Biện pháp phát triển năng lực của học sinh giỏi môn hóa học trường THCS thạch cẩm qua một số bài toán có nhiều cách giải

Tôi luôn trăn trở tìm hướng đi cho từng bài dạy, từng dạng bài tập, làm thế nào để hạn chế những thiếu sót và nhược điểm của các em nhằm phát triển những năng lực của học sinh.. Tron

MỤC LỤC

Nội dung Trang

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 2

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 3

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo

dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường

16

2.4.1 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động

giáo dục

16

2.4.2 Hiệu quả với bản thân đồng nghiệp và nhà trường 16

1 Mở đầu.

1.1 Lý do chọn đề tài.

Trong những năm gần đây, vấn đề đổi mới phương pháp dạy học được Nhà trường THCS Thạch Cẩm đặc biệt quan tâm, các bậc cha mẹ học sinh nhiệt tình

ủng hộ Đặc biệt là dạy học theo hướng phát triển năng lực của học sinh nói chung và phát triển năng lực học sinh giỏi nói riêng

Là một giáo viên được phân công giảng dạy bộ môn hóa học 9 và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học khối 9 Tôi luôn trăn trở tìm hướng đi cho từng bài dạy, từng dạng bài tập, làm thế nào để hạn chế những thiếu sót và nhược điểm của các em nhằm phát triển những năng lực của học sinh

Trong quá trình ôn thi học sinh giỏi Huyện do Ban Giám hiệu Trường THCS Thạch Cẩm phân công tôi nhận thấy: trong phần toán hóa đa phần các em

sử dụng phương pháp đại số mất nhiều thời gian và nhiều trường hợp đi vào bế tắc khi gặp các hệ phương trình nhiều ẩn số hay số phương trình ít hơn số ẩn số Hơn nữa khi tham khảo ý kiến của các em học sinh đã từng tham dự các kỳ thi học sinh giỏi môn hóa, các em thường cho rằng đề thi học sinh giỏi dài so với khả năng của các em vì vậy các em không kịp hoàn thành bài thi Theo tôi nghĩ

về thực chất đề không phải là quá dài mà vấn đề là các em chưa biết lựa chọn cách giải nào cho phù hợp để làm bài thi vừa ngắn gọn xúc tích, khoa học mà vẫn đạt điểm cao Mặt khác để học sinh giỏi có thể hoàn thành bài thi tốt hoặc ít nhất là đủ số điểm để được công nhận là học sinh giỏi thì việc lựa chọn phương pháp làm bài là hết sức quan trọng Nên vấn đề đưa ra là nếu bài tập có nhiều cách giải thì học sinh có thể lựa chọn cách giải phù hợp sở thích, sở trường của từng học sinh Khi được trang bị nhiều phương pháp làm bài tập thì năng lực học sinh sẽ được nâng cao

Với những lý do trên đây tôi đã nghiên cứu, tìm tòi và thảo luận với các đồng nghiệp về những mặt hạn chế, thiếu sót và làm thế nào để dạy học theo hướng phát triển năng lực của học sinh một cách có hiệu quả Tôi đã tìm ra biện pháp và vận dụng tương đối hiệu quả ở trường THCS Thạch Cẩm Từ đó tôi đúc rút thành Sáng kiến kinh nghiệm “Biện pháp phát triển năng lực của học sinh giỏi môn hóa trường trung học cơ sở Thạch Cẩm qua một số bài toán có nhiều

cách giải ” nhằm giúp học sinh giỏi môn hóa hoàn thiện và phát triển các năng

lực một cách tốt nhất

Hi vọng rằng với một số bài tập đề cập đến trong đề tài này sẽ là những bài học quý cho học sinh khá giỏi nhằm phát huy năng lực của các em Vì khuôn khổ của bài viết tôi không có tham vọng đưa ra nhiều ví dụ minh họa về việc khai thác nhiều bài tập, rất mong nhận được sự động viên khích lệ từ các bạn đồng nghiệp

1.2 Mục đích nghiên cứu.

Thông qua đề tài này mục đích nghiên cứu đó là giúp học sinh khá giỏi hình thành được kỹ năng giải toán hóa, biết cách lựa chọn phương pháp giải phù hợp với từng bài toán giúp học sinh tiếp cận với cách giải nhanh, từ đó hình thành và phát triển năng lực cho học sinh, giúp các em, say mê môn học, nâng

cao chất lượng dạy học, giúp các em có kết quả tốt trong các kì thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài này chỉ mới đề cập được một số ví dụ minh họa và mới được áp dụng ở học sinh khối 9 trường THCS Thạch Cẩm loại khá giỏi

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tham khảo tài liệu: Nghiên cứu sách, giáo trình các đề thi nghiên cứu một số tài liệu về phương pháp giải các bài toán có liên quan đến phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chất lượng học sinh, nghiên cứu công tác chỉ đạo của nhà trường, của ngành đối với công tác bồi dưỡng học sinh khá giỏi cấp huyện, cấp tỉnh

Phương pháp trao đổi kinh nghiệm: Tiến hanhg trao đổi kinh nghiệm,học

hỏi từ đồng nghiệm có kiến thức liên quan đến việc nghiên cứu

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm

Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện

giáo dục và đào tạo xác định “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ và đồng bộ các yếu tố

cơ bản của giáo dục, đào tạo theo hướng coi trọng phát triển phẩm chất, năng lực của người học” Với tinh thần dạy học theo định hướng phát triển năng lực

của người học, người giáo viên cần phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động của người học, hình thành và phát triển năng lực tự học Năng lực là tổ hợp

đo lường các kiến thức, kĩ năng, thái độ mà một người cần vận dụng để thực hiện một nhiệm vụ trong một bối cảnh thực và có nhiều biến động Vì vậy để hình thành năng lực cho học sinh người giáo viên cần phải trau dồi kiến thức, hình thành kỹ năng, kỹ xảo, các phương pháp làm bài cho các em

2.2 Thực trạng của vấn đề.

Trong quá trình ôn thi học sinh giỏi ở trường THCS Thạch Cẩm (là một xã

miền núi của Huyện Thạch Thành) tôi và các đồng nghiệp gặp một số khó khăn sau:

- Điều kiện phục vụ học tập của học sinh trường học miền núi như trường học chúng tôi đang công tác chưa tương xứng với yêu cầu đổi mới giáo dục

- Về học sinh: khả năng tư duy, phân tích , tổng hợp của các em chưa tốt, kỹ

năng giải bài tập còn thiếu và chậm

Trước khi chưa áp dụng đề tài kết quả bồi dưỡng học sinh giỏi huyện do tôi phụ trách đang còn thấp, cụ thể các năm học 2014-2015, 2015-2016 như sau: Năm học 2014-2015:

T

T

Họ và tên học sinh Điểm thi HSG

huyện

Điểm thi chọn

ĐT tỉnh

Điểm thi HSG tỉnh

2 Nguyễn Thị huyền 9,5 0

Năm học 2015-2016:

T

T

Họ và tên học sinh Điểm thi HSG

huyện

Điểm thi chọn

ĐT tỉnh

Điểm thi HSG tỉnh

2.3 Giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.

Trong quá trình dạy học để nâng cao năng lực chuyên biệt môn hóa của

học sinh giỏi tôi đã thực hiện như sau:

a Giáo viên giúp học sinh hiểu rõ được bản chất các khái niện hóa học; trang

bị cho học sinh một số phương pháp giải toán hoá như: phương pháp bảo toàn khối lượng, phương pháp bảo toàn nguyên tố, phương pháp bảo toàn electron, phương pháp trung bình, phương pháp quy đổi chất, kỹ năng biện luận, Từ đó giúp học sinh lựu chọn những cách giải phù hợp cho từng dạng bài cụ thể

b Giáo viên cần đổi mới mối quan hệ giữa giáo viên và học sinh, phối hợp

tốt với các học sinh và hỗ trợ cho các học sinh phối hợp tốt với nhau để các em học sinh có thể chủ động lĩnh hội tri thức Việc đổi mới mối quan hệ giữa giáo viên và học sinh theo hướng cộng tác có ý nghĩa quan trọng nhằm phát triển năng lực xã hội cho các em

Sau đây là một số ví dụ cụ thể:

Bài tập 1 Để m gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn

hợp A có khối lượng 12 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4 , Fe2O3 Cho A tác dụng hết với dung dịch HNO3 loãng dư thấy sinh ra 2,24 lít khí duy nhất ở đktc Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra và tính m

Bài làm:

Cách 1: n NO=

2,24

22 4=0,1 ( mol)

Để m gam sắt ngoài không khí có các PTHH xảy ra :

2Fe + O2  t o 2FeO 4Fe + 3O2  t o 2Fe3O4 3Fe + 2O2  t o Fe2O3 Hỗn hợp B (gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3) tác dụng với dd HNO3:

Fe + 4HNO3  Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1) 3FeO + 10HNO3  3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O (2)

3Fe3O4 + 28HNO3  9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O (3)

Fe2O3 + 6HNO3  2Fe(NO3)3 + 3H2O

Đặt: số nFe=x, nFeO=y, nFe 3 O 4 = z, nFe 2 O 3 =t

Theo khối lượng hỗn hợp B: 56x + 72y + 232z + 160t = 12 (1’) Theo số mol nguyên tử Fe: x + y + 3z + 2t =

m

56 (2’) (bảo toàn nguyên tố)

Theo (1), (2), (3) số mol NO: x+

y

3+

z

3=

2,24 22,4 =0,1 (3’)

Kết hợp (1’), (2’), (3’) ta có hệ:

{ 56x+72y+232z+160t=12 (1') ¿ { x+y+3z+2t= m

56 (2') ¿¿¿¿

- Thực hiện các phép tính trên:Tìm giá trị của phương trình (2’):

Chia (1’) cho 8 được : 7x + 9y + 29z + 20t = 1,5 (4’)

Nhân (3’) với 3 được : 3x + y + z = 0,3 (5’)

Cộng (4’) với (5’) được: 10x + 10y + 30z + 20t = 1,8 (6’)

Chia (6’) cho 10 được : x + y + 3z + 2t = 0,18

Vậy: m = 56.0,18 = 10,08g

Ưu điểm : Giải theo cách này sẽ giúp các em phát triển năng lực toán học cũng như năng lực hóa học Nên khi mới bắt đầu ôn luyện học sinh thì ta vẫn hướng dẫn học sinh giải theo phương pháp đại số để các em làm quen dần Nhược điểm :Giải theo cách 1 thì các em sẽ mất rất nhiều thời gian và thường bế tắc khi giải hệ phương trình vì số phương trình ít hơn số ẩn nên để phát triển năng lực của học sinh tôi thường hướng dẫn thêm một số cách

Cách 2: Phương pháp bảo toàn khối lượng

A + HNO3    Fe(NO3)3 + NO + H2O

nFe(NO 3 ) 3 = nFe =

m

56 (mol); nHNO 3 tạo NO = nNO = 0,1 (mol)

nHNO 3 tạo Fe(NO 3 ) 3 =

3m

56 (mol)

 ånHNO3 = 0,1 +

3m

56 (mol)  nH 2 O =

0,1+3 m/56

2 (mol)

Áp dụng ĐLBTKL: mA + m HNO 3 = m Fe(NO 3 ) 3 + mNO + mH 2 O

12+63(0,1+3 m

56 )=242⋅

m

56+30⋅0,1+18⋅(0,1+

3 m

56 ): 2  m = 10,08 (g)

Đây là một trong những phương pháp tối ưu cho học sinh sử dụng khi giải toán vì rất ngắn gọn đỡ mất thời gian mà vẫn đúng bản chất của hóa học và phát triển tốt tư duy

Cách 3: Phương pháp bảo toàn electron.

Các PTHH như ở cách 1

Trong bài toán này: Fe là chất nhường e; HNO3 và O2 là hai chất nhận e

mO 2 = 12 – m (g)

Fe – 3e → Fe3+

m

56

3m

56

O2 + 4e → 2O

12−m

32

12−m

8

N+5 + 3e → N2+

0,3 0,1

Áp dụng ĐLBT electron ta có:

3m

56 =

12−m

8 + 0,3  m = 10,08 (g)

Cách này cũng rất ngắn gọn nhưng tôi chỉ giới thiệu cho các em và không khuyến khích các em lựa chọn vì giải theo cách này chưa phù hợp với học sinh THCS và các em thường không đạt điểm tối đa trong các kỳ thi

Cách 4: Phương pháp quy đổi

Quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán ban đầu

là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản hơn, qua đó làm cho phép tính thuận tiện dễ dàng

- Quy đổi hỗn hợp thành 3 chất

Vì Fe3O4 Û FeO.Fe2O3 nên có thể coi hỗn hợp A chỉ gồm { Fe, FeO, Fe2O3}

Theo (1) và (2): nNO = x +

y

3 = 0,1 (mol)  3x + y = 0,3 (I)

Theo đề: 56x + 72y + 160t = 12 (II)

Nhân 2 vế (I) với 56 ta có: 168x + 56y = 16,8 (III)

Nhân 2 vế (II) với 3 ta có: 168x + 216y + 480z = 36 (IV)

Lấy (IV) – (III) ta được :

160y + 480t = 19,2  160.(y + 3t) = 19,2

 y + 3t = 0,12

mFe + mO 2 = mA  m + mO 2 = 12  mO 2 = 12 – m (g)

 nO = y + 3t =

12−m

16 = 0,12  m = 10,08 (g)

Cũng có thể quy đổi về 3 chất: {Fe, FeO, Fe 3 O 4 }; {Fe, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 }; {FeO,

Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 }

- Quy đổi hỗn hợp thành 2 chất

* Vì Fe3O4 Û FeO.Fe2O3 và 3FeO Û Fe.Fe2O3 nên có thể coi hỗn hợp A chỉ chứa {Fe, Fe2O3}

Theo (1): nFe = nNO = 0,1 (mol)  nFe 2 O 3 =

12−0,1⋅56

160 = 0,04 (mol)

 ånFe = 0,1 + 2.0,04 = 0,18 (mol)  mFe = 0,18.56 = 10,08 (g)

* Vì 3FeO Û Fe.Fe2O3; 3Fe3O4 Û Fe.4Fe2O3; Fe3O4 Û FeO.Fe2O3; 4FeO

Û Fe.Fe3O4 nên có thể quy đổi hỗn hợp về 2 chất: {FeO, Fe2O3}; {FeO, Fe3O4}; {FeO, Fe}; {Fe2O3, Fe3O4}; {Fe3O4, Fe} chẳng hạn:

- Nếu hỗn hợp là: FeO, Fe2O3 thì nFeO = 3.nNO = 0,3 (mol)

 nFe 2 O 3 =

12−72⋅0,3

160 =−0 ,06 (mol)

 ånFe = 0,3 + 2 (-0,06) = 0,18 (mol)

 mFe = 10,08 (g)

Các hỗn hợp còn lại chỉ cần gọi x, y là số mol của mỗi chất và lập hệ phương trình: {số mol NO; khối lượng hỗn hợp} sẽ tìm được x, y từ đó tìm được

số mol Fe và khối lượng Fe

Giáo viên lưu ý học sinh: giải theo cách quy đổi thì số mol của chất có thể

là số âm nhưng không ảnh hưởng đến đáp số bài toán

- Quy đổi về một chất

Vì hỗn hợp chỉ chứa 2 nguyên tố là Fe và O nên có thể xem hỗn hợp chỉ chứa một chất có công thức giả định là FexOy hoặc FeOn (giả sử số mol nguyên

tử O gấp n lần số mol nguyên tử Fe)

* Nếu chất giả định là FexOy : nFe x O y =

12

56 x+16 y

3FexOy + (12x – 2y)HNO3 → 3xFe(NO3)3 + (3x – 2y)NO + (6x – y)H2O

12

Theo PTHH ta có tỉ lệ: 3:

12

56 x+16 y=

3 x−2 y

0,1 

x

y=

3

2  Fe3O2

nFe =

3⋅12 56⋅3+16⋅2=0 ,18 (mol)  mFe = 0,18.56 = 10,08 (g)

* Nếu chất giả định là FeOn: nFeO n =

12

56+16 n

Ta có phương trình hóa học:

3FeOn + ( 12 – 2n)HNO3 → 3Fe(NO3)3 + (3 – 2n) NO + (6 – n)H2O

12

Theo PTHH ta có: 3:

12

56+16n=

3−2n

0,1  n = 2/3  FeO2/3

12 56+16⋅2/3 = 0,18 (mol)  mFe = 10,08 (g) Phương pháp này cũng ưu tiên học sinh lựa chọn vì nó ngắn gọn xúc tích Trong quá trình làm bài thường kết hợp sử dụng các phương pháp bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố kết hơp với việc sơ đồ hóa bài toán để tránh viết nhiều các phương trình hóa học

Phương án quy đổi tốt nhất có tính khái quát cao nhất là quy đổi thẳng về các nguyên tử tương ứng Đây là phương án cho lời giải nhanh gọn và dễ hiểu biểu thị đúng bản chất hóa học

Bài tập 2

a Hỗn hợp A gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 với tỷ lệ số mol lần lượt là 1:5:9:13 tác dụng với H2SO4 đặc nóng thu được 2,24 lit khí SO2 ở đktc (không còn sản phẩm khử nào khác) Tính khối lượng của hỗn hợp A

b Hỗn hợp B gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 Để khử hoàn toàn 15,84 gam hỗn hợp B thành kim loại Fe thì dùng hết 0,22 mol H2 Nếu cho 15,84 gam hỗn hợp B trên tác dụng hết H2SO4 đặc nóng thì thu được bao nhiêu lit SO2 ở đktc (không còn sản phẩm khử nào khác) Tính khối lượng của hỗn hợp B

Bài làm:

Câu a Ta có : n SO 2=2,24

22,4=0,1 (mol)

Gọi: nFe=x  nFeO=5x, nFe 2 O 3 =9x, nFe 3 O 4 = 13x

Cách 1: Phương pháp đại số

A tác dụng với H2SO4 đặc nóng:

2Fe + 6H2SO4 (đặc)  t o Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (1)

x

3 x

2 2FeO + 4H2SO4 (đặc)

o

t

  Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O (2) 5x

5 x

2

2Fe3O4 + 10H2SO4 (đặc)  t 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O (3) 13x

13 x

2

Fe2O3 + 3H2SO4 (đặc)  t o Fe2(SO4)3 + H2O

9x

Theo (1), (2), (3) ta có:

n SO 2= 3

2n Fe+ 5

2n FeO+ 13

2 n Fe 3 O4

 n SO 2=3 x

2 +

5 x

2 +

13 x

2 =0,1⇒ x =

0,2

21 (mol) Vậy khối lượng của hỗn hợp A là

m A=m Fe+m FeO+m Fe

2 O3+m Fe

3 O4=

= 56⋅0,2

72⋅5⋅0,2

160⋅9⋅0,2

232⋅13⋅0,2

4872⋅0,2

21 =46 , 4 ( gam)

Cách 2: Áp dụng định luật bảo toàn e:

Hỗn hợp A gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 nên tồn tại một lượng sắt bị oxi hóa để tạo thành hỗn hợp A:

2Fe + O2  t o 2FeO

4Fe + 3O2  t o 2Fe3O4 3Fe + 2O2  t o Fe2O3

Và khi A tác dụng với H2SO4 đặc nóng thì: chất nhường e là Fe, chất nhận

e là H2SO4 và O2

Số mol Fe bị oxi hóa là : n Fe=x+5 x+9⋅2 x+13⋅3 x=63 x

Số mol nguyên tử oxi do phân tử O2 bị khử tạo thành là:

n O=5 x+9⋅3 x+13⋅4 x=84 x

Ta có các quá trình:

Fe – 3e → Fe3+

63x 63x.3

O2 + 4e → 2O

84x.2 84x

S+6 + 2e → S+4

0,2 0,1

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có: 63⋅3 x=84⋅2 x+0,2⇒ x=

0,2

21 (mol ) Khối lượng của hỗn hợp A chính là khối lượng nguyên tử Fe và khối lượng nguyên tử O có trong A nên:

m A=63⋅

0,2

21⋅56+84⋅

0,2

21⋅16=33 ,6 +12 ,8=46 4 ( gam)

Cách 3: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng