biện pháp phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học

Từ đó viết được cấu hình electron của các ion Gọi Z là số điện tích hạt nhân của X Gọi Z+1 là số điện tích hạt nhân của Y Gọi Z+2 là số điện tích hạt nhân của R Gọi Z+3 là số điện tích h

MỘT SỐ BIỆN PHÁP PHÁT HIỆN VÀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA

HỌC Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

1 Một số biện pháp phát hiện học sinh giỏi hóa học

1.1 Cơ sở đề xuất

Dấu hiệu phát hiện học sinh giỏi hóa học:

- Ngôn ngữ hóa học phát triển cao hơn so với trẻ cùng lứa tuổi : thích phát biểu vàđóng góp xây dưng bài

- Đọc nhiều và có khả năng đọc sách không dành cho lứa tuổi

- Luôn tự muốn giải quyết công việc riêng và dễ dàng đạt tới kết quả cao

- Không bằng lòng với kết quả và nhịp điệu làm việc, muốn đạt tới sự hoàn hảo

- Quan tâm nhiều tới vấn đề của hóa học

- Có xu hướng tìm bạn bằng năng lực , thường là hơn tuổi

- Tinh thần trách nhiệm cao, trung thực

Tổ chức phát hiện học sinh giỏi thông qua

- Hồ sơ cá nhân học sinh(học bạ)

- Biểu hiện của học sinh thông qua các hoạt động giáo dục chính khóa ngoại khóa

Ví dụ 1: Cho cân bằng hóa học:

2, Đun nóng dung dịch trên cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nào?

3, Tại sao cho quỳ tím vào dung dịch 2 3

2, Mức độ vận dụng: Học sinh phân tích khi cho quỳ tím vào dung dịch 2 3

Na CO

thì quỳtím chuyển màu xanh vì dung dịch có cân bằng hóa học trên, ion OH

-Ví dụ 2: X,Y,Z,R,A,B theo thứ tự là 5 nguyên tố liên tiếp có tổng số điện tích hạt nhân

là 90( X có số diện tích hạt nhân nhỏ nhất )

a, Xác định số điện tích hạt nhân của X,Y,Z,R,A,B Gọi tên các nguyên tố đó

b, Viết cấu hình electron của

e, Cho dung dịch 2

A X vào dung dịch phèn chua thấy có kết tủa xuất hiện và có khí thoát

ra Giải thích và viết phương trình phản ứng

Phân tích bài tập

1, Mức độ biết : học sinh xác định được điện tích hạt nhân của 5 nguyên tố và cho biếtđược đó là những nguyên tố gì Từ đó viết được cấu hình electron của các ion

Gọi Z là số điện tích hạt nhân của X

Gọi Z+1 là số điện tích hạt nhân của Y

Gọi Z+2 là số điện tích hạt nhân của R

Gọi Z+3 là số điện tích hạt nhân của A

Gọi Z+4 là số điện tích hạt nhân của B

2, Mức độ hiểu : học sinh giải thích được

RS− > RCl− > RAr > RK+ > RCa+

do các ion trênđều có cấu hình electron như nhau( đều là cấu hình Ar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6), điện tích hạtnhân càng nhỏ bán kính càng lớn

3, Mức độ vận dụng: học sinh phân tích thông tin câu hỏi dễ dàng vận dụng giải bài toánTrong phản ứng oxi hóa khử S2-, Cl- luôn thể hiện tính khử vì các ion này có số oxi hóathấp nhất

a, Viết công thức cấu tạo của X

b, Viết 5 loại phản ứng tạo ra X

c, Hãy viết phương trình phản ứng thể hiện tính axit và tính oxi hóa – khử của X

Phân tích bài tập :

1, Mức độ biết và hiểu : Học sinh áp dụng biểu thức PV=nRT để tính số mol khí X, sau

đó từ thành phần phần trăm oxi về khối lượng tìm ra công thức phân tử của X là NO2

Lúc đầu Fe nhường e cho oxi tạo thành các oxit sắt Khi cho hỗn hợp B vào dung dịch

H2SO4 thì sắt và các oxit sắt (trừ Fe2O3) đều nhường e để thành số oxi hóa +3 Do đó sốmol e sắt nhường bằng tổng số mol e oxi nhận và số mol e H2SO4 nhận Vậy ta cóphương trình :

Chia (1) cho 8 được : 7x+9y+29z+20t = 1.5 (5)

Nhân (4) với (2) ta được 3x+y+z = 0.3 (6)

Cộng (5) với (6) ta được 10x+10y+30z+20t=1.8(7)

Chia (7) cho 10 ta được x+y+3z+2t = 0.18

Phương pháp tăng giảm khối lượng:

Ta thấy cứ 1 mol ancol tạo thành 1 mol este thì khối lượng tăng 53-18=35(g)

Vậy cứ 0,2 mol ancol tạo thành 0,2 mol este thì khối lượng tăng 35.0.2=7(g)

Khối lượng este tạo thành là m = 0,8 (7,52+7) = 11,616(g)

Ví dụ 3 : Cho hỗn hợp FeO, CuO, Fe 3 O 4 có số mol mỗi chất bằng nhau tác dụng hết với dung dịch HNO 3 thu được hỗn hợp khí 0.09 mol NO 2 và 0,05 mol NO Tính

số mol mỗi chất trong hỗn hợp đầu.

Phương pháp bảo toàn e

Coi Fe3O4 là hỗn hợp của FeO.Fe2O3 và đặt số mol mỗi chất là x thì tổng số mol Fe2+ là2x

Phương pháp thông thường:

Chỉ có FeO và Fe3O4 tác dụng với HNO3 tạo ra khí NO2 và NO Tỉ lệ số mol của NO2 và

NO tương ứng là 0,09:0,05 = 9:5 nên ta cân bằng phương trình như sau:

24 FeO + 86 HNO 24Fe(NO ) + 9NO + 5NO+ 43H O (1)

24Fe O + 230 HNO 72Fe(NO ) + 9NO + 5NO+ 115H O (2)

→

→

Từ (1) và (2) ta có : cứ 14 mol hỗn hợp 2 khí cần 24 mol hỗn hợp 2 oxit

Vậy cứ 0,14 mol hỗn hợp 2 khí cần 0,14 mol hỗn hợp 2 oxit

Vậy số mol mỗi oxit là 0,24:2 = 0,12(mol)

Biện pháp 3: Thường xuyên tạo tình huống có vấn đề mới, lạ trong dạy học, kích thích tư duy sáng tạo của HSG

a) Nội dung: Sử dụng tình huống có vấn đề mới, lạ trong dạy học để kích thích tư duy

sáng tạo của HSG

b) Cách thực hiện: Trong giờ học, đưa ra những tình huống có vấn đề và để học sinh suy

nghĩ và tự giải quyết, phân tích và xem xét những cách giải quyết nào thông minh, sángtạo để qua đó sàng lọc và chọn đổi tuyển

c) Các ví dụ

Ví dụ 1: Tại sao khi ngâm tẩy vết bẩn quần áo bằng nước gia-ven, vết bẩn ở phần quần áo tiếp xúc với mặt thoáng lại nhanh bị tẩy hơn vết bẩn ở phần ngập trong nước tẩy?

Đây là hiện tượng thực tế áp dụng trong bài hợp chất có oxi của clo

Ngay trên lớp,khi làm thí nghiệm nhúng giấy màu vào nước gia ven cũng vậy Một thờigian sau thấy phần giấy tiếp xúc với không khí đã bạc trắng còn phần ngập trong nướctẩy vẫn còn màu Học sinh quan sát sẽ đặt câu hỏi tại sao?

Giải thích : Là muối của một axit rất yếu , natri hipoclorit trong nước Gia-ven dễ tácdụng với cacbon dioxit của không khí tạo thành axit hipocloro.

NaClO+CO +H O→NaHCO +HClO

Do có tính oxi hóa mạnh, axit hipocloro có tác dụng tẩy trắng, vì thế vệt bẩn , giấy màu

ở phần tiếp xúc với không khí nhanh bị tẩy trắng hơn

Ví dụ 2: Cho hình vẽ miêu tả thí nghiệm điều chế khí Y từ dung dịch X

Ví dụ 3: Vì sao các kim loại kiềm có thể cắt được bằng dao dễ dàng trong khi các kim loại khác thì không?

GV: Nếu nói có thể dễ dàng dùng dao cắt kim loại ra thành lát mỏng, bạn sẽ không tin.Nhưng quả thực có một số kim loại như vậy, đó là kim loại kiềm

GV cho HS quan sát mẩu natri, kali và cho HS thấy có thể dùng dao cắt mẩu natri kimloại dễ dàng

Giải thích : Các KLK đều có kiểu cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm khối là kiểumạng kém chặt khít Ngoài ra, KLK chỉ có 1 electron lớp ngoài cùng, vì thế liên kếtkim loại trong mạng tinh thể yếu, dẫn đến các KLK đều mềm, có thể cắt bằng dao

Ví dụ 4: Vì sao trước khi luộc rau muống cần cho thêm một ít muối ăn NaCl ?

Dưới áp suất khí quyển 1atm thì nước sôi ở 1000C Nếu cho thêm một ít muối ăn vàonước thì nhiệt độ sôi cao hơn 1000C Khi đó luộc rau sẽ mau mềm, xanh và chín nhanhhơn là luộc bằng nước không Thời gian rau chín nhanh nên ít bị mất vitamin

Áp dụng: Đây là một vấn đề rất quen thuộc mà nếu không chú ý thì HS sẽ không biết

HS dễ dàng làm thí nghiệm ngay khi nấu ăn Từ đó góp phần tạo nên kinh nghiệm nấu

ăn cho HS, rất thiết thực trong cuộc sống

2 Một số biện pháp bồi dưỡnghọc sinh giỏi hóa học

2.1 Cơ sở đề xuất

- Phát triển phương pháp suy nghĩ ở trình độ cao phù hợp với khả năng trí tuệ

của HS

- Thúc đẩy động cơ học tập

- Bồi dưỡng sự lao động, làm việc sáng tạo

- Phát triển các kĩ năng, phương pháp và thái độ tự học suốt đời

- Nâng cao ý thức và khát vọng của tuổi trẻ về sự tự chịu trách nhiệm

- Khuyến khích sự phát triển về lương tâm và ý thức trách nhiệm trong đóng góp xã hội

- Hình thành, rèn luyện và phát triển khả năng nghiên cứu khoa học

- Tạo điều kiện tốt tốt nhất để phát triển khả năng, năng khiếu của HS

b) Cách thực hiện: Đưa ra những vẫn đề khó, ngoài hoặc vượt qua chương trình THPT

để học sinh giải quyết nó rồi từ đó phân tích xem xét những cách giải quyết vấn đề thông minh, sáng tạo để nâng cao trình độ Hóa học cho HS.

c) Các ví dụ:

Ví dụ 1 : Khảo sát liên kết hóa học bằng phương pháp VB

Nội dung cơ bản của thuyết VB:

• Phương pháp VB cho rằng trong phân tử các electron vẫn chuyển động trên cácorbitan nguyên tử Sự phâ bố electron vào các AO đó tạo nên cấu hình electronphân tử

• Mỗi liên kết cộng hóa trị được hình thành bằng sự ghép đôi hai electron có spinđối song mà mỗi electron này trước khi tham gia liên kết thuộc một nguyêntử( trường hợp chung )

• Trong sự hình thành liên kết hóa học có sự xen phủ AO tham gia liên kết Sự xenphủ này được ưu tiên theo phương của trục nối hai hạt nhân nguyên tử(tính địnhhướng liên kết cộng hóa trị ) và được phân bố theo hướng của sự xen phủ lớnnhất (nguyên lí xên phủ cực đại)

• Độ xen phủ các AO hóa trị càng lớn thì liên kết càng bền ( độ xen phủ càng lớnthì năng lượng và hiệu năng lượng các AO hóa trị càng nhỏ)

s-s(σ) p-p(σ) s-p(σ)

Ví dụ 2 : Các số lượng tử và ý nghĩa của chúng?

Trạng thái của electron trong nguyên tu duoc xác định bằng tổ hợ số lượng tử : số lượng

tử chính (n) , số lượng tử phụ hay số lượng tử obital(l) , số lượng tử từ ml và số lượng tửspin ms.

1, Số lượng tử chính : Số lượng tử chính n tương ứng với số thứ tự lớp electron

2,Số lượng tử phụ (hay số lượng tử obitan) l : cho biết hình dạng của obitan trong khônggian và xác định số phân lớp trong mỗi lớp

Vd : Ở lớp thứ I (n = 1) → l có 1 giá trị (l = 0) → 1 kiểu obitan s

Ở lớp thứ II (n = 2) → l có 2 giá trị (l = 0 và l = 1) → 2 kiểu obitan s và p

Ở lớp thứ III (n = 3) → l có 3 giá trị (l = 0, l = 1 và l = 2) → 3 kiểu obitan s , p và d

Ở lớp thứ IV (n = 4) → l có 4 giá trị (l = 0, l = 1, l = 2 và l = 3) → 4 kiểu obitan s , p , d

Số lượng tử spin đặc trưng cho chuyển động quay xung quanh trục riêng của electron

Số lượng tử spin chỉ có 2 giá trị + ½ và −1/2 được kí hiệu tương ứng bằng 2 mũi tên lên(↑) và xuống (↓ ) ứng với 2e trong 1 AO

? Xác định nguyên tử mà electron cuối cùng có các số lượng tử n = 3 ; l = 1 ; ml = -1 ; ms

= -1/2

Trả lời : nguyên tố đó là Ar , cấu hình e là 1s22s22p63s23p6

Ví dụ 3 : THUYẾT MO-PHƯƠNG PHÁP OBITAN PHÂN TỬ

1.Những luận điểm cơ bản của thuyết MO:

1) Trong phân tử, tính cá thể (độc lập) của

các nguyên tử không còn tồn tại Phân tử gồm có một số giới hạn các hạt nhân nguyên tử

và các electron Các electron (chủ yếu là các electron hóa trị) phân bố trên các obitanchung của phân tử

2) Trong phân tử tồn tại những trạng thái riêng cho các electron, trạng thái đó được xácđịnh bởi một hàm không gian gọi là obitan phân tử (MO) Mỗi MO tương ứng với mộtmức năng lượng xác định

3) Trong phân tử, sự phân bố các electron trên các MO cũng tuân theo nguyên lý vữngbền, nguyên lý Pauli và qui tắc Hund, từ đó ta có cấu hình electron của phân tử

4) Các AO chủ yếu được sử dụng trong việc thành lập các MO phải mãn các điều kiệnsau:

-Có năng lượng xấp xỉ nhau

-Có tính đối xứng giống nhau đối với trục liên kết (hay có mức độ xen phủ rõ rệt)

2 MO liên kết và MO phản liên kết

1) MO liên kết: có sự tập trung mật độ xác suất có mặt của electron ở khoảng giữa hai hạtnhân Electron có tác dụng liên kết hai hạt nhân và khi ở trạng thái này, electron có nănglượng thấp hơn khi ở trạng thái nguyên tử

2) MO phản liên kết: Xác suất có mặt của electron ở khoảng giữa hai hạt nhân nhỏ và ởtrạng thái này, electron có năng lượng cao hơn ở trạng thái nguyên tử (điều đó có nghĩatrạng thái đó kém bền hơn trạng thái nguyên tử)

* Chú ý: Chỉ hai AO có tính đối xứng giống nhau mới có khả năng xen phủ và tạo thành

1 MO liên kết và 1 MO phản liên kết Đối với những AO không có tính đối xứng giốngnhau thì không có sự xen phủ Khi đó ta có MO không liên kết

3, Thuyết MO và phân tử 2 nguyên tử

• Phân tử 2 nguyên tử đồng hạch A

a) Các phân tử A2thuộc chu kỳ 1:

Giản đồ phân tử các MO như sau:

Để có sự phù hợp với lý thuyết kinh điển, người ta đưa ra khái niệm số liên kết (bậcliên kết hay độ bội liên kết) N và định nghĩa:

N = (n - n*)/2

trong đó, n : số electron trên MO liên kết (số electron liên kết)

n*:số electron trên MO phản liên kết (số e phản liên kết)

Dựa vào N, thuyết MO cho phép đánh giá về năng lượng liên kết và độ dài liên kết (Giữa

2 nguyên tử, số liên kết càng lớn thì năng lượng liên kết càng lớn và độ dài liên kết càngnhỏ)

Thuyết MO cũng cho ta xác định được từ tính của phân tử (thuận từ khi có electron độcthân, nghịch từ khi các electron đều ghép đôi)

b) Các phân tử A2 thuộc chu kỳ 2:

Quang phổ nghiệm cho biết, đối với nguyên tử O, F và Ne, hiệu năng lượng của obitan2p và 2s khá lớn, vì vậy ta chỉ tổ hợp các obitan 2s riêng với nhau, các obitan 2p riêngvới nhau Đối với phân tử O2và F2, phổ phân tử cho biết các mức năng lượng của các

MO có thứ tự như hình vẽ (Giản đồ I)

Đây là trường hợp của O2và F2:

σ < σ < σ < π = π < π = π < σ

Đối với các nguyên tử thuộc đầu chu kỳ 2 (Li, Be, B, C, N), hiệu hai mức năng lượng 2p

và 2s tương đối nhỏ, vì vậy có sự tổ hợp của tất cả các obitan 2s và 2pz Thứ tự các mứcnăng lượng của các MO như hình vẽ (Giản đồ II)

Trường hợp của Li2, Be2, C2, N2:

b) Cách thực hiện : Đưa những bài tập nâng cao thường xuất hiện trong đề thi học sinh giỏi cho HS làm, sau đó phân tích bài làm của các em tùy mức độ lam bài của các em để rèn luyện thêm cho các em.

c) Các ví dụ

Ví dụ 1:

1.Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của nguyên tố X có cấu hình electron lớp ngoài cùng là4s1 Viết cấu hình electron và xác định vị trí của X trong bảng tuần hoàn Tính số electronđộc thân của nguyên tử nguyên tố X ở trạng thái cơ bản

2.Viết phương trình phản ứng (dưới dạng phân tử) khi cho các dung dịch (mỗi dung dịchđều chứa 1 mol chất tan) tác dụng với nhau theo từng cặp sau: BaCl2và NaHSO4;Ba(HCO3)2và KHSO4; Ca(H2PO4)2 và KOH; Ca(OH)2 và NaHCO3

Lời giải :

1,Có ba trường hợp sau:

Trường hợp 1:Cấu hình electron của X là [Ar] 4s1

X thuộc ô thứ 19, chu kì 4, nhóm IA Ở trạng thái cơ bản, X có 1 electron độc thân.Trường hợp 2:Cấu hình electron của X là [Ar] 3d54s1

X thuộc ô thứ 24, chu kì 4, nhóm VIB Ở trạng thái cơ bản, X có 6 electron độc thân.Trường hợp 3:Cấu hình electron của X là [Ar] 3d104s1

X thuộc ô thứ 29, chu kì 4, nhóm IB Ở trạng thái cơ bản, X có 1 electron độc thân

2 Phương trình hóa học:

2 4 4

2.Một hỗn hợp hai hợp chất hữu cơ đơn chức, mạch hở A, B; cả hai đều tác dụng được với dung dịch NaOH Khi đốt cháy A hay đốt cháy B thì thể tích khí CO 2 và hơi nước thu được đều bằng nhau (đo ở cùng điều kiện) Lấy 16,2 gam hỗn hợp trên cho tác dụng vừa đủ với 100 ml dung dịch NaOH 2M sau đó cô cạn dung dịch

ta thu được 19,2 gam chất rắn khan Biết A, B có số nguyên tử cacbon trong phân

tử hơn kém nhau là 1.

a.Xác định công thức cấu tạo của A và B.

b Tính % khối lượng mỗi chất A, B trong hỗn hợp

Lời giải

1, +) nA= 0,1 mol; nNaOH= 0,2 mol;A tác dụng với dung dịch NaOH thu được một muối

và một ancol, với tỉ lệ mol của A:NaOH = 1:2=> A là este 2 chức

+) TH1: Tạo bởi axit 2 chức và ancol đơn chức A có công thức dạng R(COOR’)2

=> R + 2R’=58

=> R’=15 và R=28 => CTCT của A là CH3OOC-CH2-CH2-COOCH3 hoặc R’=29 vàR=0=> CTCT của A là C2H5OOC-COOC2H5

+) TH2:Tạo bởi axit đơn chức và ancol 2 chức A có công thức dạng (RCOO)2R’

=> 2R + R’=58=>R=1 và R’=56 => CTCT của A là HCOO-CH2-CH2-CH2-CH2-OOCHhoặc R=15 và R’=28=> CTCT của A là CH3COO-CH2-CH2-OOCCH3

2,a.+) A, B đơn chức, mạch hở đều tác dụng được với dung dịch NaOH Vậy axit hoặceste đơn chức Đốt cháy thu được số mol CO2 bằng số mol H2O

Nên A, B có dạng tổng quát : CxH2xO2và CpH2pO2 Hoặc là R1COOR2và R3COOR4

+) Phương trình phản ứng với dung dịch NaOH

R1COOR2+ NaOH → R1COONa + R2OH

R3COOR4+ NaOH → R3COONa + R4OH

+) nNaOH= 0,1.2 = 0,2 mol => mNaOH= 0,2 x40 = 8 gam

+) Khối lượng R2OH và R4OH: 16,2 + 8 - 19,2 = 5 gam

=> n(A,B) = n( muối)= n(R1OH,R2OH)= n(NaOH) = 0,2 (mol) =>MA,B= 16,2/0,2 = 81 (u)

A, B hơn kém 1 nguyên tử cacbon, với dạng tổng quát trên tương ứng hơn kém 1 nhómCH2

Vậy: A có CTPT là C3H6O2 : a mol và B có CTPT là C4H8O2: b mol

=> a+ b = 0,2 74a + 88b = 16,2 => a = b = 0,1 (mol)

+)Mmuối=19,2/0,2 =96 (u)

* TH1: Chất rắn chỉ có 1 muối: CH3CH2COONa

=> CTCT của A là CH3CH2COOH và B là CH3CH2COOCH3

* TH2:Chất rắn có 2 muối R1COONa < 96 và R2COONa >96

=> có 1 muối là CH3CH2CH2COONa => B là CH3CH2CH2COOH