Tài liệu Phân loại và giải các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim theo một phương pháp chung góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học trung học phổ thông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TRƯƠNG THÀNH CHUNG PHÂN LOẠI VÀ GIẢI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ PHẦN PHI KIM THEO MỘT PHƯƠNG PHÁP CHUNG GÓP PHẦN NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY VÀ HỌC MÔN HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN HÓA HỌC) Mã số: 60 14 10 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Ngọc Ban HÀ NỘI - 2012 -1- MỤC LỤC Lời cảm ơn .................................................................................................. Danh mục viết tắt ..................................................................................... Danh mục các bảng ..................................................................................... Danh mục biểu đồ, đồ thị ........................................................................... Mục lục ........................................................................................................ MỞ ĐẦU .................................................................................................. Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ........... 1.1. Cơ sở lý luận của việc nâng cao chất lượng, hiệu quả quá trình dạy và học môn Hóa học trung học phổ thông .................................................. 1.1.1. Quá trình dạy học .............................................................................. 1.1.2. Chất lượng dạy học ........................................................................... 1.1.3. Một số biện pháp để nâng cao chất lượng dạy học .......................... 1.2. Bài tập hóa học ..................................................................................... 1.2.1. Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học .............................................. 1.2.2. Lựa chọn, phân loại bài tập hóa học ................................................. 1.2.3. Thực trạng việc sử dụng bài toán hóa học ở trường THPT .............. 1.3. Phương pháp chung giải các bài toán hóa học trung học phổ thông ... 1.3.1. Các công thức cần thiết khi giải bài toán hóa học ............................ 1.3.2. Quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng ..................................... 1.3.3. Phương pháp chung giải bài toán hóa học trung học phổ thông ....... 1.3.4. Kết luận chung .................................................................................. Chương 2: LỰA CHỌN, PHÂN LOẠI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ - PHẦN PHI KIM VÀ GIẢI THEO PHƯƠNG PHÁP CHUNG GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1. Tổng quan về chương trình hóa học vô cơ - phần phi kim trong trung học phổ thông .................................................................................... 2.2. Hệ thống các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim lựa chọn, phân loại và giải theo phương pháp chung .......................................................... 2.2.1. Bài toán về nhóm Halogen ................................................................ 2.2.2. Bài toán về nhóm Oxi - Lưu huỳnh. ................................................. 2.2.3. Bài toán về nhóm Nitơ – Photpho ..................................................... -v- Trang i ii iii iv v 1 5 5 5 5 6 7 7 8 10 11 11 12 14 20 23 23 26 26 49 60 2.2.4. Bài toán về nhóm Cacbon – Silic ...................................................... 2.3. Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo mức độ nhận thức tư duy trong quá trình dạy và học phần phi kim - chương trình Hóa học vô cơ THPT ......... 2.3.1. Sử dụng bài toán hóa học theo mức độ nhận thức tư duy trong việc hình thành kiến thức mới ..................................................................... 2.3.2. Sử dụng bài toán hóa học theo mức độ nhận thức tư duy để vận dụng củng cố kiến thức, kỹ năng ............................................................... 2.3.3. Sử dụng bài toán hóa học theo mức độ nhận thức tư duy nhằm kiểm tra, đánh giá mức độ vận dụng kiến thức, kỹ năng của học sinh ....... Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ................................................ 3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm .................................................... 3.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm.................................................... 3.3. Quá trình tiến hành thực nghiệm sư phạm ........................................... 3.3.1. Đối tượng và địa bàn thực nghiệm .................................................... 3.3.2. Tiến hành thực nghiệm...................................................................... 3.3.3. Nội dung và kết quả thực nghiệm ..................................................... KẾT LUẬN ................................................................................................ TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ PHỤ LỤC ................................................................................................... -vi- 71 82 82 83 84 86 86 86 86 86 86 87 97 98 101 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ dd Dung dịch ĐC Đối chứng đktc Điều kiện tiêu chuẩn GS Giáo sư GV Giáo viên hh Hỗn hợp HS Học sinh Nxb Nhà xuất bản PGS Phó Giáo sư PTHH Phương trình hóa học TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm THPT Trung học phổ thông TS Tiến sĩ -ii- DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1.Tỉ lệ % học sinh làm đúng bài toán ............................................. Bảng 3.2.Bảng điểm kiểm tra của học sinh................................................. Bảng 3.3.Bảng % học sinh đạt điểm từ Xi trở xuống.................................. Bảng 3.4. Bảng điểm kiểm tra trung bình của học sinh .............................. Bảng 3.5.Bảng % HS đạt điểm yếu, kém, trung bình, khá, giỏi ................. Bảng 3.6. Giá trị của các tham số đặc trưng ............................................... -iii- 88 89 90 92 92 95 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Trang Biểu đồ 3.1. So sánh trình độ HS ở 2 lớp TN và ĐC - Đề số 1 .................. 93 Biểu đồ 3.2. So sánh trình độ HS ở 2 lớp TN và ĐC - Đề số 2 .................. 93 Biểu đồ 3.3. So sánh trình độ HS ở 2 lớp TN và ĐC - Đề số 3 .................. 93 Biểu đồ 3.4. So sánh trình độ HS ở 2 lớp TN và ĐC - Đề số 4 .................. 94 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ Trang Đồ thị 3.1. Đồ thị biểu diễn đường lũy tích điểm kiểm tra bài số 1 ........... 90 Đồ thị 3.2. Đồ thị biểu diễn đường lũy tích điểm kiểm tra bài số 2 ........... 91 Đồ thị 3.3. Đồ thị biểu diễn đường lũy tích điểm kiểm tra bài số 3 ........... 91 Đồ thị 3.4. Đồ thị biểu diễn đường lũy tích điểm kiểm tra bài số 4 ........... 91 -iv- MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong dạy học hóa học, một trong những hoạt động chủ yếu để phát triển tư duy cho học sinh là việc sử dụng các bài tập hóa học (gồm bài tập định tính và bài tập định lượng). Việc sử dụng các bài toán hóa học, vừa góp phần củng cố, khắc sâu kiến thức cho học sinh, vừa rèn luyện, phát triển năng lực nhận thức tư duy cho học sinh. Trong quá trình dạy học, người giáo viên luôn quan tâm tìm tòi, lựa chọn các câu hỏi, bài toán phù hợp cũng như các cách giải hiệu quả nhất để phục vụ cho các giờ lên lớp, các giờ luyện tập hoặc kiểm tra, đánh giá học sinh nhằm nâng cao hiệu quả, chất lượng giảng dạy. Còn đối với học sinh, các em cũng luôn mong muốn có được những câu hỏi, những bài toán tốt, có những cách giải dễ dàng, thuận tiện để nâng cao hiệu quả học tập. Tuy nhiên, hiện nay trong các tài liệu tham khảo hóa học, số lượng bài tập hóa học quá lớn và đa dạng, phương pháp giải các bài toán hóa học đưa ra lại nhiều nên học sinh và ngay cả một số giáo viên cũng cảm thấy lúng túng trong việc lựa chọn và giải các bài toán hóa học. Để góp phần tháo gỡ khó khăn trên, chúng tôi chọn đề tài “Phân loại và giải các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim theo một phương pháp chung góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học trung học phổ thông” 2. Lịch sử nghiên cứu Như đã trình bày ở trên, cho đến nay nhiều tác giả khác nhau đã đưa ra nhiều phương pháp giải các bài toán hóa học, đặc biệt là các phương pháp giải nhanh các bài toán hóa học trắc nghiệm. [1, 2, 3, 7, 14, 15, 17, 18...] Trong tài liệu "Phương pháp chung giải các bài toán hóa học trung học phổ thông" [4], tác giả đã hệ thống và đưa ra một phương pháp chung giải các bài toán hóa học đơn giản và dễ sử dụng đối với học sinh. Việc áp dụng phương pháp chung nêu trên để giải các bài toán Hóa vô cơ Lớp 12 và bài -1- toán xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ đã được trình bày ở hai luận văn thạc sĩ sư phạm hóa học trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc Gia Hà Nội [6, 24]. Trong luận văn này, chúng tôi tiếp tục áp dụng phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT để giải các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn Hóa học THPT. 3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 3.1. Mục tiêu Lựa chọn, phân loại các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim và giải chúng theo một phương pháp chung nhằm nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học trung học phổ thông. 3.2. Nhiệm vụ - Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc nâng cao chất lượng dạy và học môn hóa học THPT ; Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học trong quá trình dạy và học môn hóa học ; Cơ sở lựa chọn, phân loại các bài tập hóa học ; Thực trạng của việc sử dụng các bài toán hóa học của giáo viên và học sinh THPT. - Nghiên cứu phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT và vận dụng để giải các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim đã lựa chọn và phân loại. - Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả và tính khả thi của đề tài. 4. Phạm vi nghiên cứu Các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim trong chương trình trung học phổ thông. 5. Khách thể và đối tượng nghiên cứu - Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy và học môn Hóa học ở trường THPT. - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống bài tập hóa học vô cơ - phần phi kim trong chương trình THPT. -2- 6. Câu hỏi nghiên cứu - Cơ sở để lựa chọn và phân loại các bài toán hóa học là gì ? - Phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT là phương pháp nào? 7. Giả thuyết nghiên cứu Nếu lựa chọn và phân loại tốt các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim và sử dụng tốt phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT để giải các bài toán đó sẽ có được một hệ thống các bài toán, là tài liệu hữu ích cho giáo viên và học sinh tham khảo, sử dụng góp phần nâng cao hiệu quả, chất lượng dạy và học môn Hóa học ở trường trung học phổ thông. 8. Phương pháp nghiên cứu Chúng tôi sử dụng phối hợp các phương pháp sau: - Phương pháp nghiên cứu lý luận: + Nghiên cứu các tài liệu lý luận liên quan đến đề tài đang xét. + Nghiên cứu sách giáo khoa phổ thông và các tài liệu tham khảo về phần phi kim trong chương trình hóa học ở THPT. - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: + Điều tra tình hình sử dụng bài toán hóa học và phương pháp giải chúng trong dạy học hóa học. + Trao đổi kinh nghiệm với giáo viên và chuyên gia về phương pháp giải các bài toán hóa học trong dạy học hóa học. + Thực nghiệm sư phạm và xử lý kết quả thực nghiệm bằng phương pháp thống kê toán học và khoa học ứng dụng sư phạm. 9. Đóng góp mới của đề tài Đã lựa chọn và phân loại được hệ thống các bài toán hóa học vô cơ phần phi kim theo bốn mức độ tư duy từ thấp đến cao: Biết - Hiểu - Vận dụng - Vận dụng Sáng tạo và giải các bài toán đó theo phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT. Đây là một tài liệu tham khảo tốt cho giáo viên và học sinh trong quá trình dạy và học, góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn Hóa học ở THPT. -3- 10. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài. Chương 2: Lựa chọn, phân loại các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim và giải theo phương pháp chung giải bài toán hóa học trung học phổ thông Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. -4- CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Cơ sở lý luận của việc nâng cao chất lượng, hiệu quả quá trình dạy và học môn Hóa học trung học phổ thông 1.1.1. Quá trình dạy học Quá trình dạy học là quá trình tương tác giữa thày và trò, là quá trình nhận thức của học sinh do giáo viên tổ chức, điều khiển nhằm chiếm lĩnh nội dung học vấn phổ thông. Nói cách khác, dạy học là quá trình nhận thức của học sinh dưới vai trò chủ đạo của giáo viên nhằm thực hiện mục đích và nhiệm vụ của dạy học. 1.1.2. Chất lượng dạy học 1.1.2.1. Chất lượng giáo dục Chất lượng là những đặc tính khách quan của con người, sự vật, sự việc được biểu hiện ra bên ngoài thông qua các thuộc tính. Chất lượng liên kết các thuộc tính của con người, sự vật, sự việc lại thành một tổng thể, bao quát toàn bộ con người, sự vật và không thể tách rời con người và sự vật đó. Trong giáo dục, chất lượng giáo dục không phải được biểu hiện qua việc người học đọc được bao nhiêu quyển sách, học được bao nhiêu kiến thức, làm được bao nhiêu bài tập, ... mà điều quan trọng nhất là thông qua quá trình giáo dục đó, người học thay đổi được những gì về mặt nhận thức, về động cơ học tập, thái độ và hành vi học tập; về nhân sinh quan, thế giới quan và lý tưởng sống và từ đó phát triển nhân cách bản thân mình như thế nào. Như vậy, chất lượng giáo dục sẽ được biểu hiện tập trung nhất ở nhân cách của người học người được đào tạo, được giáo dục. 1.1.2.2. Chất lượng dạy học Chất lượng dạy học là một bộ phận hợp thành quan trọng nhất của chất lượng giáo dục. Chất lượng dạy học được hiểu là chất lượng giảng dạy của người dạy và chất lượng học tập của người học xét cả về mặt định lượng và định tính so với các mục tiêu của môn học. -5- Chất lượng dạy học được đánh giá thông qua giờ học hoặc thông qua một quá trình dạy học và chủ yếu được căn cứ vào kết quả giảng dạy học tập của giờ học hay quá trình học đó cả về mặt định lượng (khối lượng tri thức mà người học tiếp thu được) và cả về mặt định tính (mức độ sâu sắc, vững vàng của những trí thức mà người học lĩnh hội được). Trong hai yếu tố là chất lượng giảng dạy của người dạy và chất lượng học tập của người học thì chất lượng dạy học được biểu hiện tập trung nhất ở chất lượng học tập của người học. Người học là người quyết định chính đến chất lượng dạy học. Muốn nâng cao chất lượng dạy học thì đồng nghĩa với việc phải nâng cao chất lượng học tập của người học. Lý luận dạy học hiện đại đã chỉ ra rằng: Người học trong quá trình đào tạo không chỉ là đối tượng của hoạt động dạy mà còn là chủ thể của hoạt động lĩnh hội tri thức, kỹ năng, kỹ xảo. Trong các hình thức tổ chức học thì việc tự học có một vai trò quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dạy học. Tự học của người học là khâu quan trọng không thể tách rời quá trình đào tạo ở nhà trường. Bồi dưỡng cho người học phương pháp luận khoa học, phương pháp nghiên cứu và phương pháp tự học sẽ giúp người học phát triển những phẩm chất và năng lực hoạt động trí tuệ sáng tạo, chính là dạy phương pháp nhận thức để tìm ra trí thức. Như vậy, năng lực tự học của người học vừa là yêu cầu vừa là điều kiện cho chất lượng đào tạo, chất lượng dạy học. Tổ chức được hoạt động tự học một cách khoa học, hợp lý và đạt hiệu quả cao là góp phần thiết thực vào việc nâng cao chất lượng dạy học. Đây không chỉ là trách nhiệm của người dạy mà quan trọng hơn là ý thức học tập của bản thân người học. 1.1.3. Một số biện pháp để nâng cao chất lượng dạy học Chất lượng, hiệu quả của quá trình dạy và học phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nội dung và chương trình môn học ; hệ thống sách giáo khoa ; đổi mới phương pháp dạy học ; điều kiện cơ sở vật chất phục vụ cho quá trình dạy và học, ... Trong bản luận văn này, chúng tôi chỉ đề cập đến việc sử dụng bài toán hóa học, trong đó, chú trọng vào việc lựa chọn, phân loại và phương -6- pháp giải bài toán hóa học, để góp phần nâng cao chất lượng dạy và học môn Hóa học THPT. 1.2. Bài tập hóa học 1.2.1. Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học Bài tập hóa học là một hệ thống các câu hỏi và bài toán về hóa học nhằm đạt được một hay nhiều những mục tiêu kiến thức cần đánh giá đối với học sinh. Việc dạy học không thể thiếu bài tập. Sử dụng bài tập trong dạy học là một biện pháp quan trọng để nâng cao chất lượng dạy học. Bài tập hóa học có ý nghĩa, tác dụng về nhiều mặt. - Ý nghĩa trí dục: + Làm chính xác hóa các khái niệm hóa học; củng cố, đào sâu và mở rộng kiến thức một cách sinh động, phong phú, hấp dẫn. Chỉ khi vận dụng được các kiến thức vào việc giải bài tập, học sinh mới nắm được kiến thức một cách sâu sắc. + Ôn tập, hệ thống hóa kiến thức một cách tích cực nhất. Rèn luyện các kĩ năng hóa học như cân bằng phương trình phản ứng, tính toán theo công thức hóa học và phương trình hóa học, ... Nếu là bài tập thực nghiệm sẽ rèn kĩ năng thực hành, góp phần vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh. + Rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống, lao động sản xuất và bảo vệ môi trường; rèn luyện kĩ năng sử dụng ngôn ngữ hóa học và các thao tác tư duy. - Ý nghĩa phát triển: Phát triển ở học sinh các năng lực tư duy logic, biện chứng, khái quát, độc lập, thông minh và sáng tạo. - Ý nghĩa giáo dục: Rèn luyện đức tính chính xác, kiên nhẫn, trung thực và lòng say mê khoa học Hóa học. Bài tập thực nghiệm còn có tác dụng rèn luyện văn hóa lao động (lao động có tổ chức, có kế hoạch, gọn gàng, ngăn nắp, sạch sẽ nơi làm việc). -7- 1.2.2. Lựa chọn, phân loại bài tập hóa học Hiện nay, trong các sách tham khảo hóa học, số lượng câu hỏi và bài toán hóa học rất phong phú và đa dạng. Để phục vụ tốt cho việc dạy và học hóa học, chúng tôi lựa chọn các bài tập hóa học dựa vào những tiêu chí sau: - Bám sát nội dung chương trình, mục tiêu của môn học, bám sát nội dung sách giáo khoa hóa học THPT. - Có nội dung phong phú, đậm bản chất hóa học và có tính thực tế, tránh sự nặng nề lắt léo về mặt toán học. Bên cạnh những bài tập cơ bản, cần có những bài tập tổng hợp, sâu sắc phát triển trí thông minh sáng tạo, khơi dậy hứng thú học tập của học sinh. Bên cạnh những bài tập có hướng dẫn giải cần phải có những bài tập tự luyện, giúp học sinh tự học, phát huy tính chủ động sáng tạo của học sinh. Bên cạnh những bài tập tự luận là những bài tập trắc nghiệm, ... Sau khi đã lựa chọn được các bài tập thì việc phân loại chúng có ý nghĩa quan trọng. Có nhiều cách phân loại bài tập tùy thuộc vào cơ sở phân loại. Có thể dựa vào các cơ sở sau đây: - Dựa vào hình thái hoạt động của học sinh khi giải bài tập có thể chia thành: bài tập lý thuyết và bài tập thực nghiệm. - Dựa vào tính chất của bài tập có thể chia thành: bài tập định tính và bài tập định lượng. - Dựa vào nội dung có thể chia thành: bài tập nồng độ, bài tập điện phân, áp suất, ... - Dựa vào kiểu bài hoặc dạng bài có thể chia thành: bài tập xác định công thức phân tử của chất ; tính thành phần phần trăm của hỗn hợp ; nhận biết ; tách chất ra khỏi hỗn hợp ; điều chế, ... - Dựa vào khối lượng kiến thức hay mức độ đơn giản, phức tạp, có thể chia thành: bài tập cơ bản và bài tập tổng hợp. - Dựa vào chức năng có thể chia thành: bài tập kiểm tra sự hiểu và nhớ ; bài tập đánh giá khả năng: vẽ sơ đồ, tìm tài liệu, tổng kết, ... ; bài tập rèn luyện tư duy khoa học (phân tích, tổng hợp, quy nạp, diễn dịch, ...). -8- Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi sử dụng cách phân loại bài tập theo mức độ nhận thức tư duy của học sinh. Thang cấp độ nhận thức tư duy đã được nhiều tác giả nghiên cứu, thí dụ trên thế giới có Bloom, Lorin Anderson , ... ở Việt Nam, có GS Nguyễn Ngọc Quang, ... Quan điểm của các nhà khoa học trên đã được trình bày cụ thể trong các tài liệu và trong nhiều luận văn thạc sĩ sư phạm hóa học trước đây. Sau khi nghiên cứu các quan điểm trên, nhận thấy có nhiều điểm tương đồng và phù hợp với Việt Nam, Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Việt Nam đã chỉ đạo dạy học bám sát theo chuẩn kiến thức, kỹ năng theo các cấp độ: Nhận biết Thông hiểu - Vận dụng (mức cơ bản) - Vận dụng sáng tạo (mức nâng cao). Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi áp dụng căn cứ phân loại trên để phân loại và xây dựng hệ thống các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim THPT. ■ Các bài tập dạng biết: Các bài tập ở dạng biết chỉ yêu cầu về năng lực nhận thức của học sinh là nhớ lại và nhắc lại những kiến thức đã học một cách máy móc. Tư duy của học sinh ở mức độ biết là tư duy cụ thể và kỹ năng tương ứng chỉ là kỹ năng bắt chước theo mẫu. ■ Các bài tập dạng hiểu: Các bài tập ở dạng hiểu yêu cầu học sinh có năng lực nhận thức là tái hiện kiến thức, diễn giải kiến thức, mô tả kiến thức. Ở mức độ này, học sinh phải có tư duy logic, tương ứng với kỹ năng phát huy sáng kiến (làm không còn bắt chước máy móc). ■ Các bài tập dạng vận dụng: Ở các bài tập vận dụng, yêu cầu học sinh cần phải có là khả năng vận dụng kiến thức để xử lý tình huống khoa học cụ thể hay tình huống mới, tình huống trong đời sống thực tiễn. Ở đây, tư duy học sinh đã được nâng lên một trình độ cao hơn đó là tư duy hệ thống (suy luận tương tự, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa). Kỹ năng tương ứng mà học sinh cần đáp ứng là kỹ năng đổi mới (không bị lệ thuộc vào mẫu, có sự đổi mới, hoàn thành kỹ năng nhịp nhàng không phải hướng dẫn). -9- ■ Các bài tập dạng vận dụng sáng tạo: Dạng vận dụng được nâng lên ở trình độ cao hơn đó là vận dụng sáng tạo. Ở trình độ này, học sinh có năng lực nhận thức là phân tích, tổng hợp, đánh giá và phải có tư duy trừu tượng (suy luận các vấn đề một cách sáng tạo, ngoài các khuôn khổ quy định). Kỹ năng tương ứng là kỹ năng có sáng tạo, đạt tới trình độ cao; sáng tạo ra một quy trình hoàn toàn mới, nguyên lý mới, tiếp cận mới, tách ra khỏi mẫu ban đầu. Do nội dung của những bài toán vận dụng sáng tạo có mức độ khó cao nên không phải nội dung kiến thức nào, bài nào cũng xây dựng được mà phải là sự phối hợp, liên hệ kiến thức của nhiều bài trong một chương hoặc liên hệ giữa nội dung của nhiều chương với nhau. 1.2.3. Thực trạng việc sử dụng bài toán hóa học ở trường THPT Để đánh giá thực trạng việc sử dụng bài toán hóa học ở trường phổ thông, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm điều tra thực tế qua bảng câu hỏi điều tra dành cho giáo viên và học sinh [Phụ lục 1, 2]. Tại trường THPT Marie Curie thành phố Hải Phòng, sau khi tham khảo ý kiến của 9 giáo viên trong tổ Hóa học và điều tra 580 học sinh tại trường, kết hợp với kết quả trong nhóm được điều tra ở một số trường khác trong thành phố, chúng tôi có nhận xét: - 100% các giáo viên đều thống nhất việc sử dụng bài toán hóa học trong việc nâng cao hiệu quả dạy học là rất cần thiết. - Hầu hết các giáo viên (> 90%) không hướng dẫn học sinh giải các bài toán hóa học theo phương pháp chung mà theo các phương pháp khác nhau theo từng dạng bài. - 100% các giáo viên đều sử dụng các định luật bảo toàn hóa học và một số phương pháp khác đã nêu để hướng dẫn học sinh giải nhanh các bài toán hóa học. - Với học sinh, hầu hết các em (> 90% HS) cho rằng việc giải các bài toán hóa học là khó khăn. Các em giải thích với nhiều lí do, trong đó có một nguyên nhân là do các Thầy, Cô đưa ra nhiều cách giải khác, tùy theo mỗi dạng bài nên các em không nắm được bản chất, thường lúng túng, không linh hoạt trong giải bài toán hóa học. -10- Như vậy, kết quả điều tra, cho thấy, vẫn còn nhiều khó khăn trong phương pháp giải bài toán hóa học ở trường trung học phổ thông. Điều đó đã thúc đẩy chúng tôi có thêm hứng thú để tiếp tục nghiên cứu đề tài này, mong góp phần nhỏ bé vào việc cải thiện và nâng cao chất lượng dạy học hóa học ở trường THPT. 1.3. Phương pháp chung giải các bài toán hóa học trung học phổ thông Để giải các bài toán hóa học, trước hết cần phân tích nội dung của bài toán và biểu thị nội dung đó bằng các PTHH. Khi đã viết và cân bằng được các PTHH, dễ dàng thiết lập được quan hệ giữa số mol của các chất đã tham gia hay hình thành sau phản ứng, nhờ đó, tính được số mol của "các chất cần tính toán" khi biết số mol của "các chất có số liệu cho trước". Tuy nhiên, trong bài toán hóa học, các số liệu cho trước thường không phải là số mol của các chất mà là khối lượng, thể tích, nồng độ, ... của các chất và mục đích của bài toán hóa học cũng không phải là xác định số mol của "các chất cần tính toán" mà là xác định khối lượng, thể tích, nồng độ, ... của các chất đó. Như vậy, để giải các bài toán hóa học, ngoài quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng, còn cần phải dựa vào một số công thức chuyển đổi khối lượng (m), thể tích (V), nồng độ, (CM, C%) ... của chất ra số mol chất và ngược lại. 1.3.1. Các công thức cần thiết khi giải bài toán hóa học STT Công thức 1 m=M  n 2 V0 = 22,4  n 3 CM = C% = 4 = Số mol chất m n= M V n= 0 22,4 n ct Vdd n = CM . Vdd m ct . 100% m dd m ct . 100% V.d -11- n ct = 1 C% . m dd . M ct 100% = 1 C% . V.d . M ct 100% Dựa vào các công thức ở bảng trên có thể rút ra biểu thức tính một đại lượng nào đó mà bài toán đòi hỏi. Điều quan trọng là dựa vào các công thức đó có thể tính được số mol chất khi biết khối lượng, thể tích, nồng độ của chất và ngược lại. 1.3.2. Quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng Thí dụ 1:  cC + dD Xét phản ứng: aA + bB  Số mol của các chất đã tham gia hay hình thành sau phản ứng kí hiệu lần lượt là nA, nB, nC, nD. Các giá trị này phải tỉ lệ với các hệ số a, b, c, d tương ứng, nghĩa là: n nA n n = B = C = D a b c d Dựa vào hệ thức này có thể xác định số mol của một chất bất kì khi biết số mol của các chất khác đã tham gia hay hình thành sau phản ứng: nA = a a a b b b n B = n C = n D ; n B = n A = n C = n D ; ... b c d a c d Thí dụ 2: Xét một dãy biến hóa sau:  C + 3D 2A + 5B  (1)  2G + 4H 3C + E  (2)  5K + 2H + 3I  (3) 3M Giả thiết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Hãy thiết lập quan hệ giữa nK và nA, giữa nB và nM ? Giải: Để thiết lập mối quan hệ giữa nK và nA ta xuất phát từ chất K và xét quan hệ giữa K và A bắc cầu qua các chất trung gian H và C. Cụ thể, theo các phản ứng (3), (2), (1), ta có: nK = 5 4 1 5 4 1 5 n H ; n H = n C; n C = n A  n K = . . n A = n A 2 3 2 2 3 2 3 -12- Tương tự, để thiết lập quan hệ giữa nB và nM ta xuất phát từ chất B và cũng xét quan hệ giữa B và M bắc cầu qua các chất trung gian C và H. Ta có: nB = 5nC ; nC = 3 2 5 3 2 nH ; nH = n M  nB = 5 . . n M = n M 4 3 2 4 3 Thí dụ 3: Cho hỗn hợp 3 kim loại Na, Al, Fe hòa tan hoàn toàn trong dung dịch H2SO4 loãng thu được một chất khí và dung dịch D. Thêm dung dịch NaOH vào dung dịch D cho tới dư. Lọc lấy kết tủa, đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi, thu được một chất rắn. Thiết lập quan hệ giữa khối lượng hỗn hợp, số mol chất khí và số mol chất rắn với số mol của các kim loại trong hỗn hợp đầu. Giải: Theo đề bài, ta có các PTHH: 2Na + H2SO4  Na2SO4 + H2 (1) 2Al + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2 (2) Fe + H2SO4  FeSO4 + H2 (3) Al2(SO4)3 + 6NaOH  2Al(OH)3 + 3Na2SO4 (4) Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O (5) FeSO4 + 2NaOH  Fe(OH)2 + Na2SO4 (6) 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 (7) 2Fe(OH)3  Fe2O3 + 3H2O (8) Chất khí sinh ra là H2, chất rắn thu được là Fe2O3. Đặt số mol của Na, Al, Fe trong hỗn hợp đầu lần lượt là x, y, z. Ta có: mhh = 23x + 27y + 56z Theo (1), (2), (3): n H2 = 1 3 x+ y+z 2 2 Theo (8), (7), (6), (3): n Fe2O3 = 1 z 2 (a) (b) (c) Các phương trình (a), (b), (c) biểu thị các quan hệ cần tìm. -13- Như vậy, có thể thấy rằng, khi đã viết và cân bằng được các phương trình hóa học thì dễ dàng thiết lập được quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng. Dựa vào các quan hệ này và các công thức đã nêu ở phần 1.3.1, có thể giải quyết được các bài toán hóa học. Điều này sẽ được trình bày rõ ràng và chi tiết ở phần tiếp theo. 1.3.3. Phương pháp chung giải bài toán hóa học trung học phổ thông Qua các thí dụ nêu trên, ta thấy các bài toán hóa học có thể chia làm 2 loại: 1) Các bài toán liên quan đến phản ứng của một chất qua một giai đoạn hay một dãy biến hóa (như thí dụ 1, thí dụ 2 ở trên). 2) Các bài toán liên quan đến phản ứng của một hỗn hợp chất (như thí dụ 3 ở trên). Các bài toán liên quan đến phản ứng của một hỗn hợp chất được gọi là các bài toán hỗn hợp còn các bài toán liên quan đến phản ứng của một chất được gọi là các bài toán "không hỗn hợp". ■ Loại bài toán "không hỗn hợp" Phương pháp giải các bài toán loại này là lập biểu thức tính đại lượng mà bài toán đòi hỏi rồi dựa vào quan hệ giữa số mol của "chất cần tính toán" với số mol của "chất có số liệu cho trước" trong phương trình hóa học và dựa vào các công thức để giải. Thí dụ 1: Cho m gam Fe phản ứng vừa đủ với 3,36 lít khí Cl2 (đktc). Tính m ? Giải:  2FeCl3 2Fe + 3Cl2  Ta có: mFe = 56.nFe Số mol của "chất cần tính toán" (nFe) có thể dựa vào số mol của "chất có số liệu cho trước" ( n Cl ). 2 n Fe = 2 2 3,36 n Cl2 = . = 0,1  mFe = 56 . 0,1 = 5,6 gam . 3 3 22,4 -14-