- -
1
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
- -
v
MỤC LỤC

1.2.2. Lựa chọn, phân loại bài tập hóa học
8
1.2.3. Thực trạng việc sử dụng bài toán hóa học ở trường THPT
10
1.3. Phương pháp chung giải các bài toán hóa học trung học phổ thông
11
1.3.1. Các công thức cần thiết khi giải bài toán hóa học
11
1.3.2. Quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng
12
1.3.3. Phương pháp chung giải bài toán hóa học trung học phổ thông
14
1.3.4. Kết luận chung
20
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 23
2.1. Tổng quan về chương trình hóa học vô cơ - phần phi kim trong
trung học phổ thông

23
2.2. Hệ thống các bài toán hóa học vô cơ - phần phi kim lựa chọn, phân
loại và giải theo phương pháp chung

26
2.2.1. Bài toán về nhóm Halogen
26

3.3. Quá trình tiến hành thực nghiệm sư phạm
86
3.3.1. Đối tượng và địa bàn thực nghiệm
86
3.3.2. Tiến hành thực nghiệm
86
3.3.3. Nội dung và kết quả thực nghiệm
87
KẾT LUẬN
97
TÀI LIỆU THAM KHẢO
98
PHỤ LỤC
101
- -
ii

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

Bảng 3.4. Bảng điểm kiểm tra trung bình của học sinh
92
Bảng 3.5.Bảng % HS đạt điểm yếu, kém, trung bình, khá, giỏi
92
Bảng 3.6. Giá trị của các tham số đặc trưng
95 - -
iv
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Trang
Biểu đồ 3.1. So sánh trình độ HS ở 2 lớp TN và ĐC - Đề số 1

- -
1
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 ]

- 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.

- -
3
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


- -
5
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

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
- -
7
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

- 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, ).
- -
9
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

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.
- -
11
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

V
n =
22,4

3
ct
M
dd
n
C =
V

n = C
M
. V
dd
4
ct
dd
ct
m
C% = . 100%
m
m
= . 100%
V.d

ct dd
ct
ct

A B D
n
n
nn
= = =
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:
B D B D
A C A C
a a a b b b
n = n = n = n ; n = n = n = n ;
b c d a c d

Thí dụ 2:
Xét một dãy biến hóa sau:
2A + 5B

C + 3D (1)
3C + E

2G + 4H (2)
2H + 3I

5K + 3M (3)
Giả thiết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Hãy thiết lập quan hệ giữa
n
K
và n

13
Tương tự, để thiết lập quan hệ giữa n
B
và n
M
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:
B C C H H M
32
n = 5n ; n = n ; n = n
43



B M M
3 2 5
n = 5 . . n = n
4 3 2

Thí dụ 3:
Cho hỗn hợp 3 kim loại Na, Al, Fe hòa tan hoàn toàn trong dung dịch
H
2
SO
4
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.

Fe + H
2
SO
4


FeSO
4
+ H
2
(3)
Al
2
(SO
4
)
3
+ 6NaOH

2Al(OH)
3
+ 3Na
2
SO
4
(4)
Al(OH)
3
+ NaOH



Fe
2
O
3
+ 3H
2
O (8)
Chất khí sinh ra là H
2
, chất rắn thu được là Fe
2
O
3
.
Đặt số mol của Na, Al, Fe trong hỗn hợp đầu lần lượt là x, y, z. Ta có:
m
hh
= 23x + 27y + 56z (a)
Theo (1), (2), (3):
2
H
13
n = x + y + z
22
(b)
Theo (8), (7), (6), (3):
23
Fe O
1

2Fe + 3Cl
2


2FeCl
3

Ta có: m
Fe
= 56.n
Fe

Số mol của "chất cần tính toán" (n
Fe
) có thể dựa vào số mol của "chất có số
liệu cho trước" (
2
Cl
n
).

2
Fe Fe
Cl
22
33
3,36
n = n = . = 0,1 m = 56 . 0,1 = 5,6 gam
22,4


o

MgO + H
2
O (3)
Từ (1), (2), (3)


MgO Mg
2,4
n = n = = 0,1
24
MgO
m = 40 . 0,1 = 4 gam
.
■ Loại bài toán hỗn hợp.
Phương pháp giải bài toán hỗn hợp là đặt ẩn số, lập phương trình
và giải phương trình để suy ra các đòi hỏi của bài toán.
- Ẩn số thường đặt là số mol của các chất trong hỗn hợp.
- Các phương trình được thiết lập bằng cách biểu thị mối quan hệ
giữa các số liệu cho trong bài (sau khi đã đổi ra số mol chất, nếu có thể
được) với các ẩn số.
- Giải các phương trình sẽ xác định được các ẩn số, rồi dựa vào đó suy
ra các đòi hỏi khác nhau của bài toán.
Thí dụ 4:
Hòa tan 10,4 gam hỗn hợp X gồm Mg, Fe trong dung dịch HCl dư thấy thoát
ra 6,72 lít khí (đktc). Tính phần trăm khối lượng mỗi chất trong X?
Giải:
Mg + 2HCl


m = 24 . 0,2 = 4,8 gam %Mg = 46,15%

Fe
m = 56 . 0,1 = 5,6 gam %Fe = 53,85%
.
Chú ý: - Nhiều bài toán hỗn hợp có số phương trình lập được ít hơn
số ẩn số. Trong trường hợp này, để giải hệ các phương trình vô định có 2
phương pháp chính, đó là:
● Giải kết hợp với biện luận, dựa vào điều kiện của các ẩn số.
Thí dụ, nếu ẩn số là số mol của các chất thì chúng phải luôn luôn dương,
ẩn số là số nguyên tử cacbon (n) trong các chất hữu cơ thì n phải là số nguyên
dương. Với hiđrocacbon là chất khí thì n

4 , với ancol chưa no thì n

3,
Dựa vào các điều kiện như vậy có thể giải được hệ phương trình vô định và
giải được bài toán.
● Giải dựa vào việc tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp.
Thí dụ, với hỗn hợp gồm 2 chất 1 và 2, có
hh 1 1 2 2
hh
12
hh
m
M n + M n
M = =
n n + n

Tính

3
, số mol tương ứng là x và y. Giả thiết, khối
lượng mol của A nhỏ hơn B (A < B).
ACO
3
+ 2HCl

ACl
2
+ CO
2
+ H
2
O (1)
BCO
3
+ 2HCl

BCl
2
+ CO
2
+ H
2
O (2)
Ta có thệ 2 phương trình, 4 ẩn số:
m
hỗn hợp
= (A + 6).x + (B + 60).y = 28,4 (a)
2

m = 0,2 .100 = 20 gam %m = 70,42%

Cách 2: Khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp 2 muối:

hçn hîp
28,4
M = = 94,67
0,3

ta có bất đẳng thức: A + 60 < 94,67 < B + 60 hay A < 34,67 < B.
Hai kim loại A, B thỏa mãn điều kiên trên và điều kiện của đề bài chỉ có thể là
Mg (A = 24) và Ca (B = 40).
- -
18
Thay A = 24 ; B = 40 vào (a) và giải hai phương trình (a), (b) thu được x =
0,1 và y = 0,2. Từ đó, tính được phần trăm khối lượng của hai muối như ở
cách 1.
Cách 3: Có thể giải bài toán trên nhanh gọn hơn bằng cách đặt CTPTTB của
hai muối là
3
RCO
, với số mol là a
3
RCO
+ 2HCl


2
RCl
+ CO

các công thức biểu thị quan hệ giữa số mol chất với khối lượng, thể tích,
nồng độ của chất. Đó chính là nội dung của phương pháp chung giải các bài
toán hóa học.
■ Phân tích các trường hợp của bài toán hóa học
Phương pháp chung giải các bài toán hóa học nêu trên dựa vào mối quan
hệ giữa số mol của chất đã tham gia hay hình thành sau phản ứng. Ở đây, ta
cần phân biệt số mol chất đã phản ứng với số mol chất có ban đầu. Có 3
trường hợp có thể xảy ra:
- -
19
a). Trường hợp 1: Các phản ứng xảy ra hoàn toàn và các chất phản
ứng lấy vừa đủ. Trong trường hợp này, các chất phản ứng đều phản ứng hết,
nghĩa là, số mol chất đã phản ứng bằng số mol chất có ban đầu và việc tính
toán có thể dựa vào số mol có ban đầu của bất kì chất nào.
Thí dụ 1:
Cho 0,56 gam Fe phản ứng với 0,336 lít khí Cl
2
(đktc). Tính khối lượng muối
clorua tạo thành.
Giải:
2
Fe
Cl
n = 0,01 ; n = 0,015

2Fe + 3Cl
2


2FeCl

Thí dụ 2:
Cho 0,84 gam Fe phản ứng với 0,56 lít khí Cl
2
(đktc). Tính khối lượng clorua
tạo thành
Giải:
2
Fe
Cl
n = 0,015 ; n = 0,025

2Fe + 3Cl
2


2FeCl
3

Như vậy, theo phương trình phản ứng thì sau phản ứng Fe đã hết và Cl
2
còn
dư
3
0,025 - .0,015 = 0,025 mol
2



.
Vì vậy, lượng muối clorua FeCl