau Sau khi hoàn thành mỗi công việc, cần phải rửa sạch dụng cụ trước khi dùng dụng cụ này cho các công việc khác Sử dụng chậu rửa ở vị trí gần mình để rửa dụng cụ thủy tinh

- Sử dụng các thùng có dán nhãn waste container ở dưới các tủ hood hoặc gần cửa sổ để đổ chất thải rắn cũng như chất thải lỏng Trên mỗi bàn thí nghiệm đều

có một cốc nhựa (plastic checher) dành cho chất thải là dung dịch nước Các ống mao quản thủy tinh được thải bỏ vào ống nhựa có dán nhãn sẵn

1.5.3.2 Nội dung thực hành đề cập trong đề thi IChO từ năm 2008 - 2012:

Icho 40 Hungary năm 2008:

Bài 2: Chuẩn độ oxi hoá - khử phức chất để xác định nồng độ của dd K4[Fe(CN)6]

Bài 3: Nhận biết 8 dd chứa các ion trong số các ion sau đây:

Icho 41 United Kingdum năm 2009:

Bài 2: Xác định hàm lượng Cu và Cl trong phức chất vô cơ của đồng: Anion phức được tạo bởi các nguyên tố đồng, oxi và clo Cation là tetrametyl amoni

1 Xác định đồng: chuẩn độ trong dd đệm amoni pH=10, chất chỉ thị murexide bằng EDTA 0.02M,

2 Xác định clo: chuẩn độ bằng dd AgNO3 0.1M trong môi trường axit axetic, chất chỉ thị đicloroflourensen/đextrin

Bài 3: Xác định nồng độ bắt đầu hình thành các hạt mixen phục vụ trong sản xuất chất giặt rửa

Đo độ dẫn điện trước và sau khi hình thành mixen Thí sinh được cấp một mẫu thí nghiệm

Icho 42 Japan năm 2010:

Bài 2: Xác định Fe(II) và Fe(III) dựa vào khả năng tạo phức của chúng với Bpy theo phương pháp so màu bằng mắt thường

Fe2+ + 3bpy  Fe(bpy)32+ (màu đỏ đậm) Bài 3: Phân tích một polisaccarit bằng phương pháp polime – polime

1 Phân tích polisacarit bằng phương pháp chuẩn độ dd keo poli (đianlylđimetyl amoni clorua) (PDAC) với chất chỉ thị là toluidine blue (TB),

2 Dựa vào phép chuẩn độ trên nhận biết 5 mẫu hữu cơ

Icho 43 Turkey năm 2011:

Bài 1: Phân tích định lượng hỗn hợp muối MgCl2 và NaCl

1 Chuẩn độ Cl

bằng AgNO3 với chất chỉ thị là điclofluorensen,

2 Chuẩn độ Mg2+

bằng EDTA với chất chỉ thị EBT

Bài 2: Điều chế hiđro từ amoni boran

1 Thuỷ phân amoni boran (NH3.BH3) trong dung môi polime [poly (4-stiren sulfunic acid - co - maleic acid)] khi không có xúc tác

2 Thuỷ phân tương tự trên nhưng dùng thêm xúc tác là dd kali tetra clopaladate K2[PdCl4]

Icho 44 America năm 2012:

Bài 1: Động học, hiệu ứng đồng vị và cơ chế phản ứng iot hoá axeton

1 Tiến hành các TN với các nồng độ ban đầu khác nhau ứng với axeton

2 Tiến hành tương tự với axeton - D6 (H trong axeton được thay thế bằng D) Lấy số liệu viết biểu thức tốc độ phản ứng và cho biết kH/kD từ đó rút ra nhận xét về ảnh hưởng của đồng vị tới tốc độ phản ứng

Bài 2: Điều chế 1 phức chất mangan salen bằng cách cho (Salen)H2 phản ứng với Mn(II) axetat trong etanol khi có mặt của LiCl,

1 Tổng hợp (salen)MnClx,

2 Phân tích mẫu (salen)MnClx cho trước bằng phương pháp chuẩn độ thể tích

3 Phân tích sắc kí bản mỏng (TLC) của (Salen)MnClx,

1.6 Nhận xét bài thi thực hành quốc gia và quốc tế:

Nội dung thực hành trong các đề Icho các năm gần đây rất đa dạng nhưng tập trung chủ yếu vào phương pháp phân tích định tính, định lượng ion dưới dạng phức chất, điều chế hoá chất vô cơ, nghiên cứu động học phản ứng Nhìn chung bài thực hành hoá học trong các kì thi ICho quốc tế được xây dựng theo các xu hướng sau:

- Có tính ứng dụng thực tiễn cao Gắn liền với các công trình nghiên cứu xuất sắc của quốc gia đăng cai hoặc vấn đề thế giới đang quan tâm

- Kiến thức cập nhật

- Thao tác thí nghiệm đơn giản, cơ bản

- Sử dụng sự hỗ trợ của các thiết bị hiện đại

- Khuyến khích làm việc theo nhóm

Đề thi quốc gia mới bắt đầu tiếp cận với thực hành nên chưa đủ dữ kiện để so sánh tuy nhiên cũng phản ánh được sự tương thích giữa nội dung thực hành của hai đề

Tiểu kết chương 1

Trong chương này chúng tôi đã nghiên cứu một số lý luận cơ bản về hoạt động nhận thức, năng lực sáng tạo của học sinh Đưa ra tổng quan các vấn đề lí luận và thực tiễn về công tác bồi dưỡng HSG, thực trạng của thí nghiệm, thực hành trong dạy học hóa học của chương trình trung học phổ thông cơ bản, nâng cao và trung học phổ thông chuyên, trong các kì thi học sinh giỏi cấp quốc gia ở nước ta hiện nay Tóm tắt nội dung thực hành hoá học đại cương vô cơ trong đề thi Icho các năm gần đây Từ đó nhận xét mối liên hệ giữa chương trình thực hành trong nước với các đề thi olympic hoá học quốc tế

Chương 2:

MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH RÈN LUYỆN KĨ NĂNG CHO HỌC SINH GIỎI

QUỐC GIA VÀ QUỐC TẾ 2.1 Cơ sở lý thuyết chung

2.1.1 Phân tích định lượng [12], [13] , [22] :

Trong chương trình thực hành hóa học có khá nhiều bài thực hành đại cương

vô cơ sử dụng phương pháp phân tích đặc biệt là phương pháp chuẩn độ đo thể tích Một thí nghiệm phân tích định lượng thường bao gồm nhiều giai đoạn kế tiếp hoặc song song Nếu mọi giai đoạn thí nghiệm đều được tiến hành cẩn thận, đúng nguyên tắc thì sẽ thu được kết quả cuối cùng chính xác Học sinh cần được hướng dẫn và chuẩn bị thật kỹ trước khi làm thí nghiệm:

- Nắm vững cơ sở lý thuyết của thí nghiệm, hiểu thấu đáo ý nghĩa của từng thao tác thí nghiệm

- Nắm vững cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, cách pha chế, chuẩn bị các hóa chất cần thiết

- Trình tự thí nghiệm

- Cách ghi chép và tính toán kết quả thí nghiệm

Muốn tiến hành thí nghiệm có kết quả tốt trong thời gian định sẵn, không lãng phí hóa chất, làm hư hỏng dụng cụ, thiết bị, giáo viên cần lưu ý cho học sinh một số nội quy làm việc trong phòng thí nghiệm Việc thực hiện các quy tắc, quy định an toàn lao động thể hiện năng lực và kỹ năng của HS và được đánh giá cùng với kết quả thu được

2.1.1.1 Dụng cụ và cách sử dụng:

Bình định mức dùng để đong và pha chế dung dịch Khi làm việc với bình

định mức cần chú ý cách li các nguồn nhiệt, không nên cầm tay vào phần thân bình

để tránh làm thay đổi dung tích bình Trước khi làm đầy bình định mức, phải đặt bình ở vị trí bằng phẳng và được chiếu sáng rõ

Pipet dùng để chuyển thể tích xác định dung dịch từ bình này sang bình

khác Khi làm việc với pipet, cần chú ý cách li các nguồn nhiệt kể cả từ tay người

thí nghiệm để tránh làm thay đổi dung tích của pipet, khi đọc thể tích phải để pipet ngang với tầm nhìn của mắt Khi chuyển chất lỏng sang bình chuẩn độ phải cho chảy

từ từ thì chất lỏng mới chảy hết khỏi pipet Mặc dù chất lỏng đã chảy hết khỏi pipet nhưng ở đầu pipet vẫn còn một ít chất lỏng, vì vậy phải chạm nhẹ vài lần đầu pipet vào bình phần không có dung dịch để chất lỏng chảy ra hết, không thổi pipet để lấy giọt cuối cùng

Buret dùng để chuẩn độ dung dịch Khi làm việc với buret ta phải kẹp buret

vào vị trí thẳng đứng Trước mỗi lần chuẩn độ phải đổ dung dịch chuẩn vào buret tới vạch “0” và chú ý làm đầy cả phần cuối và cả khóa buret Khi đọc chỉ số trên buret, mắt phải để ở vị trí ngang với phần cong xuống hay cong lên của mặt cong dung dịch, nhưng tất cả các lần đọc kể cả khi đọc ở vạch “0” và khi đọc mức dung dịch sau khi chuẩn độ đều phải giống nhau Khi tiến hành chuẩn độ phải cho dung dịch chảy ra khỏi buret một cách từ từ để tất cả chất lỏng chảy hết ra khỏi buret, điều này có ý nghĩa đặc biệt khi chuẩn độ với các dung môi khác nước Cuối quá trình chuẩn độ phải nhỏ từng giọt dung dịch, cần tiến hành chuẩn độ vài lần Kết quả của quá trình chuẩn độ là giá trị trung bình của các lần chuẩn độ song song Thể tích dung dịch chuẩn tiêu tốn trong quá trình chuẩn độ không được lớn hơn dung tích của buret để tránh sai số

2.1.1.2 Nồng độ và pha chế dung dịch:

- Dung dịch là 1 hệ đồng nhất gồm 2 hay nhiều cấu tử

- Để biểu thị thành phần dung dịch, ta dùng khái niệm nồng độ

a Nồng độ dung dịch: là lượng chất tan có trong 1 đơn vị khối lượng hoặc đơn vị

thể tích dung dịch hay dung môi

- Nồng độ phần trăm khối lượng (C%): là số phần khối lượng chất tan có trong 100 phần khối lượng dung dịch

- Nồng độ mol/lít (M): là số mol chất tan có trong 1 lít dung dịch

- Nồng độ đương lượng (hay nồng độ nguyên chuẩn (N): là số đương lượng mol chất tan trong 1 lít dung dịch

- Nồng độ molan: là số mol chất tan trong 1000 gam dung môi

- Nồng độ phần mol (kí hiệu là x): là số mol chất i chia cho tổng số mol các chất có mặt trong dung dịch i

i

n x n

- Phải có độ tinh khiết cao (tinh khiết phân tích – tkpt)

- Thành phần hóa học của chất tồn tại trong thực tế phải ứng đúng với công thức đã dùng để tính toán lượng phải cân

- Các chất gốc phải bền vững, không hút ẩm, không tác dụng với không khí, không chảy khi cân, khi pha thành dung dịch nồng độ của nó phải không đổi theo thời gian

- Phân tử lượng của chất gốc càng lớn càng tốt vì như thế sẽ làm giảm được sai số khi cân

Do phải thỏa mãn các yêu cầu trên nên trong thực tế phân tích định lượng chỉ

có một số chất được chọn làm chất gốc, cho phép đo cụ thể Ví dụ trong phương pháp trung hòa: H2C2O4.2H2O và Na2B4O7.10H2O, phương pháp oxy hóa - khử:

K2Cr2O7 và H2C2O4.2H2O, phương pháp Complexon: Na2H2Y.2H2O

* Pha dung dịch loãng từ dung dịch đặc chuẩn

- Nồng độ được biểu thị bằng nồng độ Mol/lít

C1.V1 = C2.V2 với V2 = V1 + Vn

C1, C2 nồng độ của dung dịch đặc và dung dịch loãng của chất cần pha

V1, V2 thể tích của dung dịch đặc và dung dịch loãng

Vnthể tích nước cần phải thêm vào V1ml dung dịch nồng độ C1để được V2

ml dung dịch nồng độ C2

Ví dụ: Cần lấy bao nhiêu ml dd HCl 12M để được 250ml dd HCl 0,1M

Ta có: C1.V1 = C2.V2 1 2 2

1

2.08512

- Trộn hai dung dịch cùng một chất có nồng độ khác nhau

Nếu trộn V1ml dung dịch chất nào đó có nồng độ C1với V2ml dung dịch chất

2.1.1.3 Các phương pháp chuẩn độ hay gặp trong các đề thi Icho:

a Dựa vào bản chất của phản ứng trong phân tích thể tích có thể phân loại các phương pháp phân tích sau:

- Phương pháp trung hòa: dựa vào phản ứng giữa axit - bazơ để định lượng trực tiếp hay gián tiếp axit, bazơ, muối

- Phương pháp oxy hóa - khử: dựa vào phản ứng oxy hóa - khử để định lượng các nguyên tố chuyển tiếp, một số chất hữu cơ và có thể định lượng một cách gián tiếp các anion vô cơ

- Phương pháp kết tủa: dựa vào phản ứng tạo thành các hợp chất kết tủa (hợp chất ít tan)

- Phương pháp tạo phức (complexon): dựa vào phản ứng tạo phức chất của chất cần phân tích và thuốc thử Nó định lượng được đa số các cation kim loại và một số anion Thuốc thử được dùng nhiều nhất là EDTA

b Tuỳ theo trình tự tiến hành chuẩn độ người ta chia thành các chuẩn độ sau:

Ví dụ: Tính nồng độ của dung dịch NaOH biết rằng khi chuẩn độ 20ml dùng dịch

đó thì phải dùng vừa hết 22.75ml dung dịch HCl 0.106M

Phản ứng chuẩn độ: NaOH + HCl  NaCl + H2O

Có nNaOH = nHCl  CNạOH.VNaOH = CHCl.VHCl

 CNaOH = (0.106*22.57)/20 = 0.1206M

* Chuẩn độ ngược:

- Cách tiến hành: Thêm một lượng xác định và dư dung dịch chuẩn R vào chất cần phân tích Sau đó chuẩn độ lượng thuốc thử R còn dư lại bằng thuốc thử R' khác thích hợp Phương pháp này thường được dùng để định lượng các chất tham gia các phản ứng xảy ra chậm hoặc không có chất chỉ thị thích hợp để xác định X bằng phản ứng chuẩn độ trực tiếp

- Cách tính: Dựa vào thể tích và nồng độ của các dung dịch chuẩn R và R' và phương trình các phản ứng, ta tính được nồng độ chất cần phân tích

Chẳng hạn để định lượng Cr trong thép, người ta phân huỷ 1.075g mẫu thép thành dung dịch rồi oxi hoá hoàn toàn Cr3+

thành CrO42- Sau đó thêm vào 25ml dung dịch chuẩn FeSO4 0.0410M và lượng đủ dung dịch axit sunfuric loãng làm môi trường Lượng Fe (II) dư được chuẩn độ bằng 3.70ml dung dịch KMnO40.04M Hãy tính % khối lượng của Cr trong thép

Các phản ứng xảy ra trong quá trình chuẩn độ:

CrO42- + 3Fe2+ + 8H+ 

Cr3+ + 3Fe3+ + 4H2O

a Chất chỉ thị cho chuẩn độ axit - bazơ

Chất chỉ thị axit - bazơ là những axit hoặc bazơ hữu cơ yếu có khả năng biến đổi mầu ở những giá trị pH nhất định và màu của dạng axit khác màu của bazơ Giả

sử có chất chỉ thị HInd, trong dung dịch có cân bằng sau:

HInd ⇌ H+

+ Ind- Ka HInd: dạng phân tử của chất chỉ thị (dạng axit)

Ind-: dạng ion của chất chỉ thị (dạng bazơ)

Nếu cân bằng của phản ứng chuyển dịch về phía bên phải thì dung dịch có mầu của dạng ion chất chỉ thị Nếu cân bằng chuyển dịch về phía bên trái thì dung dịch có mầu của phân tử chất chỉ thị

Ví dụ: Metyl da cam là một axit tương đối mạnh (pK

a=3,7) nên trong dung dịch trung hòa có mầu vàng vì trong dung dịch dạng ion chiếm ưu thế

Hind ⇌ H+

+ Indmàu đỏ màu vàng Phenolphthalein là một axit yếu (pKa=9,2) nên trong dung dịch trung hòa cân bằng chuyển dịch về phía bên trái và dạng phân tử chiếm ưu thế hơn dạng ion

-Hind ⇌ H+

+ Ind-

không màu màu đỏ

b Chất chỉ thị cho chuẩn độ oxi hóa – khử

Chất chỉ thị oxi hoá - khử là những chất hữu cơ có khả năng oxi hoá - khử, màu của dạng oxi hoá khác màu của dạng khử Trong dung dịch nó có thể đổi màu theo điện thế ở những giá trị xác định

Indoxh + ne ⇌ Indkh

c Chất chỉ thị cho chuẩn độ phức chất (Complexon)

Trong phương pháp chuẩn độ complexon, người ta thường dùng các chất chỉ thị có khả năng tạo với ion kim loại phức có mầu khác với mầu riêng của chất chỉ thị Chất đó được gọi là chất chỉ thị kim loại Như vậy phép chuẩn độ ion kim loại bằng EDTA gồm 2 giai đoạn sau:

- Phản ứng giữa ion kim loại tự do và chỉ thị complexon

- Phản ứng giữa chỉ thị complexon và ion kim loại trong phức

Cơ chế chuyển màu:

Mn+ + dung dịch đệm pH + Chỉ thị (CTKL) Có phản ứng chung như sau: Phức chất: [CTKL + Mn+

] + H2Y2- ⇌ MY(4-n) + 2H+ + CTKL tự do màu A màu B Chất chỉ thị nguyên chất rất khó sử dụng vì chỉ cần một lượng nhỏ đôi khi đã làm cho màu dung dịch quá đậm, không thể quan sát được sự đổi màu tại điểm tương đương Để dễ sử dụng người ta phải pha loãng chúng bằng những hóa chất khác nhau

2.1.1.5 Quan hệ giữa độ chính xác của phép đo và độ chính xác của tính toán

Kết quả phải tìm không thể nào chính xác hơn độ chính xác của phương pháp phân tích đã dùng, vì vậy việc tính toán trong phân tích thể tích phải được tiến hành với độ chính xác sao cho phù hợp với việc đo thể tích dung dịch chuẩn bằng buret

Các buret dung tích 25 - 50ml chia thành những vạch 0,1ml thì độ chính xác

của việc đọc thể tích dung dịch trên buret ấy đạt được 1%ml Các microburet có thể

tích 1 - 2ml chia thành những vạch 0,01ml thì độ chính xác của việc đọc trên buret đạt

Ta nhận thấy rằng: Phản ứng xảy ra càng nhanh (tốc độ phản ứng càng lớn) thì trong một đơn vị thời gian biến thiên nồng độ các chất trong phản ứng càng lớn và ngược lại Như vậy có thể dùng độ biến thiên nồng độ của các chất (tham gia hoặc sản phẩm) trong một đơn vị thời gian làm thước đo tốc độ cho các phản ứng hoá học Định nghĩa: Tốc độ phản ứng hoá học của chất tan được xác định bằng biến thiên nồng độ các chất tham gia (hay sản phẩm) trong một đơn vị thời gian

Xét phản ứng tổng quát: aA + bB → cC + dD

Biểu thức tốc độ trung bình của phản ứng:

C t

Trong đó:  là tốc độ trung bình của phản ứng

C

 biến thiên nồng độ chất tan trong khoảng thời gian t

Để xác định vận tốc tức thời của phản ứng tại thời điểm t nào đó ta áp dụng ý nghĩa của bài toán đạo hàm (bài toán vận tốc)

0

lim

t t

dC

a dt b dt c dt d dt

      (Ci là nồng độ mol/l)

Tốc độ tức thời của phản ứng được biểu diễn theo các chất tham gia như sau:

CB là nồng độ của A, B tại thời điểm đang xét

x, y là bậc riêng phần của phản ứng đối với A, B

Chú ý: PƯ có chất khí tham gia có thể viết biểu thức tốc độ theo áp suất riêng phần (Pi)

b Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng:

* Nồng độ chất tham gia (Áp suất với chất khí): tỉ lệ thuận với tốc độ phản ứng Với phản ứng phức tạp thì tốc độ phản ứng phụ thuộc vào giai đoạn chậm nhất

* Nhiệt độ: ảnh hưởng tỉ lệ thuận theo luỹ thừa tới hằng số tốc độ phản ứng:

[A]

[A]

c Phương pháp xác định bậc phản ứng:

* Phương pháp cô lập Ostwald: Khi xác định bậc riêng phần của một chất người

ta đo tốc độ đầu của phản ứng khi thay đổi nồng độ chất đó, nồng độ các chất còn lại lấy rất dư so với chất cần xác định để coi như không đổi trong quá trình phản ứng

* Phương pháp tính thời gian nửa phản ứng: Xác định thời gian với tỉ lệ như nhau của một chất ở hai nồng độ khác nhau

2.1.2.2 Cân bằng hoá học:

a Khái niệm:

Trạng thái cân bằng của một phản ứng là thời điểm mà tại đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch Theo định nghĩa về cân bằng hoá học thì trạng thái cuối cùng của hệ không thay đổi nếu điều kiện phản ứng được giữ nguyên

b Điều kiện cân bằng hoá học:

Theo nhiệt động học thì điều kiện để hệ đạt trạng thái cân bằng là:

dG = i.dn i hay G = i.n i= 0 (1) Trong đó: Glà biến thiên thế đẳng nhiệt đẳng áp

ilà hoá thế của chất i trong hệ

ni là số mol của chất i tương ứng (là hệ số trong phương trình tỉ lượng)

c Xây dựng hằng số cân bằng:

Xét phản ứng tổng quát của các chất khí lí tưởng:

a A + b B ⇌ c C + d D Điệu kiện đẳng nhiệt đẳng áp có: G pu  G sp G tg (2)

Như vậy, 0

pu G

 là biến thiên htế đẳng áp, đẳng nhiệt trong điều kiện áp suất các chất khí tham gia đều bằng 1atm

Khi đạt trạng thái cân bằng thì G pu  0

Khi đó phương trình (4) được viết lại như sau:

ln ln

P P

 (6) Như vậy dựa vào biểu thức (6) ta xác định được hằng số Kp của phản ứng khi biết được áp suất riêng phần của các chất đầu và cuối của phản ứng

* Lưu ý: Hằng số cân bằng của phản ứng hoá học chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất phản ứng

d Các yếu tố ảnh hưởng tới cân bằng hoá học:

Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Lơ - Satơlie: Khi phản ứng hoá học đạt trạng thái cân bằng nếu thay đổi một trong các yếu tố như nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi đó

* Nồng độ chất tan