Mở đầu: Lí do chọn đề tài Hiện nay các công trình nghiên cứu thực trạng Giáo dục Việt Nam chothấy: chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh chưa cao, đặc biệt việc pháthuy tính tích
Trang 11 Mở đầu:
Lí do chọn đề tài
Hiện nay các công trình nghiên cứu thực trạng Giáo dục Việt Nam chothấy: chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh chưa cao, đặc biệt việc pháthuy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, năng lực nhận thức, năng lực tự phát hiện
và giải quyết vấn đề và khả năng tự học chưa được rèn luyện đúng mức Từ thực
tế đó nhiệm vụ cấp thiết đặt ra cho ngành Giáo dục là phải đổi mới Phương phápgiảng dạy : lấy học sinh làm trung tâm, để bồi dưỡng cho hoc sinh năng lực tưduy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề Người giáo viên không những phảitruyền thụ được kiến thức cơ bản của chương trình qui định mà còn phải hình thànhcho học sinh một phương pháp học tập độc lập , sáng tạo
Mặt khác khi nghiên cứu chương trình sách giáo khoa hoá học phổ thôngchúng tôi nhận thấy: các kiến thức cơ sở hoá học phân tích được tăng cường sẽgiúp cho học sinh hiểu vấn đề được rõ ràng, bản chất, đặc biệt là các quá trìnhhoá học xảy ra trong dung dịch: cân bằng axit – bazơ , cân bằng oxi hoá - khử,cân bằng tạo hợp chất ít tan Trên cơ sở đó vận dụng các kiến thức vào giải thíchcác hiện tượng hoá học xảy ra, dự đoán hiện tượng bằng lí thuyết, nhận ra sự cómặt của chất, ion trong dung dịch một cách nhanh chóng, chính xác, ngắn gọn
Với mong muốn dạy tốt môn hoá học phổ thông nhất là các nội dung mớicủa chương trình sách giáo khoa tôi lựa chọn hướng nghiên cứu vận dụng cơ sở
lí thuyết hoá học phân tích định tính giúp học sinh hiểu rõ bản chất các quá trìnhhoá học, vận dụng giải các dạng bài tập về giải thích dự đoán hiện tượng hoáhọc, nhận biết các chất trong dung dịch chất điện li, và hướng sử dụng các bàitập đó vào giảng dạy ở phổ thông nhằm phát triển năng lực nhận thức và tư duyhọc sinh phổ thông
Với những lí do nêu trên tôi để góp phần nâng cao chất lượng dạy và học
trong nhà trường THPT tôi mạnh dạn đưa ra sáng kiến kinh nghiệm: : “Phát triển năng lực nhận thức và tư duy học sinh phổ thông thông qua bài tập dung dịch chất điện li trên cơ sở hoá học phân tích định tính.”
Đối tượng nghiên cứu:
+ Nghiên cứu cơ sở lí luận về năng lực nhận thức, tư duy học sinh
Trang 2+ Nghiên cứu chương trình hoá học phổ thông, hệ thống các kiến thức cơ sở hoáhọc phân tích định tính và khả năng vận dụng trong giảng dạy chương trình hoáhọc phổ thông.
+ Lựa chọn và xây dụng hệ thống bài tập về dung dịch chất điện li, bài tập nhậnbiết ở các mức độ nhận thức khác nhau
+ Đề xuất các phương hướng phân tích đề và phương thức giải tối ưu các dạngbài tập trong giảng dạy hoá học để rèn luyện tư duy học sinh
Phương pháp nghiên cứu:
- Phân tích lí luận các vấn đề có liên quan đến đề tài
- Nghiên cứu thực tiễn, quan sát trò chuyện với học sinh, giáo viên
- Tham khảo sách báo ,giáo trình, tài liệu có liên quan
Những điểm mới của SKKN:
+ Tính mới của giải pháp:
Việc phát triển năng lực nhận thức và tư duy học sinh Phổ thông sẽ đạtđược hiệu quả cao nếu giáo viên xác định được nội dung kiến thức có thể ápdụng, mở rộng, phát triển để làm rõ mối quan hệ giữa các chất, bản chất các quátrình hoá học, từ đó áp dụng giải thích các hiện tượng hoá học trong học tập vàtrong đời sống
+ Tính sáng tạo của giải pháp:
Đồng thời việc lựa chọn và xây dựng được hệ thống bài tập phù hợp nănglực nhận thức với từng đối tượng học sinh sẽ thu hút học sinh, thúc đẩy các emchủ động, tích cực, sáng tạo hơn trong học tập và tu rèn đạo đức
2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1 Khái niệm về sự nhận thức
- Nhận thức là một trong ba mặt cơ bản của đời sống tâm lí con người(nhận thức, tình cảm, hành động ), nó là tiền đề của hai mặt kia đồng thời cóquan hệ chặt chẽ với chúng và với các hiện tượng tâm lí khác
- Hoạt động nhận thức bao gồm nhiều quá trình khác nhau có thể chiathành hai giai đoạn lớn:
+ Nhận thức cảm tính ( cảm giác và tri giác )
+ Nhận thức lí tính ( tư duy và tưởng tượng)
2.1.2 Năng lực nhận thức và biểu hiện của nó
Năng lực nhận thức được xem là năng lực trí tuệ riêng của con người, nóđược biểu hiện dưới nhiều góc độ khác nhau Các nhà tâm lí học xem trí tuệ là
sự nhận thức của con người bao gồm nhiều năng lực riêng rẽ và được xác địnhthông qua chỉ số IQ (chỉ số thông minh)
Trang 3Năng lực nhận thức được biểu hiện ở nhiều mặt, cụ thể là:
- Mặt nhận thức : nhanh biết, nhanh hiểu, nhanh nhớ, biết suy xét và tìm
ra logic vấn đề nhanh chóng
- Tưởng tượng: óc tưởng tượng phong phú, nhanh chóng hình dung ra
được hình ảnh và nội dung như đã được miêu tả
- Hành động: nhanh trí, linh hoạt, tháo vát, sáng tạo.
- Phẩm chất : có óc tò mò, lòng say mê , hứng thú làm việc.
Còn trí thông minh là tổng hợp các năng lực trí tuệ của con người (quan
sát, ghi nhớ, tưởng tượng, tư duy ) trong đó đặc trưng cơ bản nhất là tư duy độclập và tư duy sáng tạo nhằm ứng phó mọi tình huống mới
2.1.3 Sự phát triển năng lực nhận thức cho học sinh
Việc phát triển năng lực nhận thức cho học sinh thực chất là hình thành vàphát triển năng lực tư duy linh hoạt, sáng tạo Do đó điều quan trọng với họcsinh là phải thường xuyên và có hệ thống hình thành năng lực nhận thức cho họcsinh
Hình thành năng lực nhận thức cho học sinh qua các bước cơ bản sau:
+ Bắt đầu là năng lực quan sát, phát triển trí nhớ và tưởng tượng
+ Trau dồi ngôn ngữ , nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo, phương phápnhận thức
+ Tu rèn đạo đức nhân cách
Để phát triển năng lực nhận thức cho học sinh cần đảm bảo các yếu tố + Vốn di truyền về tư chất tối thiểu cho học sinh
+ Vốn kiến thức tích luỹ phải đầy đủ và hệ thống
+ Phương pháp dạy và phương pháp học phải thực sự khoa học
+ Có chú ý đặc điểm lứa tuổi và đảm bảo điều kiện vật chất, tinh thần.Trong quá trình tổ chức hoạt động học tập giáo viên còn phải chú ý các hướng
+ Cần phải chú ý các hoạt động tập thể trong lớp học, học sinh khôngnhững trình bày phương pháp của mình mà còn phải biết so sánh, đánh giáphương pháp của bạn, điều này thúc đẩy các quan hệ xã hội mở rộng, tư duynhận thức phát triển
Trang 42.1.4 Khái niệm về tư duy
Theo định nghĩa của M.N.Sacđacôp : tư duy là sự nhân thức khái quát giántiếp các sự vật và hiện tượng của hiện thực trong những dấu hiệu, những thuộctính chungvà bản chất của chúng Tư duy cũng là sự nhận thức sáng tạo những
sự vật , hiện tượng mới riêng lẻ của hiện thực trên cơ sở những kiến thức kháiquát hoá đã thu nhận được
2.1.5 Tư duy hoá hoc và sự phát triển tư duy hoá học thông qua bài tập hoá học
- Tư duy hoá học: đặc trưng bởi phương pháp nhận thức hoá học nghiên
cứu các
chất, các quá trình biến đổi chất, và các qui luật chi phối quá trình này
- Phát triển tư duy hoá học cho học sinh qua bài tập hoá học
Bài tập hoá học: là bài ra cho học sinh làm để củng cố, vận dụng các kiến
thức hoá học đã học, bao gồm cả câu hỏi và bài toán hoá học Trong khi hoànthành bài tập hoá học học sinh nắm được và hoàn thiện một tri thức, mộy kĩnăng nào đó, bằng cách trả lời miệng hoặc viết tự luận hoặc trắc nghiệm kháchquan
mà phát triển năng lực nhận thức và tư duy cho học sinh Đây là yêu cầu cấpthiết đối với giáo viên hoá học trong giai đoạn đổi mới chương trình sách giáokhoa các môn học phổ thông hiện nay
2.3 Các giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề:
2.3.1 Kiến thức phân tích định tính cần nắm vững và khả năng vận dụng Phản ứng trong dung dịch có thể được thiết lập bởi nhiều cân bằng khác
nhau trong đó có cân bằng axit-bazơ Cân bằng này có vị trí vô cùng quan trọng
Trang 5trong trường phổ thông và được nghiên cứu rất nhiều và có rất nhiều ứng dụng đểgiải quyết các vấn đề liên quan đến hiện tượng hóa học trong dung dịch.
Cơ sở lí thuyết phân tích định tính về cân bằng axit-bazơ áp dụng ởtrường phổ thông cần nắm vững là:
- Các định nghĩa axit, bazơ , dung dịch axit, dung dịch bazơ
- Độ pH của dung dịch
- Qui luật độ mạnh của các axit, bazơ
- Cặp axit-bazơ liên hợp, chiều phản ứng axit-bazơ
- Bản chất phản ứng axit-bazơ
- Quan hệ hằng số axit, hằng số bazơ
Vận dụng các kiến thức trên giúp học sinh giải quyết được các vấn đề sau:
- Viết phương trình phản ứng từ các cặp axit-bazơ
- Giải thích tính axit-bazơ của chất trong dung dịch
- Đánh giá được pH của dung dịch
- So sánh độ mạnh yếu của các axit-bazơ
- Tính toán được nồng độ cân bằng các chất trong phản ứng axit-bazơ
2.3.2 Hệ thống kiến thức cơ bản về cân bằng axit-bazơ
Có rất nhiều học thuyết về axit, bazơ : thuyết Areniuyt, Bronsted-Lauri,Lewis, Uxanovic, Thuyết về các hệ dung môi Chương trìng Hoá học phổthông đưa ra 2 thuyết là : Areniuyt, Bronsted-Lauri và chủ yếu áp dụng chodung môi là nước Hai thuyết này giả thích được phần lớn các hiện tượng hoáhọc liên quan đến axit, bazơ ở chương trình hoá học phổ thông Trong đó thuyếtBronsted-Lari có nhiều ưu điểm hơn
a Thuyết Areniuyt
Nội dung cơ bản của thuyết được giới thiệu cho học sinh từ chương trìnhHoá học Trung học cơ sở
- Theo thuyết này :
+ Axit : chất tan trong nước phân li ra H+
+ Bazơ : chất tan trong nước phân li ra OH-
Tức là : axit là chất mà trong phân tử phải có nguyên tử H, bazơ trong phân
tử phải có nhóm -OH để khi phân li mới cho H+, OH
-Cách hiểu này đơn giản, dễ nhớ, phù hợp với học sinh mới bắt đầu học hoáhọc Tuy nhiên cách này có một số hạn chế :
+ Chỉ áp dụng dược cho dung môi là nước
+ Không giải thích được tính axit, bazơ của một số chất :
VD : NH3 : là bazơ nhưng phân tử không có nhóm –OH
SO2 là axit nhưng phân tử không có nhóm –H
Trang 6- Để giải quyết vấn đề này Areniuyt đã đưa ra khái niệm sự thuỷ phân:
VD : NH3 + H2O NH4OH : là Bazơ
SO2 + H2O H2SO3 : là Axit
Nhưng thực tế, bằng nhiều lí thuyết và thí nghiệm hiện đại đã chứng minhtrong dung dịch không tồn tại phân tử NH4OH, do đó ta thấy thuyết Areniuytcòn có hạn chế và điểm chưa chính xác
b Thuyết Bronsted-Lauri
- Thuyết này giới thiệu cho học sinh sau khi học xong chương ‘sự điện li’chương trình Hoá học 11- PTTH Thuyết này khắc phục được các khuyết điểm củaAreniuyt và được sử dụng rộng rãi ở chương trình Hoá học phổ thông
- Theo thuyết Brosted-Lauri:
+ axit : chất có khả năng cho proton
+ bazơ : chất có khả năng nhận proton
VD : HCl là axit trong môi trường nước vì
HCl + H2O H3O+ + Cl
NH3 là bazơ trong môi trường nước vì :
NH3 + H2O NH4+ + OH
HCO3- có thể là axit hay bazơ:
HCO3- + H2O H2CO3 + OH
HCO3- + H2O CO32- + H3O+
+ Vậy theo thuyết Brosted- Lauri thì : axit, bazơ có thể là phân tử hayion, một chất có thể vừa là axit, vừa là bazơ
- Ưu điểm của thuyết Bronsted-Lauri : có thể giải thích tính chất axit bazơcủa mọi chất trong dung dịch và áp dụng cho mọi dung môi Tuy nhiên chươngtrình Hoá học phổ thông chỉ áp dụng cho dung môi là nước nên việc dùng thuyếtBronsted-Lauri và Areniuyt thu được kết quả như nhau
c Cặp axit-bazơ
- Mỗi axit khi cho proton thì biến thành bazơ liên hợp với nó,
- Mỗi bazơ khi nhận proton thì biến thành axit liên hợp với nó
Nghĩa là có quá trình thuận nghịch : A H+ + B
Trong đó : A/B tạo thành một cặp axit-bazơ liên hợp
VD : HCOOH + H2O HCOO- + H3O+
2 cặp axit-bazơ liên hợp là : HCOOH/HCOO- và H3O+/H2O
NH4+ + H2O NH3 + H3O+
Cặp axit-bazơ liên hợp là : NH4+/NH3
- Trong một cặp axit-bazơ liên hợp: nếu dạng axit càng mạnh thì dạng bazơ càngyếu và ngược lại, nếu dạng bazơ càng mạnh thì dạng axit càng yếu
Trang 7Ý nghĩa : Ka càng lớn thì lượng H+ phân li càng nhiều, axit càng mạnh Ngượclại Ka càng bé thì H+ phân li ít, axit càng yếu.
Kb nhỏ, đây là bazơ trung bình
CCl3COO- + H2O CCl3COOH + OH- ; Kb = 10-13,34
Kb rất nhỏ, đây là bazơ yếu
* Mối quan hệ Ka và Kb :
CB của nước : H2O H+ + OH- ; Kw = [H+].[OH-]
Kw = 10-14: tích số ion của nước, ở nhiệt độ khác nhau thì Kw khác nhau
Trang 8- Qui ước : pH = -lg[H3O+] hoặc pH = -lg[H+]
khi đó : [H+] = 10-pH M
- ở nhiệt độ 250C : pH của các dung dịch như sau :
môi trường axit : [H+] > 10-7 M ⇔ pH < 7
môi trường bazơ : [H+] < 10-7 M ⇔ pH > 7
môi trường trung tính : [H+] = 10-7 M ⇔ pH = 7
- Thang pH : trên lí thuyết pH có thể lấy giá trị bất kì , nhưng thực tế pHthường lấy giá trị từ 0 -> 14 , nên thang pH thường dùng là từ 0 đến 14
- Độ pH có ý nghĩa to lớn trên thực tế Chẳng hạn máu người và động vật cógiá trị pH không đổi nghiêm ngặt, cây cối sinh trưởng trong dung dịch đất ở pHnhất định phù hợp từng cây, tốc độ ăn mòn của kim loại trong nước phụ thuộcrất nhiều vào pH
e Chỉ thị axit-bazơ
- Chỉ thị axit-bazơ là chất có màu biến đổi theo pH của dung dịch
- Bản chất của chỉ thị axit-bazơ là một axit hoặc bazơ yếu có màu 2 dạng axit
và bazơ liên hợp khác nhau
Bảng một số chất chỉ thị axit-bazơ
- Nhận xét : mỗi chỉ thị có một khoảng chuyển màu nhất định, để dánh giá pH
dung dịch gần chính xác phải chọn chỉ thị có khoảng chuyển màu phù hợp
- Chỉ thị chỉ xác định được gần đúng pH của dung dịch muốn chính xác phảidùng máy đo pH
- Khi K > 1 ⇔ Ka1 > Ka2 thì phản ứng theo chiều thuận
- Khi K < 1 ⇔ Ka1 < Ka2 thì phản ứng theo chiều nghịch
Vậy chiều phản ứng là : Ax mạnh + Bazơ mạnh -> Bazơ yếu + Axit yếu.Sau đây tôi đề xuất các dạng bài tập chính : xác định môi trường dung dịch, tính
pH và cân bằng trong dung dịch, mối liên hệ giữa nồng độ chất và pH của dungdịch Sau đây ta sẽ xét từng dạng cụ thể
2.3.3 Các dạng bài tập
2.3.3.1 Dạng bài tập về : Xác định môi trường dung dịch
Chất chỉ thị Khoảng pH đổi màu Màu dạng axit Màu dạng bazơ
Quỳ tím
Phenolphtalein
5,0 – 8,08,0 – 9,8
đỏkhông màu
Xanhđỏ
Trang 9Bài 1 : Theo thuyết Bronsted-Lauri thì các chất sau là axit, bazơ, trung tính hay
lưỡng tính ? K2S, C6H5COOH, C6H5NH2, NH4HSO4, Fe(ClO4)3, H2SO4, AlCl3,NaNO3, CH3NH2, CH3COONH4, NaHCO3, Na3PO4, NaH2PO4
* HCO3- : lưỡng tính vì ion này vừa nhận, vừa cho proton
HCO3- + H2O H2CO3 + OH- : là bazơ
HCO3- + H2O CO32- + H3O+ : Là axit
* Tương tự cho các chất còn lại :
bazơ : K2S, C6H5NH2, CH3NH2, Na3PO4
axit : C6H5COOH, NH4HSO4, Fe(ClO4)3, H2SO4, AlCl3,
trung tính : K+, Na+, Cl-, NaNO3, ClO4-, CH3COONH4
lưỡng tính : HSO4-, HCO3-, H2PO4-
Bài 2: xác định môi trường các dung dịch sau: NH4Cl, Na2SO4, Na2CO3, KCl,
CH3COONa,NaHSO4,CH3COONH4, C6H5ONa, CH3NH2, Na2HPO4, NaHCO3,NaH2PO4
Hướng dẫn :
- Bài tập này cơ bản giống bài tập 1, ta cũng phải :
+ Xác định chất là axit hay bazơ, tìm Ka, Kb của axit hay bazơ đó
+ Viết các cân bằng có trong dung dịch , dựa vào Ka, Kb so sánh tỉ lệ 2 ion
H+ và OH- có trong dung dịch từ đó rút ra kết luận cần thiết
- Có thể đánh giá tương đối môi trường của dung dịch muối như sau :
+ Muối của axitvà bazơ có độ mạnh yếu tương đương : trung tính
+ Muối của axit mạnh, bazơ yếu : môi trường axit
+ Muối của axit yếu, bazơ mạnh : môi trường bazơ
Trang 10+ Đối với các chất lưỡng tính : cần so sánh Ka, Kb của nó:
Ka > Kb : môi trường axit
Ka < Kb : Môi trường bazơ
Ka ¿ Kb : môi trường trung tính
Lời giải :
Dung dịch NH4Cl : môi trường axit
CB : NH4+ NH3 + H+; Ka = 10-9,24
H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14
So sánh 2 cân bằng trên ta thấy Ka > Kw nên [H+] > [OH-] ,
Vậy dung dịch là axit
Dung dịch Na2SO4 : môi trường trung tính
CB : H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14
SO42- + H2O HSO4- + OH- : Kb = 10-12
Kw ¿ Kb nên [H+] ¿ [OH-] do đó dung dịch có môi trường trung tính
Dung dịch Na2CO3 : môi trường bazơ
CB: CO32- + H2O HCO3- + OH- ; Kb = 10-3,67
H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14
Kb>> Kw nên [H+] < [OH-] , môi trường là bazơ
Làm tương tự cho các trường hợp còn lại ta có các kết luận :
axit : NH4Cl, NaHSO4, NaH2PO4
bazơ : Na2CO3, CH3COONa, C6H5ONa, CH3NH2, Na2HPO4, NaHCO3trung tính : Na2SO4, KCl, CH3COONH4
2.3.3.2 Dạng bài tập về : Tính pH dung dịch
Nguyên tắc :
- Mô tả đầy đủ các cân bằng trong dung dịch, chọn ra cân bằng ưu thế nhờ sosánh tích K.C, nếu có 2 cân bằng là (1) ,(2) mà K1.C1>10-4 K2.C2 thì bỏ qua đượccân bằng (2) so với (1)
- Ta áp dụng các định luật hoá học cơ bản để tìm nồng độ H+, tính pH dungdịch và các yếu tố cân bằng khác
- Phạm vi giới hạn áp dụng : axit mạnh, bazơ mạnh; đơn axit yếu, đơn bazơyếu; đa axit yếu nấc 1 là chính, đa bazơ yếu nấc 1 là chính, hỗn hợp đơn axit yếu
và bazơ yếu, muối axit
Sau đây ta sẽ xét từng bài cụ thể minh hoạ :
Bài 3 : Tính pH các dung dịch sau có cùng nồng độ 0,01 M.
1 Axit HCl, H2SO4, NaOH, Ba(OH)2
2 Đơn axit yếu: CH3COOH, đơn bazơ yếu : NH3
3 Đa axit yếu H3PO4, đa bazơ yếu : Na2CO3