Xây dựng hệ thống bài tập phần “điện hóa học” giúp phát triển năng lực tự học của sinh viên (2017)

Để giúp sinh viên có thêm tham khảo và đạt hiệu quả hơntrong việc tự học phần “Điện hóa học”, một trong những phần chứa những kiến thức căn bản em đã nghiên cứu đề tài “Xây dựng hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa phân tích

HÀ NỘI - 2017

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn chân thành, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc

tới Th.S Nguyễn Thị Huyền đã định hướng, hướng dẫn và tạo điều kiện giúp

đỡ em tận tình trong quá trình nghiên cứu, học tập để em hoàn thành đượckhoá luận tốt nghiệp

Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Hóa học - Trường Đạihọc Sư phạm Hà Nội 2 đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm emhọc tập Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nềntảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quý báu để embước vào đời một cách vững chắc và tự tin

Em cảm ơn các bạn sinh viên K41- Hóa đã tạo điều kiện thuận lợi để

em tiến hành thực hiện khóa luận

Trong quá trình thực hiện khoá luận, em không tránh khỏi những thiếusót, kính mong thầy cô và các bạn nhiệt tình đóng góp ý kiến để đề tài của emđược hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Mai Hương

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về vấn đề tự học 3

1.1.1 Khái niệm tự học 3

1.1.2 Tác dụng của tự học 3

1.2 Điện hóa học 3

1.2.1 Một số khái niệm cơ bản 3

1.2.2 Bài tập 25

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Phương pháp nghiên cứu 27

2.1.1 Phương pháp thống kê 27

2.1.2 Phương pháp xây dựng bài tập hóa học 28

2.2 Thực nghiệm 29

2.2.1 Xây dựng hệ thống bài tập 29

2.2.2 Đánh giá khả năng tự học của sinh viên K41 – Hóa thông qua kết quả kiểm tra giữa kỳ phần “Điện hóa học” 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Đánh giá hệ thống bài tập 33

3.1.1 Hệ thống bài tập dùng để đánh giá kết quả tự học của sinh viên 33

3.1.2 Đánh giá độ khó của hệ thống bài tập cho sinh viên 71

3.2 Đánh giá kết quả tự học của sinh viên K41 – Hóa thông qua kết quả kiểm tra giữa kỳ phần “Điện hóa học” 75KẾT LUẬN 77TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC CÁC BẢNG

Danh mục Trang Bảng 3.1 Đánh giá độ khó của hệ thống bài tập về sự cân bằng trong dung

để giải được bài tập là vấn đề cốt lõi để hiểu được phần này Tuy nhiên, vớichính sách mới hiện nay của Bộ Giáo dục và Đào tạo, chúng ta đã chuyểnsang đào tạo đại học với hình thức tín chỉ, lấy người học làm trung tâm Hìnhthức đào tạo này còn nhiều mới mẻ và yêu cầu sinh viên phải tự giác, chủđộng trong học tập nhiều hơn, và tự học là điều tất yếu.

Khả năng tự học của sinh viên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như ý thức

tự học của sinh viên, nội dung môn học, điều kiện ngoại cảnh…Việc ý thứcđược tầm quan trọng của kiến thức để rèn luyện cho bản thân là rất quan trọngcho khả năng tự học Đó không phải là việc ghi ghi, chép chép, học thuộclòng những gì thầy nói trên lớp hay lên mạng tìm tài liệu, nó phải là kết quảlâu dài của việc hiểu kiến thức và vận dụng giải bài tập

Để đạt hiệu quả trong học tập đòi hỏi sinh viên phải dành nhiều thờigian cho việc học ở nhà, và đó không phải việc dễ dàng với sinh viên K41 –Hóa khi vừa mới làm quen với kiến thức chuyên ngành sau năm đầu học cácmôn đại cương Để giúp sinh viên có thêm tham khảo và đạt hiệu quả hơntrong việc tự học phần “Điện hóa học”, một trong những phần chứa những

kiến thức căn bản em đã nghiên cứu đề tài “Xây dựng hệ thống bài tập phần

“Điện hóa học” giúp phát triển năng lực tự học của sinh viên”.

2 Mục đích nghiên cứu

Với đề tài này, em hướng đến mục tiêu xây dựng được một hệ thốngbài tập về sự cân bằng trong dung dịch chất điện li, độ dẫn điện của dung dịchđiện li, pin điện và dung dịch, điện phân và quá thế để giúp nâng cao khảnăng tự học phần “Điện hóa học” của sinh viên K41 - Hóa học Và để hoànthành được nó, em đã hệ thống lại một số lý thuyết phần Điện hóa học, xâydựng các bài tập hóa học phù hợp với các lý thuyết trên và áp dụng nó đối vớisinh viên K41 - Hóa và thu kết quả kiểm tra giữa kỳ phần “Điện hóa học”

3 Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng và phân dạng hệ thống bài tập phần Điện hóa học

- Xây dựng phiếu đánh giá độ khó bài tập

- Đánh giá năng lực tự học đối với sinh viên K41 - Hóa

4 Phương pháp nghiên cứu

- Thực nghiệm sư phạm

- Thống kê

- Xây dựng bài tập hóa học

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về vấn đề tự học

1.1.1 Khái niệm tự học [10]

Tuy đã được nghiên cứu từ rất lâu và nhiều trên thế giới nhưng tự học(Learner autonomy) lại là một thuật ngữ gây nhiều tranh luận, do đó tự học làmột khái niệm mà các nhà giáo dục học và ngôn ngữ học chưa thống nhấtđược thành một định nghĩa cụ thể

Một số nhà nghiên cứu nổi tiếng đã định nghĩa về tự học như sau:

Tự học là khả năng tự lo cho việc học của chính mình (Henri Holle)

Tự học là tình huống trong đó người học hoàn toàn chịu trách nhiệm vềmọi quyết định liên quan tới việc học và thực hiện những quyết định đó(Leslie Dickinson)

Tự học là sự tự nhận thức về quyền của người học trong hệ thống giáodục (Phil Benson)

Luận điểm 1: Các chất điện li - các phân tử axit, bazơ, muối vô cơ và các

hợp chất hữu cơ bị phân li thành ion khi hòa tan chúng vào dung môi là nước(hoặc dung môi thích hợp)

Luận điểm 2: Không phải toàn bộ phân tử chất tan trong dung dịch đều

bị phân li thành ion mà chỉ có một phần Để đặc trưng cho khả năng phân lithành ion của phân tử chất tan, người ta sử dụng khái niệm độ điện li α

Độ điện li α là tỉ số giữa số mol của chất đã phân li thành ion n‟ so vớitổng số mol của chất tan dung dịch n [2]

Luận điểm 3: Quá trình phân li thành ion của chất điện li tuân theo định

luật tác dụng khối lượng

 Hoạt độ và hệ số hoạt độ của chất điện li [1] [2]

Xét dung dịch điện li:

    

aim  mi im

và điện tích của nó trong dung dịch mà còn phụ thuộc vào nồng độ và điệntích của các ion khác.

Lý thuyết về dung dịch chất điện li mạnh đã dẫn tới định luật giới hạn củaĐơbai - Huckel về hệ số hoạt độ phụ thuộc vào lực ion của dung dịch

Dung dịch điện li ở nồng độ loãng

Ion trong dung dịch điện li được xem là các tích điểm

Sự phân bố của ion trong dung dịch không đồng đều và trong dung dịch tồntại vô số điện tích điểm ion và bầu khí quyển ion, sự phân bố của các ion là dochuyển động nhiệt

i i

Dung môi để hòa tan chất điện li là môi trường không có cấu trúc, chấp nhận hệ số điện môi của dung dịch chất điện li bằng hằng số điện li của dungmôi

T: Nhiệt độ tuyệt đối

Với: a là đường kính hữu hiệu trung bình của ion

B là hằng số đối với một dung môi ở nhiệt độ đã cho

Điều kiện áp dụng: I  0,1

S: Tiết diện ngang của vật dẫn

Khái niệm: Là độ dẫn điện của một khối dung dịch chất điện li đặt giữa hai

khả năng dẫn điện phụ thuộc nồng độ thì sử dụng khái niệm độ dẫn điện mol.

Để tiện cho việc so sánh độ dẫn điện của các dung dịch chất điện li cócác ion với số hóa trị khác nhau, người ta sử dụng đại lượng độ dẫn điệnđương lượng.

Khái niệm: Là độ dẫn điện của dung dịch chứa đúng một đương lượng gamchất tan điện li đặt giữa hai điện cực trơ platin song song với nhau và cáchnhau 1cm

Sự phụ thuộc của độ dẫn điện đương lượng vào nồng độ dung dịch:

Đối với chất điện li mạnh trong dung dịch loãng:

U+, U- là tốc độ tuyệt đối.

F: Hằng số Faraday, F = 96500 Culông



Số tải của ion [1] [7]

Khái niệm: Đặc trưng cho phần điện lượng được tải đi bởi một ion trong dung dịch đặt trong điện trường ngoài

anion Nếu dung dịch chất điện li 1-1 chứa cation và

TH2: Có sự sonvat hóa ion:

Trong đó m a là độ tăng số đương lượng gam ở khu anot.

Phương pháp ranh giới di động:

t  FVC 

t  FVC 



1000It

F: Hằng số Faraday (F = 96500 Culông)

V: Thể tích dd giới hạn bởi hai vị trí đầu và cuối vạch ranh giới

1.2.1.2 Pin điện và dung dịch [1] [2] [3] [5] [7]

 Thế điện cực của pin điện

Khái quát về thế điện cực [2] [3] [7]

Trên ranh giới phân chia hai pha gồm một tấm kim loại dùng làm điệncực (vật dẫn loại 1) và dung dịch điện li (vật dẫn loại 2) xuất hiện một hiệuthế gọi là thế điện cực

n là số electron trao đổi trong phản ứng điện cực

Phân loại điện cực [5]

n a k

-2 2

Điện cực loại 2 được sử dụng rất phổ biến do:

Khả năng hồi phục thế của điện cực rất

Điện cực oxi hóa khử hỗn hợp: Khác với điện cực oxi hóa khử đơn giản,

trong thành phần dung dịch không chỉ có chứa chất oxi hóa và chất khử

Điện cực quinhidron: Khi nhúng 1 sợi dây platin vào dung dịch chứa một ít

quinhidron

Sự hoạt động của điện cực thủy tinh được xem như là các điện cực hiđroứng với mạch:

Thế điện cực:

RT a 

H (1)

được xem như là hằng số:

Quy ước viết sơ đồ pin điện theo quy ước IUPAC

Anot (cực âm): điện cực trái, xảy ra quá trình oxi hóa

Catot (cực dương): điện cực phải xảy ra quá trình khử

Dấu „ / ‟: Sự tiếp xúc giữa các chất không cùng pha

Dấu „ , ‟ : Sự tiếp xúc giữa các chất cùng pha

Dấu „ ⋮ ‟: Thế khuếch tán không được loại trừ

Dấu „ // ‟: Thế khuếch tán được loại trừ

Ví dụ về pin Daniell:

Phân loại pin điện

Gồm 2 loại: Pin vật lí và pin hóa học

Pin vật lí:

Định nghĩa: Là pin mà hai điện cực giống nhau về tính chất vật lí, khác nhau về khối lượng hoặc áp suất (đối với chất khí), có phản ứng ở hai điện

Pin nồng độ (thuộc pin vật lí)

Cấu tạo: Được tạo thành từ hai điện cực có cùng dây dẫn loại 1, loại 2 songkhác nhau về khối lượng của dây dẫn loại 1 hoặc khác nhau về nồng độ củadây dẫn loại 2

Phân loại pin nồng độ: Gồm có pin nồng độ loại 1 và pin nồng độ loại 2

Pin nồng độ loại 1: Có cùng chất dẫn điện loại 1, chất dẫn điện loại 2 songkhối lượng của các chất dẫn điện loại 1 khác nhau

2



Suất điện động của pin điện được quyết định bởi 2 thành phần: sự

Pin hóa học:

Định nghĩa: Là một hệ điện hóa gồm hai điện cực có tính chất hóa học khácnhau, phản ứng trong pin là phản ứng hóa học, năng lượng tự do củaphản ứng hóa học là năng lượng cung cấp cho bên ngoài

Suất điện động pin I:

Đối với pin (II):

Ứng dụng của sự đo sức điện động E [7] [8]

Xác định pH

Cơ sở: Dựa vào sức điện động pin điện gồm 1 điện cực chỉ thị (điện cựchiđro, điện cực thủy tinh, điện cực quinhidron…) và 1 điện cực so sánh bất kì(điện cực calomel, điện cực bạc clorua…)

Ví dụ hệ điện hóa gồm: điện cực chỉ thị là điện cực hiđro, điện cực so sánh

là điện cực calomel bão hòa dung dịch KCl

E  

Ag Cl





 

Vậy khi đo sức điện động của pin xong sẽ tìm được pH của dung dịch

Xác định hệ số hoạt độ ion trung bình

Nguyên tắc của phương pháp là lập 1 pin điện không có sự tải ion, gồmmột điện cực loại 1 và loại 2 có cùng một chất điện li mà hệ số hoạt độcần xác định

AgCl , Ag  0,1182 lg(C  HCl ) 0

AgCl ,Ag  0,1182 lg C  0,1182 lg

Từ phương trình này xác định được hệ số hoạt độ trung bình của HCl ở nồng

độ C

Xác định tích số tan của chất ít tan

Nguyên tắc: Lập một pin điện gồm 1 điện cực loại 2 chứa chất ít tan cầnxác định và một điện cực loại 1 có thể làm việc thuận nghịch với anion củachất ít tan

Ví dụ: Xác định tích số tan của AgCl

Nguyên tắc: Số tải ion được xác định bằng sự đo suất điện động của pinnồng độ có tải.



Z

Et = EL+ E(Với E là sức điện động tính theo phương trình Nernst)

1.2.1.3 Điện phân và quá thế [5] [7]

 Điện phân [5]

Khái niệm: Điện phân là sự phân hủy hóa học các chất bằng dòng điện một chiều

Cơ sở định lượng: Định luật Faraday

Nội dung định luật Faraday: Lượng chất thoát ra trên điện cực tỷ lệ thuận với điện lượng đi qua dung dịch và với đương lượng hóa học của chất bịphân

hủy

Trong đó:

96500

m: Lượng chất thoát ra trên điện cực khi điện phân (g)

I: Cường độ dòng điện (A)

t: Thời gian điện phân (s)

I: Cường độ dòng điện (A)

t: Thời gian điện phân (s)

m' 

VN

(Với V: Thể tích dung dịchN: Độ chuẩn dung dịch)Trong quá trình điện phân xuất hiện một hiệu thế ngược chiều với dòngđiện ngoài do một pin điện đã được hình thành Sức điện động ứng với

Khái niệm: Là điện thế tối thiểu một chiều bên ngoài cần đặt vào điện cực củahai bình điện phân để làm xảy ra các phản ứng hóa học

–Butler:

Trong điện phân người ta phân biệt sự phân cực hoạt hóa với sự phân cực nồng độ Trong sự phân cực nồng độ, tốc độ khuếch tán ion về điện cực

tuân theo định luật Fick thứ nhất:

Theo từ điển tiếng Việt: “Bài tập là bài giao cho học sinh làm để vận

dụng kiến thức đã học, còn bài toán là vấn đề cần giải quyết bằng phương pháp khoa học”

Theo các nhà lý luận dạy học Liên Xô cũ, bài tập bao gồm cả câu hỏi vàbài toán, mà trong khi hoàn thành chúng, người học nắm được hay hoànthành một tri thức hoặc một kỹ năng nào đó bằng cách trả lời vấn đáp, trả lờiviết hoặc có kèm theo thực nghiệm Hiện nay, ở nước ta thuật ngữ bài tậpđược dùng theo quan điểm này

1.2.2.2 Tác dụng của bài tập hóa học [7]

Bài tập hóa học là phương tiện cơ bản để dạy sinh viên tập vận dụng cáckiến thức hóa học vào thực tế đời sống, sản xuất và tập nghiên cứu khoahọc Bài tập hóa học có những tác dụng giáo dục trí dục và đức dục to lớn sauđây:

Rèn luyện cho sinh viên khả năng vận dụng các kiến thức đã học qua cácbài giảng thành kiến thức của bản thân.

Đào sâu và mở rộng các kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú, hấp dẫn

Ôn tập, củng cố và hệ thống hóa các kiến thức đã học một cách thuận lợi nhất, rèn luyện kỹ năng tính toán, kỹ năng thực hành

Phát triển năng lực nhận thức, trí thông minh, sáng tạo, phát huy tính tích cực, tự lực và hình thành phương pháp học tập riêng biệt, hiệu quả cao.Rèn luyện cho sinh viên tính kiên trì, kiên nhẫn, linh hoạt, chính xác và khoa học, tác phong lao động nghiêm túc, gọn gàng, ngăn nắp, sạch sẽ

Nâng cao hứng thú, yêu thích với môn hóa học nói riêng và các môn họckhác nói chung

1.2.2.3 Bài tập Điện hóa học

Hệ thống bài tập Điện hóa học có thể chia làm một số dạng cơ bản sau:

1 Sự cân bằng trong dung dịch điện li

2 Sự tải ion trong dung dịch điện li

3 Thiết lập pin điện, tính thế điện cực và sức điện động

4 Ứng dụng của sự đo sức điện động

5 Điện phân và quá thế

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1 Phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Phương pháp thống kê [9]

Thống kê là nghiên cứu của tập hợp nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồmphân tích, giải thích, trình bày và tổ chức dữ liệu Nó đề cập tới tất cả các khíacạnh của dữ liệu bao gồm việc lập kế hoạch, thu thập dữ liệu mẫu chocác cuộc khảo sát và thí nghiệm

Trong trường hợp không thể thu thập được trong quá trình điều tra tổngthể, thống kê thu thập dữ liệu bằng cách phát triển các mẫu thí nghiệm vàmẫu khảo sát cụ thể Mẫu đại diện cần được đảm bảo rằng những suy luận

và kết quả có thể tin cậy được từ đó suy ra toàn bộ tổng thể

Hai phương pháp thống kê chính được sử dụng trong phân tích dữliệu là: thống kê mô tả và thống kê suy luận

Thống kê mô tả là phương pháp tóm tắt dữ liệu từ một mẫu sử dụng cácchỉ số như là giá trị trung bình hoặc độ lệch chuẩn

Thống kê mô tả được sử dụng thường xuyên nhất với hai thuộc tínhphân phối (mẫu hoặc tổng thể): chiều hướng trung tâm tìm cách để mô tả giátrị trung bình hoặc giá trị đặc trưng của phân phối, trong khi phân tánmức độ đặc trưng mà các thuộc tính của phân phối đi chệch so với nghiêncứu

Thống kê suy luận được thực hiện trong khuôn khổ của lý thuyết xácsuất, trong đó đề cập tới việc phân tích các hiện tượng ngẫu nhiên Để thựchiện suy luận khi chưa biết số lượng, hoặc nhiều ước lượng được đánh giábằng cách sử dụng mẫu