Chức năng nhiệm vụ của trường chuyên là: Bồi dưỡng và phát triển năng khiếu của học sinh về môn học chuyên, đồng thời bảo đảm thực hiện đầy đủ chương trình giáo dục cấp THPT với mục tiêu toàn diện. Tổ chức hướng dẫn học sinh làm quen với nghiên cứu khoa học, ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ phù hợp với điều kiện của nhà trường và tâm sinh lý của học sinh. Hợp tác với các cơ sở giáo dục, nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước ở cùng lĩnh vực chuyên môn để phục vụ việc nâng cao chất lượng đào tạo. Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, chúng tôi nhận thấy có những khó khăn sau: Về phía học sinh: Mặc dù đã được tuyển chọn qua các kì thi nghiêm túc nhưng sau một thời gian theo học thì có sự phân hóa rõ rệt về ý thức phấn đấu, động cơ học tập. Đại đa số học sinh chỉ phấn đấu đậu đại học, số học sinh đam mê với môn học để đạt thành tích cao không nhiều (chỉ khoảng 20% đến 30% học sinh trong lớp). Với nhiều phụ huynh và học sinh, mục đích vào trường THPT chuyên Lam Sơn là để được hưởng những điều kiện học tập tốt nhất, chế độ ưu đãi cao nhất nhằm đạt mục tiêu đậu đại học chứ không hề phấn đấu để tham dự các kì thi đỉnh cao. Điều này ảnh hưởng lớn đến phong trào học tập chung của cả lớp, gây khó khăn cho giáo viên khi phải giảng dạy nhiều trình độ khác nhau trong cùng một lớp học.
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
“LỒNG GHÉP KIẾN THỨC LUYỆN THI ĐẠI HỌC
VÀ BỒI DƯỠNG ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA
Người thực hiện: Lê Văn Đậu
Chức vụ: Tổ trưởng bộ môn Hóa học
SKKN thuộc lĩnh vực: Hóa Học
THANH HÓA NĂM 2015
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Chức năng nhiệm vụ của trường chuyên là: Bồi dưỡng và phát triển năng khiếu của học sinh về môn học chuyên, đồng thời bảo đảm thực hiện đầy đủ chương trình giáo dục cấp THPT với mục tiêu toàn diện Tổ chức hướng dẫn học sinh làm quen với nghiên cứu khoa học, ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ phù hợp với điều kiện của nhà trường và tâm sinh lý của học sinh Hợp tác với các cơ
sở giáo dục, nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước ở cùng lĩnh vực chuyên môn để phục vụ việc nâng cao chất lượng đào tạo
Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, chúng tôi nhận thấy có những khó khăn sau:
Về phía học sinh: Mặc dù đã được tuyển chọn qua các kì thi nghiêm túc nhưng sau một thời gian theo học thì có sự phân hóa rõ rệt về ý thức phấn đấu, động cơ học tập Đại đa số học sinh chỉ phấn đấu đậu đại học, số học sinh đam mê với môn học để đạt thành tích cao không nhiều (chỉ khoảng 20% đến 30% học sinh trong lớp) Với nhiều phụ huynh và học sinh, mục đích vào trường THPT chuyên Lam Sơn là để được hưởng những điều kiện học tập tốt nhất, chế độ ưu đãi cao nhất nhằm đạt mục tiêu đậu đại học chứ không hề phấn đấu để tham dự các kì thi đỉnh cao Điều này ảnh hưởng lớn đến phong trào học tập chung của cả lớp, gây khó khăn cho giáo viên khi phải giảng dạy nhiều trình độ khác nhau trong cùng một lớp học
Là giáo viên dạy chuyên: Phải đảm bảo yêu cầu truyền thụ kiến thức cho mọi đối tượng học sinh trong lớp, đảm bảo cho học sinh kiến thức thi đại học và kiến thức thi học sinh giỏi Trong khi tính chất hai kì thi này là hoàn toàn khác nhau, nội dung chương trình khác nhau đòi hỏi các kỹ năng khác nhau Để đảm bảo chương trình cho học sinh dự thi Quốc gia trong hơn một năm, mặt khác lại phải đảm bảo kiến thức cho số học sinh còn lại thực sự là vấn đề nan giải
Trong nhiều năm trực tiếp giảng dạy ở lớp chuyên hóa, tôi rút ra sự lồng ghép kiến thức luyện thi đại học và bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia trong từng bài giảng Trong đề tài này tôi xin trình bày sự lồng ghép hai kiến thức này qua bài giảng: Cân bằng hóa học
Trong quá trình nghiên cứu và trình bày không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong hội đồng khoa học và các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến xây dựng
1
Trang 3Lồng ghép kiến thức trong bài giảng cân bằng hóa học ở lớp chuyên hóa
Mục tiêu bài giảng: - Đối với học sinh luyện thi đại học cần nắm được khái niệm
phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch, cân bằng hóa học, sự chuyển dịch cân bằng hóa học, các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa: Nồng độ, áp suất, nhiệt độ
- Đối với học sinh giỏi, ngoài những yêu cầu như trên, cần nắm được hằng số cân bằng tính theo nồng độ, hằng số cân bằng tính theo áp suất, cân bằng trong hệ đồng thể, cân bằng trong hệ dị thể, biểu thức liên hệ giữa entanpi tự do Gip và hằng số cân bằng, phương trình Van Hop liên hệ giữa hằng số cân bằng và nhiệt phản ứng
Tiến trình bài giảng:
I Phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch
1 Phản ứng một chiều (hay phản ứng bất thuận nghịch): Là phản ứng xảy ra
theo một chiều nhất định, không thể xảy ra theo chiều ngược lại, tới khi hết một trong các chất tham gia phản ứng
Thí dụ: 2KClO3 MnO,t0 2KCl + 3O2
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
Cu + HNO3 đặc Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
2 Phản ứng thuận nghịch: Là những phản ứng xảy ra theo hai chiều ngược
nhau ở cùng điều kiện
Trong phản ứng thuận nghịch, các chất tham gia phản ứng không thể tác dụng hết
Thí dụ: 2SO2(k) + O2(k) V O t2 5 ,0
H2(k) + I2(k) 2HI(k)
N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k)
II Cân bằng hóa học
Xét phản ứng thuận nghịch tổng quát:
mA + nB pC + qD
Giả sử bậc phản ứng trùng với phân tử số phản ứng
vt = kt [A]m [B]n
vn = kn [C]p [D]q
- Lúc đầu: vt lớn nhất, vn = 0
- Trong quá trình phản ứng: vt giảm dần, vn tăng dần
- Đến lúc: vt = vn , lúc đó phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng hóa học và nồng độ các chất trong hỗn hợp phản ứng không thay đổi
Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch
Cân bằng hóa học là một cân bằng động vì khi đạt tới trạng thái cân bằng phản
Trang 42 phản ứng không thay đổi
Hằng số cân bằng: Kc = t
n
k
k = [ ] [ ]
[ ] [ ]
p q
m n
Trong đó: [A], [B], [C], [D] là nồng độ mol của các chất ở thời điểm cân bằng
Kc không phụ thuộc vào nồng độ, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ
- Cân bằng trong hệ đồng thể:
H2(k) + I2(k) 2HI(k)
Kc =
2
[HI]
[H ].[ ]I hay Kp =
2 2
2
HI
H I
p
CH3COOH(l) + C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l) + H2O(l)
Kc = 3 2 5 2
CH COOH C H OH
- Cân bằng trong hệ dị thể: C(r) + CO2(k)
0
t cao
Nồng độ của các chất rắn là hằng số
Kc =
2
2
CO
CO ; Kp =
2
2
CO CO
p p
CaCO3(r) t0
CaO(r) + CO2(k)
Kc = [CO2] ; Kp = PCO2
- Biểu thức liên hệ giữa entanpi tự do và hằng số cân bằng K:
G0 = –RTlnK hay G0 = –2,303RTlgK
- Phương trình Van Hop liên hệ giữa hằng số cân bằng và nhiệt phản ứng:
ln 2
III Sự chuyển dịch cân bằng hóa học
- Nếu điều kiện tiến hành phản ứng không thay đổi thì cân bằng hóa học được giữ nguyên
- Nếu điều kiện tiến hành phản ứng thay đổi thì cân bằng hóa học sẽ chuyển dịch
để đạt tới trạng thái cân bằng hóa học mới
- Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự di chuyển từ trạng thái cân bằng này đến trạng thái cân bằng khác do tác động của các yếu tố từ bên ngoài lên cân bằng
Nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng
khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó
- Khi tăng nồng độ chất tham gia phản ứng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận
- Khi tăng áp suất thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số phân tử khí 3
Trang 5Ngược lại, khi giảm áp suất thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng số phân
tử khí Nếu số phân tử khí ở hai vế bằng nhau thì sự thay đổi áp suất không ảnh hưởng tới sự chuyển dịch cân bằng
- Khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt
Ngược lại, khi giảm nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt
- Chất xúc tác có ảnh hưởng như nhau tới tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch nên không ảnh hưởng tới sự chuyển dịch cân bằng
Bài tập vận dụng:
I Các bài tập luyện thi đại học:
1 Cho cân bằng trong bình kín sau:
CO(k) + H2O(k) CO2(k) + H2(k) H<0
Trong các yếu tố: (1) tăng nhiệt độ; (2) thêm một lượng hơi nước; (3) thêm một lượng H2; (4) tăng áp suất chung của hệ; (5) dùng chất xúc tác Dãy gồm các yếu
tố đều làm thay đổi cân bằng của hệ là:
A (1), (2), (4) B (1), (2), (3) C (2), (3), (4) D (1), (4), (5)
2 Cho các cân bằng sau:
(1) H2(k) + I2(k) 2HI(k)
(2) 1
2 H2(k) + 1
2 I2(k) HI(k)
(3) HI(k) 1
2 H2(k) + 1
2 I2(k)
(4) 2HI(k) H2(k) + I2(k)
(5) H2(k) + I2(r) 2HI(k)
Ở nhiệt độ xác định, nếu Kc của cân bằng (1) bằng 64 thì Kc = 0,125 là của cân bằng
A (1) B (5) C (3) D (4)
3 Cho cân bằng hóa học: 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k)
Phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt Phát biểu đúng là:
A Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi giảm áp suất hệ phản ứng
B Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi giảm nồng độ O2
C Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ
D Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi giảm nồng độ SO3
4 Khi thực hiện phản ứng este hóa 1 mol CH3COOH và 1 mol C2H5OH, lượng este lớn nhất thu được là 2/3 mol Để hiệu suất đạt cực đại là 90% (tính theo axit) khi tiến hành este hóa 1 mol CH3COOH cần số mol C2H5OH là (biết các phản ứng este hóa thực hiện ở cùng nhiệt độ)
A 0,342 B 2,925 C 2,412 D 0,456
4
Trang 65 Cho cân bằng hóa học: N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k); phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt Cân bằng hóa học không bị dịch chuyển khi
A thay đổi áp suất của hệ B thay đổi nồng độ N2
C thay đổi nhiệt độ D thêm chất xúc tác Fe
6 Cho các cân bằng sau:
(1) 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k)
(2) N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k)
(3) CO2(k) + H2(k) CO(k) + H2O(k)
(4) 2HI(k) H2(k) + I2(k)
Khi thay đổi áp suất, nhóm gồm các cân bằng đều không bị chuyển dịch là
A (1) và (3) B (3) và (4) C (1) và (2) D (2) và (4)
7 Một bình phản ứng có dung tích không đổi chứa hỗn hợp khí N2 và H2 với nồng độ tương ứng là 0,3M và 0,7M Sau khi phản ứng tổng hợp NH3 đạt tới trạng thái cân bằng ở t0C, H2 chiếm 50% thể tích hỗn hợp thu được Hằng số cân bằng Kc của phản ứng ở t0C có giá trị là
A 2,500 B 3,125 C 0,609 D 0,500
8 Xét cân bằng: N2O4(k) 2NO2(k) ở 250C Khi chuyển dịch sang một trạng thái cân bằng mới nếu nồng độ của N2O4 tăng lên 9 lần thì nồng độ của NO2
A tăng 9 lần B tăng 3 lần C tăng 4,5 lần D giảm 3 lần
9 Cho cân bằng hóa học: 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) Khi tăng nhiệt độ thì tỉ khối của hỗn hợp khí so với H2 giảm đi Phát biểu đúng khi nói về cân bằng này là:
A Phản ứng nghịch tỏa nhiệt,cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ
B Phản ứng thuận tỏa nhiệt,cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi tăng nhiệt độ
C Phản ứng nghịch thu nhiệt,cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ
D Phản ứng thuận thu nhiệt,cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi tăng nhiệt độ
10 Cho các cân bằng sau:
(I) 2HI(k) H2(k) + I2(k)
(II) CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k)
(III) FeO(r) + CO(k) Fe(r) + CO2(k)
5 (IV) 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k)
Trang 7Khi giảm áp suất của hệ, số cân bằng bị chuyển dịch theo chiều nghịch là
A 4 B 3 C 2 D 1
II Các bài tập bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi quốc gia
1 ở nhiệt độ 1000 K có các cân bằng:
CO2 + C 2CO với K1 = 4
Fe + CO2 FeO + CO với K2 = 1,25
Trong 1 bình kín chân không dung tích 20 lít ở 1000 K ta đưa vào 1 mol Fe, 1 mol C và 1,2 mol CO2 Tính số mol Fe và C đã tham gia phản ứng sau khi hệ đạt tới trạng thái cân bằng
2 Cho cân bằng hóa học:
N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) với H = –92 kJ mol-1
Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 và H2 theo tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 3 thì khi đạt tới trạng thái cân bằng (ở 4500C; 300 atm) NH3 chiếm 36% thể tích
a) Tính hằng số cân bằng Kp
b) Giữ nhiệt độ không đổi (4500C), cần tiến hành dưới áp suất bao nhiêu để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích ?
c) Giữ áp suất không đổi (300 atm), cần tiến hành ở nhiệt độ nào để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích ?
3 Cho các dữ kiện :
N2O4(k) 2NO2(k)
0
ht kJ mol
H
9,665 33,849
0
298(J/mol)
S
304,3 240,4
Giả thiết rằng biến thiên entanpi và entropi của phản ứng không thay đổi theo nhiệt độ Phản ứng sẽ tự xảy ra theo chiều nào tại nhiệt độ: 00C và 1000C ?
4 Tính áp suất cân bằng của CO2 trên CaCO3 ở 250C các dữ kiện sau:
Chất CO2(k) CaO(r) CaCO3(r)
0
ht kJ mol
G
–394,4 –604,2 –1129
5 a) Hằng số cân bằng ở 250C và biến thiên entanpi chuẩn của phản ứng:
NH4Cl(r) NH3(k) + HCl(k)
có các giá trị sau: Kp = 10-6; 0
= 42,3 kcal/mol Giả thiết không phụ thuộc vào nhiệt độ Tính nhiệt độ mà áp suất của hệ đạt 1 atm
6 b) Amoni nitrat cũng phân hủy tương tự ở nhiệt độ thấp, nhưng khi nổ xảy ra phản ứng sau:
Trang 8NH4NO3(r) N2(k) + 2H2O(k) + 1
2O2(k)
Phản ứng này có Kp= 1048 ở 250C và 0
= 28,3 kcal/mol Tính S0và giải thích giá trị thu được của S0
Cho R = 1,987 cal/mol.K
6 Trong công nghiệp NH3 được tổng hợp theo phản ứng sau:
N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k)
a) Dựa vào qui tắc của Gip tính bậc tự do (biên độ) của hệ cân bằng trên Giá trị thu được cho ta biết những thông tin gì về hệ cân bằng ?
b) Hãy cho biết những điều kiện thực hiện phản ứng trên trong công nghiệp và chúng có phù hợp với nguyên lí chuyển dịch cân bằng Lơ Sa-tơ-li-ê không ? Giải thích
c) Dùng hỗn hợp ban đầu theo tỉ lệ số mol N2 và H2 tương ứng là 1 : 3 để thực hiện phản ứng:
- Đặt a = PNH3/P, trong đó PNH3là áp suất riêng phần của NH3 và P là áp suất chung của hỗn hợp ở trạng thái cân bằng Thiết lập biểu thức liên hệ giữa a, P và Kp
- Tính a ở 5000C và P = 300 atm, biết rằng ở nhiệt độ này Kp= 1,5.10-5 Từ đó tính hiệu suất chuyển hóa của N2 (hoặc H2) thành NH3 khi cân bằng
Nếu thực hiện phản ứng ở P = 600 atm thì bằng bao nhiêu ? So sánh ở hai trường hợp và giải thích tại sao trong thực tế người ta chỉ thực hiện ở khoảng 300 atm
7 Ở 8200C hằng số cân bằng của hai phản ứng:
CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) K1 = 0,2
CO2(k) + C(r) 2CO(k) K2 = 2
Người ta cho 1 mol CaCO3 và 1 mol C vào bình chân không 22,4 lít, được giữ ở
8200C Hãy tính thành phần của hệ ở trạng thái cân bằng Ở nhiệt độ 8200C sự phân hủy CaCO3 sẽ hoàn toàn khi thể tích bình bằng bao nhiêu ?
8 Trong một bình chân không dung tích 500 cm3 chứa m gam HgO(r) Đun nóng bình đến 5000C xảy ra phản ứng:
2HgO(r) 2Hg(k) + O2(k)
Áp suất khi cân bằng là 4 atm
a) Tính Kp và G0 của phản ứng ở 5000C
b) Tính G0 tạo thành của HgO(r) ở 5000C
c) Tính lượng nhỏ nhất m0 của HgO(r) cần lấy để tiến hành thí nghiệm này
7
9 Cho các số liệu sau:
Chất CO2(k) H2O(k) CO(k)
Trang 9298(kcal mol/ )
G
-93,40 -54,63 -32,78
a) Tính G0 của phản ứng: H2(k) + CO2(k) CO(k) + H2O(k) ở 250C
b) Nếu ở 250C áp suất riêng phần của H2, CO2, H2O và Co tương ứng bằng
100,00; 20,00; 0,020 và 0,010 thì G của phản ứng bằng bao nhiêu ? Trong điều kiện này phản ứng xảy ra theo chiều nào ?
10 Người ta cho NO và Br2 có áp suất ban đầu tương ứng bằng 98,4 và 41,3 torr phản ứng với nhau ở 300 K Lúc cân bằng áp suất chung của hỗn hợp bằng 110,5 torr Tính giá trị của hằng số cân bằng và G0 tại 300 K của phản ứng:
2NO(k) + Br2(k) 2NOBr(k)
Ghi chú: Trạng thái tiêu chuẩn nhiệt động học được định nghĩa theo áp suất riêng
phần của cấu tử khí bằng 1 atm (760 mmHg)
8
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Trang 10Sau khi học sinh lớp chuyên hóa được học lồng ghép kiến thức luyện thi đại học
và bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi quốc gia, số học sinh trong lớp chỉ có mục đích thi đại học nắm vững kiến thức phần này Kết quả thi đại học hàng năm của lớp chuyên hóa đạt từ 95% đến 100% nguyện vọng 1 Số học sinh trong đội tuyển học sinh giỏi quốc gia trả lời được các câu hỏi khó, làm được các bài tập khó
thành thạo Kết quả thi chọn học sinh giỏi quốc gia của đội tuyển hóa trường
THPT chuyên Lam Sơn hàng năm đạt từ 87,5% đến 100% học sinh đạt giải Đó là nguồn động viên, khuyến khích các em học sinh yêu và hứng thú học tập môn hóa học, khích lệ các em học sinh THCS phấn đấu học tập để thi vào lớp 10 chuyên hóa trường THPT chuyên Lam Sơn
XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 25 tháng 5 năm 2015
CAM KẾT KHÔNG COPPI
Tác giả
Lê Văn Đậu
9