Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học vinh
------------ -------------

Phan thị Vân

Hệ thống lý thuyết và bài tập
bồi dỡng học sinh giỏi hóa học
trờng trung học phổ thông
(Phần cấu tạo chất )

Luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục

Vinh 2006

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học vinh
------------ -------------

-1-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

Phan thị vân

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo PGS - TS Nguyễn
Điểu, thầy giáo Thạc sĩ Cao Cự Giác về sự hớng dẫn tận tình đầy tâm huyết
trong suốt quá trình xây dựng và hoàn thành luận văn.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoa
Hoá học, khoa Sau đại học trờng Đại học Vinh, ban gíam hiệu trờng THPT
Kim Liên, đến gia đình tôi, đến các bạn đồng nghiệp và các em học sinh của
các trờng thực nghiệm đẵ tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt
luận văn này.
Vinh, ngày 20 tháng 5 năm 2006

Phan Thị Vân
Mục lục

Trang

Phần I. Mở đầu

1

1. Lý do chọn đề tài

2

2. Mục đích của đề tài

2

3. Nhiệm vụ của đề tài

2


1.1. Một số quan niệm về học sinh giỏi hóa

4

1.2. Các biện pháp để phát hiện và tổ chức bồi dỡng học sinh có năng

khiếu về

hóa học

7

1.3. Thực trạng bồi dỡng học sinh giỏi hóa học của tỉnh Nghệ An

8

1.4. Các nội dung về phần cấu tạo chất thờng đợc đề cập trong các
đề thi học sinh giỏi hóa của tỉnh Nghệ An

9

1.4.1. Cấu tạo nguyên tử

9

1.4. 2. Bảng tuần hoàn và định luật tuần hoàn

10



2.3. Chơng: Liên kết hóa học

27

2.3.1. Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản

27

-4-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

2.3. 2. Một số vấn đề lý thuyết cần bồi dỡng cho học sinh giỏi 29
Chơng III. Lựa chọn hệ thống câu hỏi lý thuyết và bài tập
3.1. Nguyên tắc lựa chọn

39
39

3.2. Câu hỏi lý thuyết và bài tập chơng I: nguyên tử

41

Dạng 1. Mối quan hệ giữa các hạt cấu tạo nguyên tử

41


Dạng 3. Hóa trị và số oxi hóa

80

Dạng 4. Bài tập trắc nghiệm khách quan

86

3.4. Câu hỏi lý thuyết và bài tập chơng III: Liên kết hoá học

93

Dạng 1. Sự hình thành liên kết

93

Lai hóa

100

Dạng 3. Góc hóa trị - độ phân cực của phân tử

106

Dạng 4. Các lực liên kết yếu

108

Chơng IV. Thực nghịêm s phạm


4.4.4. Tiến hành thực nghịêm s phạm

114

4.5. Kết quả thực nghịêm s phạm

114

4.5.1. Kết quả kiểm tra trớc thực nghịêm

114

4.5.2. Kết quả kiểm tra sau thực nghịêm

115

-5-

Dạng 2.


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

Kết lụân

120


Năm học: 2006 - 2007

Năm học: 2006 - 2007

Phần I. Mở đầu
1. Lý do chọn đề tài
Từ thế kỷ XV, câu nói Hiền tài là nguyên khí của quốc gia đã đợc
khắc trên bia đá Văn Miếu Quốc Tử Giám, thể hiện sự coi trọng nhân tài đối
với sự nghiệp phát triển đất nớc. Ngày nay, câu nói đó vẫn giữ nguyên giá trị.
Vấn đề phát hiện và bồi dỡng nhân tài còn cấp thiết hơn khi mà chúng ta đang
bớc
vào thếTHPT
kỷ XXI,Kim
thế kỷ
của nền kinh tế Trờng
tri
thức, thế
kỷ màKim
khoa
học
công
Trờng
THPT
KimLiên
Liên
Trờng
THPT
Kim
Liên
Trờng

hoá
10BTVH
Giáoviên:
viên:Phan
PhanThị
ThịVân
Vân
Giáo
viên:
Phan
Thị
Vân
Giáo
Nămhọc:
học:2006
2006---2007
2007
Năm
học:
2006
2007
Năm


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

nghệ phát triển nh vũ bão. Để đáp ứng nhu cầu phát triển đất nớc, theo kịp sự
phát triển của khu vực và thế giới, đại hội toàn quốc lần thứ IX của Đảng đã


tập bồi dỡng học sinh giỏi hóa học trờng trung học
phổ thông (phần cấu tạo chất) làm đề tài nghiên cứu của mình.
2. Mục đích của đề tài
- Xây dựng một hệ thống lý thuyết bài tập cơ bản, nâng cao để bồi dỡng đội tuyển học sinh giỏi hóa phần cấu tạo chất.
- Nghiên cứu cách phát hiện và tổ chức bồi dỡng học sinh giỏi hóa ở trờng phổ thông.
3. Nhiệm vụ của đề tài
- Tổng kết và mở rộng lý thuyết cơ bản phần cấu tạo chất.
- Xây dựng hệ thống bài tập và phân loại bài tập nhằm làm cho học sinh
vận dụng tốt kiến thức lý thuyết, có khả năng t duy sáng tạo.
- Tổng kết cách giải một số dạng bài tập.
- Thực nghiệm s phạm đánh giá chất lợng và khả năng áp dụng của đề
tài.
4. Khách thể và đối tợng nghiên cứu
- Khách thể nghiên cứu: quá trình dạy học hóa học phần cấu tạo chất.
- Đối tợng nghiên cứu: vấn đề phát hiện và bồi dỡng học sinh giỏi hóa
học ở trờng phổ thông.
5. Giả thuyết khoa học
- Nếu xây dựng đợc một hệ thống lý thuyết và bài tập phần cấu tạo chất
dùng để bồi dỡng học sinh giỏi hoàn chỉnh thì sẽ nâng cao đợc chất lợng dạy
học của giáo viên và nâng cao hiệu quả của đội tuyển thi học sinh giỏi hóa
học.
6. Phơng pháp nghiên cứu
- Phơng pháp tìm hiểu thực tiễn dạy và bồi dỡng học sinh giỏi hóa ở các
trờng phổ thông nhằm phát hiện vấn đề nghiên cứu.

-8-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

Cùng với việc chú trọng bồi dỡng nhân tài trong ngành giáo dục nh hiện
nay, vấn đề phát hiện và bồi dỡng học sinh giỏi các môn học nói chung và
môn hóa nói riêng đang đợc các trờng phổ thông và các nhà giáo dục rất quan
tâm. Vậy thế nào là một học sinh giỏi hóa? Sau đây là một số quan điểm về
học sinh giỏi hóa:
1. 1. 1. Theo tác giả Trần Thành Huế (ĐHSP Hà Nội)
Nếu dựa vào kết quả bài thi để đánh giá thì một học sinh giỏi hóa cần hội
đủ các yếu tố sau đây:
- Có kiến thức cơ bản tốt, thể hiện nắm vững các khái niệm, định nghĩa,
định luật, quy tắc đã đợc quy định trong chơng trình, không thể hiện thiếu sót
về công thức, phơng trình hóa học. Số điểm phần này chiếm 50% toàn bài.
- Vận dụng sắc bén, có sáng tạo, đúng các kiến thức cơ bản trên. Phần
này chiếm khoảng 40% toàn bài.
- Tiếp thu và dùng đợc ngay một số ít vấn đề mới do đầu bài đa ra.
Những vấn đề mới này là những vấn đề cha đợc cập nhật hoặc đã đề cập đến
một mức độ nào đó trong chơng trình hóa học phổ thông, nhng nhất thiết vấn
đề đó phải liên hệ mật thiết với các nội dung của chơng trình. Số điểm chiếm
khoảng 6% toàn bài.
- Bài làm cần đợc trình bày rõ ràng, càng sạch và đẹp càng tốt. Phần
này chiếm khoảng 4% toàn bài.
1.1.2. Theo các tài liệu về tâm lý học, phơng pháp dạy học hóa học và
những tài liệu, bài viết về vấn đề học sinh giỏi hóa học thì học sinh giỏi
hóa đợc thể hiện qua các năng lực sau đây:
a) Có năng lực tiếp thu kiến thức và có kiến thức cơ bản tốt.
-10-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

- Biết suy xét đúng sai từ một loại sự kiện.
- Biết tạo ra các tơng tự hay các tơng phản để khẳng định hoặc bác bỏ
một đặc trng nào đó trong sản phẩm do mình làm ra.
- Biết chỉ ra một cách chắc chắn các dữ kiện cần phải kiểm nghiệm sau
khi thực hiện một số lần kiểm nghiệm.
f) Có năng lực thực hành thí nghiệm.
- Biết thực hiện tốt, chính xác những động tác cần thiết trong thực hành
thí nghiệm.
- Có khả năng vận dụng những vấn đề lý thuyết vào thực hành một cách
hợp lý, khoa học.
- Có tính kiên nhẫn, có khả năng khéo léo trong thực hành.
g) Có năng lực ghi nhớ:
Có khả năng ghi nhớ nhanh, chính xác và ghi nhớ nhiều vấn đề kể cả
những vấn đề phức tạp, lắt léo.
1.1.3. Theo tác giả Cao Cự Giác (ĐH Vinh)
Một học sinh giỏi hóa phải là:
- Có kiến thức cơ bản tốt: thể hiện nắm vững kiến thức cơ bản một cách
sâu sắc có hệ thống.
- Có khả năng t duy tốt và tính sáng tạo cao: trình bày và giải quyết vấn
đề một cách linh hoạt, rõ ràng, khoa học.

-12-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân


b) Để tổ chức bồi dỡng cho học sinh có năng khiếu về hóa học, các hình
thức tổ chức bồi dỡng thờng đợc thực hiện là:
- Thành lập đội tuyển để bồi dỡng kiến thức, kỹ năng thi học sinh giỏi
các cấp.
- Tổ chức lớp chọn: lựa chọn những học sinh có kiến thức và năng lực tổ
chức thành một lớp riêng để các giáo viên dạy có thể nâng cao kiến thức trên
cơ sở kiến thức cơ bản trong sách giáo khoa.
- Tổ chức trờng chuyên, khối trung học phổ thông chuyên của các trờng
đại học: những học sinh vào học các trờng này đều phải trải qua một kì thi
tuyển chọn nghiêm ngặt, các em đều là những học sinh giỏi của các địa phơng, có trình độ và năng lực học tập đồng đều nhau do đó việc bồi dỡng, nâng
cao kiến thức rất thuận lợi. Đây cũng là nguồn để đào tạo những học sinh giỏi
cấp quốc gia, quốc tế.
1.3. Thực trạng bồi dỡng học sinh giỏi hóa học của tỉnh Nghệ An
Tỉnh Nghệ An là tỉnh đợc cả nớc đánh giá cao về phong trào học tập.
Hàng năm tỉnh đều có số lợng học sinh thi đỗ vào đại học, số học sinh đạt
điểm cao trong các kì thi đại học, số học sinh giỏi quốc gia và quốc tế rất đáng
kể.
Để có đợc những kết quả đó, phải kể đến sự nỗ lực phấn đấu vơn lên
không ngừng của giáo viên và học sinh trong tỉnh. Bên cạnh nâng cao chất lợng đại trà thì chất lợng mũi nhọn rất đợc chú trọng, đó là công tác bồi dỡng
học sinh giỏi. Kết quả của những kì thi học sinh giỏi các cấp là nguồn động
viên, cổ vũ rất lớn cho tinh thần thi đua học tập của mỗi trờng.

-14-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

Tuy nhiên, bên cạnh những thành công đó thì công tác bồi dỡng học sinh

1) Tổng số hạt mang điện và không mang điện của n nguyên tử của một
nguyên tố là 18. Xác định tên nguyên tố, viết cấu hình electron của nguyên tử
nguyên tố đó.
2) Phân tử X có công thức abc. Tổng số hạt mang điện và không mang
điện trong phân tử X là 82. Trong đó số hạt mang điện và không mang điện là
22, hiệu số khối giữa b và c gấp 10 lần số khối của a, tổng số khối của b và c
gấp 27 lần số khối của a. Tìm công thức phân tử đúng của X.
1.4. 2. Bảng tuần hoàn và định luật tuần hoàn:
quan hệ giữa vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn với cấu hình
electron nguyên tử nguyên tố đó. Quy luật biến đổi về bán kính nguyên tử, độ
âm điện, năng lợng ion hóa, tính kim loại, phi kim, hóa trị, tính axit bazơ
của oxit và hiđro xit tơng ứng của các nguyên tố.
Ví dụ:
- Đề thi năm 2003 - 2004:
Ba nguyên tố X, Y, Z trong cùng một chu kì, có tổng số hiệu nguyên tử
là 39. Số hiệu nguyên tử của Y bằng trung bình cộng của số hiệu nguyên tử
của X và Z. Ba nguyên tố trên hầu nh không tác dụng với nớc ở nhiệt độ thờng.
a) Gọi tên, viết cấu hình electron nguyên tử của ba nguyên tố trên và từ
cấu hình suy ra vị trí của các nguyên tố đó trong bảng tuần hoàn.

-16-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

b) So sánh (có giải thích): độ âm điện, bán kính nguyên tử , tính bazơ của
các hiđroxit tơng ứng của ba nguyên tố trên.
c) Hãy tách riêng từng oxit trong hỗn hợp oxit của ba nguyên tố trên.

2.1.1. Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản
Đối với chơng này, học sinh cần nắm vững những vấn đề sau đây:
a) Nguyên tử:
Kích thớc, khối lợng nguyên tử: vô cùng nhỏ, đờng kính nguyên tử
khoảng 10 10 m (1 A 0 ), đơn vị khối lợng nguyên tử là u ( 1u =1,66. 10 27 Kg)
Proton(p)

điện tích: 1+

- Hạt nhân nguyên tử

khối lợng: 1u
Điện tích: 0
Nơtron(n)

Khối lợng: 1 u
điện tích: 1-

- Vỏ nguyên tử

electron (e)

Khối lợng: 5,5 . 10-4 u

Nh vậy: Nguyên tử đợc cấu tạo bởi ba loại hạt cơ bản: p, n, e, trong đó:
+ Có hai loại hạt mang điện là p và e, có một loại hạt không mang điện là
n. Vì nguyên tử trung hòa điện nên số p bằng số e.
+ mp = mn >>me, do đó khối lợng nguyên tử gần bằng tổng khối lợng p
và n.
b) Cấu trúc vỏ nguyên tử:

P

Q

n2

-18-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

- Phân lớp electron: + Lớp đợc chia thành các phân lớp, mỗi phân lớp
gồm các electron có năng lợng bằng nhau.
+ Ký hiệu:

s

p

d

f

+ Số obitan:

1

3

Các số lợng tử n, l, ml xuất hiện khi giải phơng trình Schrodingo đối với
hệ nguyên tử.
-19-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

-

Phan Thị Vân

Số lợng tử chính n: có vai trò quan trọng nhất, nó có thể nhận những giá

trị nguyên dơng bất kỳ từ một trở đi (n = 1, 2, 3, ), nó cho biết electron
thuộc lớp nào trong nguyên tử (n là số thứ tự của lớp).
-

Số lợng tử phụ l (còn gọi là số lợng tử obitan): cùng với số lợng tử chính

xác định năng lợng của obitan của electron. Đối với mỗi giá trị của n, l có thể
nhận những giá trị nguyên dơng bất kì trong giới hạn từ 0 đến (n-1). Mỗi giá
trị của l tơng ứng với một phân lớp electron trong lớp thứ n.
Kí hiệu phân lớp:
Ví dụ:

l= 0

1

2

Do đó số phân lớp trong một lớp bằng số thứ tự của lớp.
-

Số lợng tử từ ml
Trong một phân lớp, các AO có cùng mức năng lợng (ứng với cùng giá

trị số lợng tử n, l) nhng khác nhau về sự định hớng trong không gian.
Phân lớp s chỉ có một AO: đối xứng cầu trong không gian
Phân lớp p có ba AO: px, py, pz định hớng theo các trục Ox, Oy, Oz.
Phân lớp d có năm AO: có năm cách định hớng trong không gian.
Sự định hớng trong không gian của các AO thể hiện trong từ trờng và
mỗi cách định hớng ứng với một số lợng tử từ ml. ứng với mỗi giá trị của l, ml
có thể nhận bất kỳ giá trị nguyên nào trong giới hạn l, kể cả giá trị 0.
Ví dụ:

l=0

ml = 0

có một AO s

l=1

ml = +1, 0, -1

l=2

ml = +2, +1, 0, -1, -2 có 5 AO d

-20-

- Quy tắc Hun: Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ phân bố trên
các obitan sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này phải có
chiều tự quay giống nhau (theo cơ học lợng tử: trong một phân lớp các
electron đợc sắp xếp nh thế nào để tổng spin là cực đại ) quy tắc Hun 1.
- Trật tự các mức năng lợng (quy tắc kinh nghiệm Kletcopxki):
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d.
Cơ sở để sắp xếp các mức năng lợng trên dựa vào các quy tắc sau:
+

Tổng giá trị (n + l) tăng dần.

+

Nếu có cùng giá trị (n + l) thì viết theo thứ tự tăng giá trị n.
-21-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

Cần lu ý học sinh cấu hình electron đợc viết theo những nguyên lí và quy
tắc trên là cấu hình electron ở trạng thái cơ bản, đó là trạng thái có năng lợng
thấp nhất, những trạng thái có năng lợng cao hơn là trạng thái kích thích.
Ngoài ra, giáo viên cần cung cấp thêm cho các em nội dung quy tắc Hun
2 để xác định bộ số lợng tử của electron trong nguyên tử .
-

Quy tắc Hun 2: Trong một phân lớp, các electron phân bố vào các obitan



tế

là

1s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 3d 5 4 s 1 . Hãy giải thích?

Giải thích: Từ quy tắc Hun 1 ta thấy độ bền của các cấu hình electron
chẳng những phải thể hiện ở các cấu hình electron bão hòa 2 8 18 32
và các phân lớp bão hòa s 2 , p 6 , d 10 , f 7 mà còn thể hiện ở cả cấu hình các phân
lớp nửa bão hòa p 3 , d 5 .


Trờng hợp của crom: sở dĩ nh vậy vì phân lớp 4s có mức năng lợng xấp xỉ

phân lớp 3d và cấu hình 3d5 nửa bão hòa là một cấu hình bền vững, ở đây phân
lớp 3d đã có 4 electron nên 1 electron của phân lớp 4s đã nhảy vào phân lớp
3d để đạt tới cấu hình bền vững (hiện tợng bán bão hòa gấp).
-22-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục



Trờng

hợp

của

Đây là trờng hợp duy nhất trong bảng tuần hoàn mà số lớp electron nhỏ hơn số
chu kì.


Trờng hợp của Nb: [ Kr ] 4d 4 5s 1 , cũng do khuynh hớng điền gấp rút

electron ở phân lớp ns vào phân lớp (n - 1)d để tới Mo thì đạt đợc cấu hình
electron bền vững (Mo: [ Kr ] 4d 4 5s 1 ).
Các trờng hợp khác giải thích tơng tự.

2.2. Chơng: Bảng tuần hoàn và định luật tuần
hoàn
2.2.1.Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản
Trong chơng này học sinh cần nắm vững những vấn đề sau đây:
a) Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn.
b) Cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
- Ô nguyên tố : số thứ tự của ô = Z = số đơn vị điện tích hạt nhân = số
proton = số electron
- Chu kỳ: Số thứ tự của chu kỳ bằng số lớp electron
+ Chu kỳ nhỏ: là các chu kỳ 1, 2, 3 chỉ gồm các nguyên tố s và nguyên tố
p.
+ Chu kỳ lớn: là các chu kỳ 4, 5, 6, 7 gồm các nguyên tố s, p, d, f.
-23-


Luận văn Thạc sĩ khoa học giáo dục

Phan Thị Vân

- Nhóm: Số thứ tự của nhóm bằng số electron hóa trị (trừ hai nhóm cuối

Phan Thị Vân

a) Bán kính ion
Học sinh đã biết quy luật biến đổi bán kính nguyên tử của các nguyên tố
trong một chu kì và trong một nhóm A. Trên cơ sở đó giáo viên có thể đặt câu
hỏi:
So sánh bán kính của:

- nguyên tử O và ion O2-?
- nguyên tử Na và ion Na+?

Từ đó dẫn dắt đến lý thuyết:
- Bán kính của anion lớn hơn bán kính của các nguyên tử trung hòa tơng ứng do hai nguyên nhân:
+ Khi kết hợp electron vào nguyên tử thì sự đẩy nhau giữa các
electron tăng lên làm cho lực hút của hạt nhân với các electron giảm đi.
+ Nguyên tử trung hòa có lớp vỏ electron đang xây dựng dở, trong
khi đó ở anion tơng ứng đã đầy đủ và có đối xứng cầu. Rõ ràng kích thớc của
anion đợc quyết định chủ yếu bởi lớp vỏ electron đầy đủ.
- Bán kính của cation giảm mạnh so với bán kính của nguyên tử trung
hòa tơng ứng vì:
+ Sự mất electron làm giảm tác dụng đẩy lẫn nhau của các electron,
do đó làm tăng lực hút của hạt nhân với các electron còn lại, dẫn đến bán kính
nguyên tử giảm.
+ Khi mất electron để tạo thành cation với cấu hình khí hiếm thì mất
đi cả lớp vỏ electron.
b) Năng lợng ion hóa
Học sinh đã biết giải thích quy luật biến đổi năng lợng ion hóa thứ nhất
của các nguyên tố trong chu kì và trong nhóm A. Tuy nhiên đối với học sinh
giỏi, cần phải giải thích đợc năng lợng ion hoá thứ nhất của một số nguyên tố
trong chu kì không theo quy luật chung.