GIÁO ÁN STEM - CHỦ ĐỀ CACBON VÀ ỨNG DỤNG

Bên cạnh đó, học sinh khi tham gia hoạt động thiết kế, chế tạo hệ thống lọc nước có nhiều cơ hội để lĩnh hội và vận dụng kiến thức về tính chất và ứng dụng của Cacbon trong thực tế

CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM CACBON VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO MÔ HÌNH LỌC NƯỚC

ĐƠN GIẢN

( Dạy bài 27 - Cacbon; Hóa học 9)

I/ MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU:

* Đối tượng, thời gian, thời lượng tổ chức chủ đề:

1 Vấn đề thực tiễn:

Hà Lâu là xã vùng cao đặc biệt khó khăn của huyện Tiên Yên, cách trung tâm huyện 30km về phía Bắc Xã có địa hình rộng, dân cư phân bố rải rác, địa hình đồi núi dốc, đường xá đi lại gặp nhiều khó khăn, nhất là đường lên thôn bản Đặc biệt, mùa mưa hay gây lũ lớn Vào mùa nước lũ, nước sông thường đục ngàu và không thể sử dụng để sinh hoạt được, ảnh hưởng lớn tới đời sống người dân Vì vậy việc tạo ra nước sạch nơi đây trở thành vấn đề cấp thiết và thực tiễn

Bên cạnh đó, học sinh khi tham gia hoạt động thiết kế, chế tạo hệ thống lọc nước có nhiều cơ hội để lĩnh hội và vận dụng kiến thức về tính chất và ứng dụng của Cacbon trong thực tế

2 Hình thành ý tưởng chủ đề:

3 Kiến thức STEM trong chủ đề:

Tên sản phẩm Khoa học (S) Công nghệ (T) Kỹ thuật (E) Toán học (M)

Tự làm máy lọc nước Bản vẽ thiết kế

Máy lọc nước tự chế

NL: Sử dụng vỏ

chai nhựa, than, sỏi,

cát

Tính hấp phụ của Cacbon

Máy lọc nước tự

chế

Khả năng hấp phụ các chất màu, chất mùi, chất tan trong nước của Cacbon.

Chai nhựa, than hoạt tính, cát sỏi

để gia công và lắp ráp máy lọc nước.

Bản vẽ và quy trình lắp ráp mô hình máy lọc nước.

Đo chiều dài chai nhựa, lượng nguyên vật liệu cần cho vào theo bản vẽ.

4 Mục tiêu của chủ đề:

- Thiết kế được mô hình hệ thống lọc nước sinh hoạt tự chế tại hộ gia đình

- Lý do chọn dự án:

+ Giúp học sinh có được kiến thức về tính chất, ứng dụng của cacbon, vai trò của nước sạch đối với con người; từ đó biết cách chế tạo mô hình hệ thống lọc nước tại gia đình để thu được nước sạch.b

+ Giúp giảm tình trạng thiếu nước sạch tại địa phương khi triển khai dự án trên quy mô lớn

 Kiến thức liên quan đến chủ đề:

* Môn Hóa học: Nêu được

- Đơn chất Cacbon có 3 dạng thù hình chính, sơ lược tính chất vật lí của 3 dạng thù hình

- Tính chất hoá học của cacbon: Cacbon có một số tính chất hoá học của phi kim Tính chất hoá học đặc biệt của cacbon là tính khử ở nhiệt độ cao

- Một số ứng dụng tương ứng với tính chất vật lí và tính chất hoá học của cacbon

- Ứng dụng của cacbon trong đời sống, cách sử dụng nhiên liệu hợp lí

* Môn Công nghệ :

- Một số kĩ thuật cơ bản trong quá trình thiết kế mô hình hệ thống lọc nước

từ các chai nhựa đã qua sử dụng, sỏi, sát

*Môn Toán học:

Tính toán lượng nguyên vật liệu như than hoạt tính, cát, sỏi để sử dụng đạt hiệu quả

 Kỹ năng:

- Rèn kỹ năng tự nghiên cứu tài liệu SGK Hóa học 9, các thông tin trên Internet, các tài liệu về thực trạng khai thác và sử dụng than đá hiện nay, các biện pháp bảo vệ môi trường…và lập kế hoạch hoạt động nhóm

- Củng cố kỹ năng thực hành thí nghiệm; nhận xét, phân tích nội dung những thông tin đó để tổng hợp kiến thức

- Thiết kế được bản vẽ cấu tạo máy lọc nước

- Chế tạo được máy lọc nước theo phương án thiết kế

- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến máy lọc nước nếu chưa phù hợp

- Làm việc nhóm, thuyết trình, lắng nghe, phản biện, bảo vệ chính kiến

 Thái độ:

- Hòa nhã, có tinh thần trách nhiệm đối với nhiệm vụ chung của nhóm

- Nhiệt tình, năng động trong quá trình thực hiện gia công, lắp ráp máy lọc nước

- Ý thức cộng đồng trước những khó khăn của người dân vùng khó khăn thiếu nước sạch, sử dụng tiết kiệm nước

5 Chuẩn bị:

* GV:- ống hình trụ, nút có ống vuốt, giá sắt, cốc thuỷ tinh (như hình 3.7)

- Nước pha mực màu, than gỗ tán nhỏ, sbông thấm nước

- Ống nghiệm, nút có ống dẫn thuỷ tinh xuyên qua, 1 cốc hoặc ống nghiệm, đèn cồn, diêm

- Bột CuO khô, than gỗ khô, nước vôi trong

- Than hoạt tính cho các nhóm

- Máy chiếu, máy chiếu vật thể

* HS:

- Tiết 1: Nghiên cứu trước tình huống thực tiễn ở nhà, đưa ra biện pháp làm sạch nước

- Tiết 2: Mô hình hệ thống lọc nước đã chế tạo ra, bài thuyết trình về sản phẩm

6 Phương pháp – Hình thức dạy học:

- Phương pháp: hợp tác nhóm, thí nghiệm trực quan

- HTDH: Dạy học STEM

II PHẦN 2: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC (QUY TRÌNH THIẾT KẾ BÀI HỌC).

Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thực tiễn

a Mục đích của hoạt động:

- GV đưa ra tình huống thực tiễn ở cuối tiết học trước, yêu cầu HS về nhà suy nghĩ phát hiện ra vấn đề và đề xuất biện pháp cần giải quyết trong tình huống đó

- Học sinh phát hiện ra vấn đề cần giải quyết trong thực tiễn là: vào mùa lũ, nước trên các con sông suối bị đục, bẩn khiến người dân vùng lũ không dùng được, nên cần có giải pháp thiết kế hệ thống máy lọc nước tự chế đơn giản ít tốn kém, sử dụng được lâu dài để biến nước sông suối thành nước sạch và có thể sử dụng được

- Học sinh có hứng thú tìm cách giải quyết vấn đề trên

b Nội dung hoạt động:

GV chiếu lại nhiệm vụ về nhà ở cuối tiết học trước

? Em hãy đưa ra các giải pháp xử lí nguồn nước bị ô nhiễm để cung cấp nước sạch

cho người dân xã Hà Lâu vào mùa lũ

GV y/c HS báo cáo kết quả nghiên cứu

HS: Nêu được một số giải pháp xử lý nguồn nước, trong đó có giải pháp chế tạo

máy lọc nước đơn giản với nguyên vật liệu dễ kiếm như than hoạt tính, cát, sỏi, bình chứa

? Theo em trong các giải pháp trên, giải pháp nào có thể thực hiện được ngay tại hộ gia đình với chi phí thấp và lâu dài?

HS: lựa chọn giải pháp.

? Hãy cho biết tại sao sử dụng thêm nguyên liệu là than hoạt tính.

HS: dựa vào kiến thức đã tìm hiểu trả lời.

GV nhận xét

GV: Việc sử dụng thêm than hoạt tính để lọc nước là rất tốt, giúp thu được nước

sạch hơn

Như vậy chúng ta sẽ chọn ý tưởng làm một dự án về chế tạo mô hình lọc nước đơn giản, nếu dự án chúng ta thành công thì có thể áp dụng thử nghiệm trong thực tế

GV phát phiếu học tập cho các nhóm, yêu cầu các nhóm ghi tên dự án vào trung tâm phiếu, các thông tin còn lại sẽ ghi tiếp trong quá trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm

GV: chiếu nguyên, vật liệu.

? Theo các em chúng ta có thể sử dụng các vật nào làm bình chứa.

HS: chai, lọ nhựa đã qua sử dụng.

? Theo em tính khoa học trong dự án trên là gì.

HS: sử dụng than hoạt tính để lọc nước.

Vậy để hiểu rõ hơn tính khoa học của việc dùng than hoạt tính trong chế tạo máy lọc nước như thế nào, chúng ta cùng tìm hiểu bài

c Dự kiến sản phẩm:

- Phiếu thảo luận của các nhóm HS sẽ lên ý tưởng đề xuất ra các nguyên vật

liệu cần thiết (than củi, than hoạt tính, cát, sỏi, bình, chai, lọ )

- Học sinh thảo luận chia sẻ các kiến thức đã biết thông qua bài học

d Đánh giá:

- HS dựa vào thông tin đã tìm hiểu trước ở nhà, kết hợp với quan sát thực tiễn trả lời câu hỏi

- HS nêu ra được các nguyên liệu để làm mô hình bình lọc nước: Than hoạt tính, sỏi, cát, chai nhựa

- Tuy nhiên HS chưa giải thích được tại sao lại dùng than hoạt tính, thành phần của than hoạt tính là gì, có tính chất như thế nào mà có ứng dụng đó

=> GV dẫn dắt học sinh tìm hiểu kiến thức nền

Hoạt động 2: Nghiên cứu lí thuyết nền (học kiến thức mới)

a Mục đích của hoạt động:

- HS biết được: Các dạng thù hình của cacbon, tính chất của cacbon hoạt tính, ứng dụng của cacbon

- HS có kĩ năng làm các thí nghiệm về cacbon

- Rèn luyện cho học sinh chủ động tìm hiểu kiến thức Hóa học, Công nghệ

- Phát triển năng lực tự học, kỹ năng quản lý thời gian, kỹ năng tìm kiếm thông tin

- Rèn các kỹ năng làm việc nhóm

b Nội dung hoạt động:

1 Tìm hiểu các dạng thù hình của Cacbon

GV thông báo: than hoạt tính hay C vô định

hình là một dạng thù hình của C, vậy ngoài ra C

còn những dạng thù hình nào khác?

HS: Kim cương, Than chì,

HS: trả lời

? Hãy nêu tính chất của mỗi dạng thù hình của

C

HS: trả lời:

+ Kim cương: cứng, trong suốt

+ Than chì: mềm, đen, dẫn điện tốt

+ Than gỗ, than đá, than xương, mồ hóng )

xốp, không dẫn điện

2 Tìm hiểu tính chất của cacbon

GV: Trong các dạng thù hình của C, C vô định

hình hoạt động hóa học mạnh nhất, nên ta chỉ

xét t/c của C này

- GV hướng dẫn HS thực hiện TN

* Chú ý: than gỗ mới điều chế, nghiền nhỏ, lèn

chặt và có chiều dày nhất định thì mới bảo đảm

TN thành công

? Nêu hiện tượng.

HS quan sát: màu sắc của dung dịch mực trên

lớp than và màu của dd thu được ở cốc phía

dưới

- Nêu hiện tượng: mực bị mất màu

? Giải thích và rút ra nhận xét.

GV chiếu hình

- Giải thích: do than gỗ xốp nên có khả năng

I/ Các dạng thù hình của Cacbon

- Khái niệm: SGK

- Cacbon có 3 dạng thù hình:

+ Kim cương: cứng, trong suốt + Than chì: mềm, đen, dẫn điện tốt + Cacbon vô định hình (than gỗ, than

đá, than xương, bồ hóng…) xốp, không dẫn điện

II/ Tính chất của cacbon

1 Tính chất hấp phụ của than gỗ

giữ lại chất màu trên bề mặt của nó.

- Rút ra nhận xét: than gỗ có tính hấp phụ

* GV cho biết thêm một số hiện tượng hoặc y/c

HS kể một số hiện tượng chứng tỏ tính hấp phụ

màu, mùi của than gỗ và ứng dụng của tính chất

này trong đời sống như: lọc nước, khử mùi khê

của cơm

GV đặt vấn đề:

? Phi kim có những tính chất hóa học nào

HS nhắc lại

? Liệu cacbon có tính chất hoá học của phi kim

nói chung không

- GV thông báo cho HS một số thông tin như:

+ Tác dụng của cacbon với oxi (đã biết)

+ Tác dụng với hiđro ở điều kiện rất khó khăn

(ở 1000oC) để tạo thành CH4

+ Cacbon tác dụng với một số KL: Tác dụng với

Ca trong lò điện để tạo thành CaC2 )

=> Cacbon có tính chất hóa học của phi kim,

nhưng là phi kim yếu

? Em hãy nêu hiện tượng đốt than, than gỗ (than

hoa)

HS: than cháy tỏa nhiệt.

GV y/c HS lên viết PTHH

GV: Sản phẩm của quá trình đốt than gây ảnh

hưởng như thế nào đến môi trường?

HS: Gây ô nhiễm môi trường.

GV: giới thiệu thêm: trong than có thành phần

chính là C ngoài ra còn có một lượng nhỏ S Sản

phẩm của quá trình đốt than là CO, CO2, SO2 là

các chất gây ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà

kính

? Để bảo vệ môi trường chúng ta cần có biện

pháp như thế nào

HS: suy nghĩ trả lời

* Ngoài các TCHH trên, Cacbon còn tác dụng

với 1 số oxit kim loại

* GV hướng dẫn HS làm thí nghiệm CuO tác

dụng với C

Để TN thành công, cần chú ý:

- Than vừa điều chế, giã thành bột mịn, cho vào

túi nilon khô, dán kín

- CuO phải khô, sạch và được cho vào túi nilon

dán kín

- Trộn hỗn hợp: 1 thìa nhỏ CuO + 2 thìa nhỏ C,

- Than gỗ, than xương… mới điều chế có tính hấp phụ cao được gọi là than hoạt tính

- Than hoạt tính được dùng để làm trắng đường, chế tạo mặt nạ phòng độc

2 Tính chất hoá học:

* Cacbon có tính chất hoá học của một phi kim nhưng là một phi kim yếu:

C+ 2H2  →t0

CH4

(Phản ứng xảy ra ở 1000oC ) 2C + Ca→ CaC2

(Phản ứng phải xảy ra trong lò điện) C+ O2  →t0

CO2

trộn đều Chỉ lấy một ít hỗn hợp cho vào ống

nghiệm khô để làm TN

- Dùng đèn cồn tập trung ngọn lửa vào đáy ống

nghiệm đựng hỗn hợp

* HS quan sát hiện tượng, giải thích và rút ra

nhận xét:

- HS quan sát trạng thái, màu sắc của hỗn hợp

rắn và nước vôi trong trước phản ứng

- HS quan sát sự biến đổi màu sắc, trạng thái

của hỗn hợp ban đầu, đặc biệt phần tiếp xúc

mạnh với nhiệt và sự thay đổi ở ống nghiệm

đựng nước vôi trong khi đốt nóng hỗn hợp và

khi phản ứng đã xảy ra (so sánh với nước vôi

trong ở ống nghiệm khác)

- HS nêu hiện tượng: có chất rắn màu đỏ tạo

thành, nước vôi trong vẩn đục

- Dự đoán sản phẩm: Cu kim loại màu đỏ, khí

CO2

- HS viết PTHH và rút ra nhận xét

- GV nêu thêm một số PƯ C khử Oxit KL khác,

+ Y/c HS rút ra KL?

+ Y/c HS hệ thống lại tính chất hoá học của

cacbon?

* Chú ý: cacbon chỉ tác dụng với một số oxit KL

hoạt động trung bình, không tác dụng với các

oxit KL mạnh như: Al2O3 , MgO , Na2O

3 : Ứng dụng của cacbon

Dựa vào tính chất lý hóa của Cacbon mà nó có

những ứng dụng khác nhau

GV chiếu hình ảnh, y/c HS nêu các ứng dụng

của Cacbon

+ Kim cương: làm đồ trang sức, làm mũi khoan,

dao cắt kính

+ Than chì: làm điện cực, chất bôi trơn, ruột bút

chì

+ Cacbon vô định hình: chế tạo mặt nạ phòng

hơi độc, làm chất khử màu, mùi Than hoạt

tính làm nguyên liệu khử các oxit KL trong

công nghiệp luyện kim

- Cacbon tác dụng với oxit kim loại:

C + CuO→t0 Cu + CO2

III/ Ứng dụng của cacbon

SGK

c Dự kiến sản phẩm:

- Sản phẩm:

+ Kết quả thí nghiệm của các nhóm, phiếu học tập ghi kết quả

+ Kết luận về tính chất hấp phụ màu, tính chất hóa học và ứng dụng của C.

d Đánh giá:

+ Thông qua quan sát: GV chú ý quan sát khi các nhóm tiến hành thí nghiệm, kịp thời phát hiện những thao tác, khó khăn, vướng mắc của HS và

có giải pháp hỗ trợ hợp lí

+ Thông qua HĐ chung cả lớp: Đánh giá bằng nhận xét: GV cho các nhóm

tự đánh giá quá trình thí nghiệm của mình và cho các nhóm nhận xét, đánh giá lẫn nhau GV nhận xét, đánh giá chung

Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề:

Bước 1: Đề xuất các giả thuyết khoa học ( giải pháp khả dĩ).

a Mục đích của hoạt động:

- Dựa vào kết quả HS làm thí nghiệm kiểm chứng được tính hấp phụ của cacbon, từ đó đưa ra ý tưởng dùng cacbon (than hoạt tính) để lọc nước

- Ngoài Cacbon hoạt tính, cần cho thêm cát, sỏi để đạt hiệu quả cao hơn

- Làm thử nghiệm trên mô hình là chai nhựa

b Nội dung hoạt động:

GV đặt vấn đề:

Như vậy qua phần tìm hiểu kiến thức mới ta đã biết được dựa vào tính chất nào của C mà sử dụng để lọc nước

HS: Tính chất hấp phụ của Cacbon

* Sau đây chúng ta cùng đi chế tạo mô hình lọc nước đơn giản.

? Theo các em, sau khi có nguyên, vật liệu, bước tiếp theo ta cần làm gì.

HS: trả lời

GV yêu cầu: Các em hãy đưa ra nội dung về cách thiết kế vào phiếu học tập theo gợi ý sau:

- Thiết kế: ( sắp xếp bố trí thứ tự các nguyên liệu như thế nào trong chai cho hợp lý

để lọc được tốt nhất, lượng nguyên liệu sử dụng theo thể tích hoặc chiều dày là bao nhiêu

VD: GV chiếu kết quả các nhóm.

c Dự kiến sản phẩm:

- Nội dung trong phiếu học tập

d Đánh giá:

GV: sử dụng kỹ thuật động não yêu cầu HS đưa ra các ý tưởng sau khi đã nghiên cứu lý thuyết

Bước 2: Chọn giải pháp tốt nhất (giải pháp khả thi)

a Mục đích của hoạt động

- Phân tích các giải pháp đã đề xuất tìm ra giải pháp tối ưu nhất

b Nội dung hoạt động:

? Theo các em phương án nhóm nào có khả năng đạt kết quả cao nhất.

GV hướng dẫn HS lựa chọn phương án khả thi

+ Phân tích các giải pháp đã đề xuất tìm ra giải pháp tối ưu nhất về:

* Các nhóm thống nhất được:

– Nguyên liệu: Sỏi, cát, than hoạt tính, bình, chai nhựa chứa các nguyên liệu – Cách làm:

+ Lộn ngược bình chứa nước, rồi bịt bằng một lớp vải sạch

+ Đổ than hoạt tính xuống dưới cùng

+ Lớp thứ 2 đổ cát

+ Lớp trên cùng đổ sỏi

* Lưu ý:

- Than hoạt tính cần rửa hết bụi than

- Cần tính toán sao cho lớp than hoạt tính cần có độ dày phù hợp để có thể lọc được nước tốt nhất

- Sau khi xong phần đổ vật liệu lọc, treo máy lọc nước tự chế lên, và đổ

nước để lọc

c Dự kiến sản phẩm:

- Phương án tốt nhất mà HS lựa chọn

d Đánh giá:

- Học sinh thảo luận và phân loại các đề xuất đã nêu có chỉ rõ những ưu nhược điểm của mỗi giải pháp

- GV cùng học sinh thống nhất chọn lựa phương án tối ưu

Bước 3: Chế tạo mô hình hoặc mẫu thử nghiệm.

a Mục đích của hoạt động:

- Sau khi lựa chọn được đề xuất tối ưu, thiết kế và chế tạo mô hình mẫu thử nghiệm

b Nội dung hoạt động:

- Giáo viên giao nhiệm vụ cho các nhóm hoàn thành ở nhà và thường xuyên liên lạc giải đáp thắc mắc

- Trong quá trình chế tạo, lắp ráp, nếu có khó khăn vướng mắc thì liên hệ với

cô giáo để cùng tháo gỡ

- Các nhóm có thể mời chuyên gia để hỗ trợ kĩ thuật ( GVBM, phụ huynh…)

c Dự kiến sản phẩm:

- Có được hệ thống các chai nhựa và nguyên vật liệu để thực hiện

d Đánh giá:

- Giáo viên giao nhiệm vụ cho các nhóm hoàn thành ở nhà và thường xuyên liên lạc giải đáp thắc mắc

- Cung cấp nguyên liệu và hướng dẫn học sinh kỹ thuật thực hiện

- Học sinh định kỳ họp nhóm để trao đổi các khó khăn vướng mắc khi thực hiện dự án để cùng tháo gỡ