Luận án Sử dụng dạy học nêu vần đề - Ơrixtic đề nâng cao hiệu quả dạy học chương trình Hóa đại cương và Hóa vô cơ ở trường trung học phổ thông

vào nhiều yếu tố (lƣu ý bản chất của chất khử). 2 nhƣ thế nào ? Giống màu dung dịch nào (CuSO4)? So sánh với dung dịch mẫu CuSO4 - Hãy viết phƣơng trình. - Hãy nhận xét bản chất phản ứng. Chất nào là chất khử, chất nào là chất oxi hóa? Giải quyết vấn đề: GV yêu cầu HS kết luận về tính chất của axit H2SO4 đặc, nóng. Kiểm tra vấn đề đã giải quyết bằng thực nghiệm: - Cho H2SO4, đặc nóng + Zn, Mg, Ag, S. Giải thích hiện tƣợng. Viết các phƣơng trình phản ứng. - So sánh tính chất của axit HCl, H2SO4 loãng với axit H2SO4 đặc. Chuyển tiếp: Bây giờ chúng ta nghiên cứu tiếp một tính chất đặc biệt nữa của axit H2SO4 đặc, nóng. b. Sự than hoa của axit H2SO4 đặc. C21H22O11 + H2SO4→ C + ( đƣờng, giấy, gỗ, bông) (muội than) H2SO4 .nH2O axit H2SO4 đặc chiếm nƣớc của nhiều chất hữu cơ chứa H2 và O2. Tạo tình huống có vấn đề bằng thí nghiệm: GV lấy giấy trắng hoặc que đóm mảnh nhúng vào axit, H2SO4 đặc. Cho HS xem sự than hóa của giấy và que đóm sau khi nhúng. Yêu cầu HS nhận xét và giải thích. - Đây là tính chất gì? Cỏ phải là tính oxi hoá không? GV lƣu ý HS thành phần của các 41 chất hữu cơ (xenlulo) và tính hút (chiếm) H2O của của axit H2SO4 đặc. Củng cố và phát triển: GV yêu cầu HS trình bày tíh chất, của axit H2SO4 (đặc và loãng) sau đó GV nêu câu hỏi: Nguyên nhân của tính axit, và tính ôxi hóa? (Phát triển kiến thức). GV giải thích rằng : axit H2SO4loãng tồn tại ở dạng ion H + , HSO4, SO . Tính axit, Tính axit do vài trò của H+. Còn axit H2SO4 đặc tồn tại chủ yếu là ở dạng phân tử và tính oxi hóa do cả phân tử H2SO4 gây ra. 42 BÀI SOẠN 7. CLO VÀ CÁC HALOGEN KHÁC. A. Mục đích - yêu cầu. 1. Kiến thức cơ bản: các halogen tuy có tính chất vật lý khác nhau nhƣng có tính chất hóa học giống nhau vì có cấu tạo nguyên tử giống nhau. - Từ F2 → Cl2 → Br2 → I2 bán kính nguyên tử tăng tính chất vật lí biến đổi các đặc ính nhƣ : độ âm điện, tính phi kim và hoạt tính hóa học giảm. 2. Kĩ năng - kĩ xảo: Nhận biết các halogen bằng tính chất vật lí và tính chất, hóa học. 3. Phát triển tƣ duy: phân tích, tổng hợp, so sánh và khái quát, hóa thành quy luật. Suy diễn: từ cấu tạo → tính chất. 4. Giáo dục tƣ tƣởng: ứng dụng của các halogen trong đời sống và sản xuất. B. Đồ dùng dạy học: Các bảng trình bày trạng thái tự nhiên cấu hình electron, biến thiên tính chất của các halogen. Bảng vẽ sơ đồ thí nghiệm về mức độ hoạt động hóa học của các halogen. C. Nội dung. I. Hỏi bài cũ. 1. Tính chất hóa học chính của nƣớc giaven và clorua vôi. 2. Hãy nêu đặc điểm cấu tạo của các nguyên tố thuộc phân nhóm chính nhóm VII và từ đó nhận xét về tính chất hóa học chung của chúng. II. Bài mới. Ngoài clo ra, các halogen khác có cấu tạo và tính chất nhƣ thế nào? Mối quan hệ giữa chúng ra sao? Đó là nội dung bài học mới. 43 1.Công thức phân tử và cấu tạo phân tử. Các nguyên tố: F, CI, Br, I. CTPT (X2): F2; Cl2; Br2; I7. Đặc điểm liên kết trong phân tử :X:X: hoặc X - X 2. Tính chất vật lí chung.. a. Trạng thái tự nhiên. Đàm thoại. Các halogen có công thức phân tử và đặc điểm liên kết trong phân tử nhƣ thế nào? Nguyên tố (Đơn chất) Flo (F2) Clo (Cl2) Brôm (Br2) Iot (I2) Trạng thái khí vàng lục nhạt khí vàng nhạt chất lỏng, nâu đỏ chất rắn, tinh thể màu tím đen Nhiệt độ sôi - 188, l0C +59,920C +59,20C + 185,5 0 C (thăng hoa) hồ tinh bột là thuốc thử Độ tan Các halogen ít tan trong nƣớc, tan nhiệt trong các dung môi hữu cơ nhƣ rƣơu, ete, xăng, benzen... GV nêu vấn đề : chúng ta thấy các halogen khác nhau về tính chất vât lí mà tại sao chúng ta lại ở cùng phân nhóm? Tính chất hóa học của ta nhƣ thế nào? Hƣớng giải quyết: Đặc điểm cấu tạo của các nguyên tố cùng nhóm có gì chung? Đặc điểm đó có ảnh hƣởng gì đến tính chất hóa học. 44 2. Tính chất hóa học. a. Cấu hình electron, độ âm điện. Nguyên tố F Cl Br I Cấu hình 2s22p5 3s23p5 4s24p5 5s25p5 Độ âm điện 1,0 3,0 2,8 2,6 Tính chất hóa học điển hình X + e = X Biến thiên tính chất tính oxi hóa giảm b. Biến thiên tính chất và độ hoạt động hóa học. * Khả năng tƣơng tác hóa học của các halogen và các chất, với hidro Flo có tính oxi hóa mạnh hơn cho nên flo tác dụng với nƣớc mãnh liệt: 2F2 + 2 H2O = 4 HF + O2 Do đó không xét, phản ứng giữa flo với NaCI trong nƣớc. Kết luận: Mặc dầu có nhiều tính chất vật lí khác nhau nhƣng do có cùng cấu hìncaauelectron ở lớp ngoài cùng nhƣ nhau nên các halogen ở cùng một nhóm tính chất, hóa học điển hình là oxi hóa. Độ hoạt động hóa học của chúng giảm dần từ flo clo → brom → iot. Giải quyết vấn đề qua các câu hỏi nhỏ: - Hãy nêu đặc điểm cấu hình electron lớp ngoài cùng và độ âm điện của các halogen. - Từ cấu tạo và độ âm điện của các nguyên tố hãy cho biết tính chất hóa học điển hình của các halogen và biến thiên tính chất đó nhƣ thế nào? Đàm thoại, thảo luận xây dựng bảng so sánh độ hoạt động của các halogen với một số nguyên tố khác. - Vấn đề bổ sung: Có xảy và phản ứng giữa flo và các dung dịch muối NaCl, Na Br, NaI không? Vì sao? (GV hƣớng dẫn HS trả lời). Kết luận: Giải quyết vấn đề. Từ những điều đã trình bày, hãy nêu kết luận về vị trí, tính chất hóa học điển hình và độ hoạt động của các halogen. 45 3. Ứng dụng của flo, brom, iot a. Flo: Sản xuất teflon, fereon. b. Brom: Sản xuất dƣợc phẩm và AgBr. c. Iot: Sản xuất thuốc sát trùng và Agl. 4. Trạng thái tự nhiện, điều chế. a. Trạng thái tự nhiên. - F2 và Cl2 phổ biến hơn Br2 và I2. - Tất cả chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. b. Phƣơng pháp điều chế. - Flo: điện phân florua nóng chảy. - Brôm và iot: Cl2 + dd muối (KBr KI). - Làm việc với SGK HS đọc sách giáo khoa, GV tóm tắt và ghi lên bảng. Đọc sách - tóm tắt. Câu hỏi bổ sung: tại sao các. halogen chỉ tồn tại trong tự nhiên dƣới dạng hợp chất. Đàm thoại: Từ tính chất và trạng thái tự nhiên hãy cho biết có thể điều chế các halogen nhƣ thế nào? (Chủ yếu : Br2, F2 và I2) Củng cố toàn bài: GV nêu 3 câu hỏi: 1. Nêu tính chất vật lí của các halogen. 2. Tại sao các halogen lại đƣợc sắp xếp vào một nhóm, tính chất hóa học điển hình của chúng là gì? Tính chất đó biến đổi nhƣ thế nào? 3. Hãy nêu các ứng dụng và các phƣơng pháp điều chế: Flo, brom và iot. 46 Nguyên tố F (flo) Cl (co) Br (brom) I (iot) khả năng phản ứng với hầu hết các nguyên tố (trừ O, N) trừ O, N, C nhƣ clo với số nguyên tố ít hơn nhiều Mức độ phản ứng vùi H2 nổ trong bóng tối và nhiệt độ thấp (-2000C) nổ khi có ánh sáng hoặc đèn không gây nổ khi đun nóng và có xúc tác H2 + I2 dtn 2HF Phản ứng thuận nghịch. ∆HHX(KJ/mol) HF -268 HCl -92,30 HBr -35,98 HI -0.27 - Khả năng tƣơng tác hóa học. của các halogen với các chất và với hidro là giảm dần - Điều đó thể hiện tính oxi hóa giảm từ F2 → Cl2 → Br2 → I2.. * Khả năng tƣơng tác giữa các halogen: - Thí nghiệm: GV: qua bảng so sánh: hãy cho biết khả năng tƣơng tác hóa học của các halogen với các chất và với hidro nhƣ thế nào? Điều đó thể hiện tính chất gì. GV nêu vấn đề tiếp: Thế còn giữa các halogen với nhau thì sao? Có tƣơng tác với nhau không? Phản ứng nhƣ thế nào? GV trình bày bảng vẽ sơ đồ thí nghiệm: một halogen có thể đẩy halogen khác ra khỏi dung dịch muối của nó: So sánh tính hoạt động của clo brom iot. 47 - Có khí brom và hơi iot xuất hiện, - Một halogen có thể đẩy một halogen hoạt động hơn ra khỏi dung dịch muối của nó: Cl2 + 2KBr = 2 KCl + Br2 (vàng nâu) Cl2 + 2KI - 2 KCI + I2 (tím đen.) Br2 + 2KI = 2 KBr + I2 (tím đen) . GV mô tả diễn biến thí nghiệm và các dấu hiệu xuất hiện khi dẫn khí clo đi qua các lớp bông rồi nêu câu hỏi - Hiện tƣợng thí nghiệm nói lên điều gì? Có chất xuất hiện. - Nhƣ vậy có phản ứng hóa học nào đã xẩy ra? - Hãy viết các PTPƢ. 48 CÂU HỎI KIỂM TRA (Bài Clo và các halogen khác) 1. Nêu các tính chất vật lí của các halogen. 2. Trình bày đặc điểm chung về cấu tạo nguyên tử của các halogen. Từ đó nêu tính chất hóa học điển hình của chúng. 3. Qua các phản ứng giữa giữa các halogen với hidro, ta có kết luận. A. Tính oxi hóa của: F2 < Cl2 < Br2 < I2. B. Các phản ứng giữa halogen và hidro đều là một chiều. C. Tính oxi hóa của: I2< Br2< Cl2<F2 D. Điều kiện để thực hiện các phản ứng trên là có ánh sáng khuyếch tán. Hãy xác định câu trả lời nào là đúng. 4. Có thể điều chế đƣợc nƣớc do nhƣng không điều chế đƣợc nƣớc flo, tại sao? 5. Tính chất hóa học điển hình và độ hoạt động hóa học của các halogen biến dổi nhƣ thế nào? Vì sao? 6. Cho Brom dƣ vào dung dịch hỗn hợp NaI, NaBr cô cạn dung dịch thu dƣợc chất rắn X. Hoà tan X vào nƣớc, cho clo dƣ vào rồi cô cạn dung dịch, thu đƣợc chất rắn Y. Vậy Y là: A. NaCl. B. Hỗn hợp NaCl, NaBr. C. Hỗn hợp NaCl, NaBr, NaI. D. NaCl và NaOH. Hãy xác định xem câu trả lời nào là đúng. 49 BÀI 8: SỰ DỊCH CHUYỂN CÂN BẰNG. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU. 1. Kiến thức cơ bản. Nắm đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến sự chuyển dịch cân bằng hoá học và biết vận dụng các yếu tố đó để dự đoán đúng chiều hƣớng chuyển dịch cân bằng (Cân bằng về phía có hiệu suất cao). 2. Kỹ năng và kỹ xảo. - Quan sát các hiện tƣợng thí nghiệm để hiểu các yếu tố chuyển dịch cân bằng. - Giải một số bài toán đơn giản về cân bằng hóa học. 3. Rèn luyện tƣ duy. - Bƣớc đầu biết khái quát hóa các điều kiện ảnh hƣởng đến việc chuyển dịch cân bằng thành định luật (Nguyên lý LơstơLiê). 4. Giáo dục tƣ tƣởng: Thấy đƣợc ý nghĩa kinh tế của việc chuyển dịch cân bằng. . HỎI BÀI CŨ. - Gọi 2 học sinh lên bảng: Một học sinh trả lời câu hỏi mộtt học sinh chữa bài tập số 5. - Câu hỏi: Thế nào là phản ứng thuận nghịch ? Khi nào thì phản ứng thuận nghịch đạt đến trạng thái cân bằng ? Giải thích ? Cho ví dụ ? - Bài tập: Bình kín có thể tích 0.5 lít chứa 0.5 mol H2 và 0.5 mol N2. Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng có 0.02 mol NH3 đƣợc tạo thành. Tính thành phần % của NH3 ở trạng thái cân bằng. Đán án: Câu 1: SGK. - Bài tập: 50 Theo phƣơng trình phản ứng N2 + 3H2 2NH3. Nồng độ ban đầu 0.5 0.5 0 Lƣợng ban dầu Nồng độ lúc cân bằng 0.5 - 0.01 0.5 - 0.03 0.02 Lƣợng cân bằng. Thành phần % số mol của NH3 lúc cân bằng: 0.02 0.49 + 0.47 = 2.08% Chuyển tiếp: (Bằng việc phân tích bài lập ở trên) Trong phản ứng tổng hợp NH3, nếu giữ nguyên điều kiện nhƣ thí nghiệm thì trạng thái này không bao giờ thay đổi: Nhƣ thế bất lợi về việc sản xuất. Vì lƣợng NH3 tạo thành trong hỗn hợp ở trạng thái cân bằng chỉ chiếm 2.08%. Giải quyết mâu thuẫn đó nhƣ thế nào ? làm sao để thay dổi hiệu suất (Tăng hiệu suất NH3 nói riêng) và chuyển dịch cân bằng đối với mọi phản ứng về phía có lợi cho sản xuất nói chung Đó là vấn đề chúng ta cần nghiên cứu hôm nay. Bài mới: SỰ DỊCH CHUYỂN CÂN BẰNG HÓA HỌC. Chúng ta xem xét sự ảnh hƣởng của nồng độ, áp suất và nhiệt độ đến cân bằng hóa học nhƣ thế nào ? 1. Ảnh hƣởng của nồng độ đến cân bằng. NỘI DUNG FeCl3 + 3KCNS Fe(CNS)3 + 3 KCl Nâu đỏ PHƢƠNG PHÁP Để giải quyết vấn đề này nên đƣa thêm vào thí nghiệm để gây ấn tƣợng cho học sinh về sự thay đổi nồng độ ảnh hƣởng đến sự dịch chuyển cân bằng. - Giáo viên: Giới thiệu cho học sinh phản ứng trao dổi giữa FeCl3 và KCNS cũng là phản ứng thuận nghịch. Cho học sinh biết màu sắc của chất ban đầu và sản phẩm. Sau đó biểu diễn thí nghiệm. - Dùng một ống nghiệm cho vào đó 1ml FeCl3 và 1ml KCNS cùng nồng độ. Pha loãng rồi chia 3 phần vào 3 ống 51 - Thêm FeCl3(KCNS) thì màu đỏ đậm hơn suy ra cân bằng dịch chuyển về phía phải. - Thêm KC1 hoặc. Fe(CNS)3 thì màu dỏ nhạt hơn, suy ra chứng tỏ cân bằng dịch chuyển về phía trái. - Nếu tăng nồng độ các chất ban đầu thì cân bằng dịch chuyển theo chiêu thuận (tạo ra sản phẩm) làm giảm sự tăng đó. - Nếu tăng nồng độ các chất sản phẩm thì cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (tạo ra chất ban đầu) chống lại sự tăng đó. - Nếu giảm nồng độ một chất ở bên nào thì cân bằng sẽ chuyển dịch về phía bên đó. Ví dụ 1: H2 + I2 2HI. nghiệm: 1 ống đối chứng để quan sát, còn 2 ống kia: - Thêm vào một ống FeCl3 hoặc KCNS thì mầu đỏ đậm hơn. - Giáo viên nêu câu hỏi: Hiện tƣợng trên chứng tỏ cản bằng dịch chuyển? - Thêm KCl (hoặc Fe(CNS)3) thì màu đỏ nhạt đi. - Giáo viên nêu câu hỏi: Chứng tỏ cân bằng dịch chuyển ? Nhƣ vậy sự thay dổi các chất tác dụng sẽ ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến cân bằng hóa học ? Củng cố bằng 2 ví dụ trong SGK. - Đàm thoại củng cố: Khai thác qua hằng số cân bằng: - Thêm một lƣợng H2 hoặc I2 . - Thêm một lƣợng HI. Khi đƣa nƣớc Clo ra ngoài ánh sáng mặt trời thì cân bằng dịch chuyển nhƣ thế nào ?. Lƣu ý: Cho HS áp suất tỉ lệ với nồng độ 52 Ví dụ 2: Cl2+H2O HCl + HClO. ẢNH HƢỞNG CỦA ÁP SUẤT ĐẾN CÂN BẰNG ĐỐI VỚI CHẤT KHÍ). Ví dụ 1: 2SO2 + O2 2SO3 K Khi tăng p lên 2 lần thì biểu thức trên sẽ là: Khi p tăng bảng cách giảm V của hệ cân bằng chuyển dịch về phía có số phân tử khí ít hơn. Khi giảm p bằng cách tăng V của hệ suy a cân bằng chuyển dịch về phía có số mol khí lớn hơn tức là chống lại sự tăng p đó. Ví dụ 2: H2 + I2 2HI Đối với những phản ứng có hệ số hai vế chất khí. Tăng áp suất tức là giảm thể tích ⟺ tăng nồng độ. - Giáo viên: Yêu cầu học sinh viết biểu thức tính K, sau đó nêu các câu hỏi: - Tăng áp suất hoá học lên 2 lần thì nồng độ các chất trong biểu thức biến đổi nhƣ thế nào? - Ở nhiệt độ không đổi K là một hằng số. Vậy muốn K không đổi thì chất nào phải đƣợc tăng nhiều hơn. Tức là cân bằng phải chuyển dịch về hƣớng nào ?. - Giáo viên nên vấn đề tiếp: Đối với những phản ứng mà số mol chất cả hai phía đều bằng nhau thì sự thay đổi p có ảnh hƣởng gì đến cân bằng. Học sinh xem xét phƣơng trình phản ứng H2 + I2 lập biểu thức K rồi rút ra kết luận. - Hệ số cân bằng của phản ứng thuận nghịch chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nhƣng sự phụ thuộc đó nhƣ thế nào ?. Giáo viên giải quyết vấn đề bằng thí 53 bằng nhau (số mol bằng nhau) thì khi tăng một số lần, nồng độ của chúng cũng tăng lên một số lần nhƣ nhau suy ra cân bằng không chuyển dịch. III. SƢ ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ - Dùng một bình thủy tinh chứa hỗn hợp NO2, cho vào thùng nƣớc đá (bằng thủy tinh). (Yêu cầu học sinh quan sát màu của hỗn hợp phản ứng). Sau đó đun cho nóng chảy nƣớc đá đến 100 0 C quan sát màu của hỗn hợp phản ứng (màu nâu). - Khi tăng nhiệt độ cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng thu nhiệt (làm giảm sự tăng nhiệt độ ở bên ngoài vào). Khi giảm nhiệt đọ cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng phát nhiệt (bù đắp lại lƣợng nhiệt đã bị giảm bớt). nghiệm hoặc hình vẽ có màu biến đổi cả bảng: 2NO2 N2O4 ∆H= -125.69 nâu đỏ không màu Lƣu ý: Giá trị hiệu ứng nhiệt của phải ứng thuận - phản ứng nghịch (Ngƣợc dấu). Giáo viên nêu câu hỏi: - Nhƣ vậy khi tăng nhiệt đọ cân bằng chuyển dịch về phía nào ?. - Khi giảm nhiệt độ cân bằng dịch chuyển về phía nào ? Cũng cố và khái quát hóa nguyên lý: - Giáo viên yêu cầu học sinh tổng hợp cả 3 quy luật đã nghiên cứu ở trên thành một nguyên lý tổng quát về sự chuyển dịch cân bằng hóa học (nguyên lý LơsatơLiê). 54 ĐỀ ĐÀI KIỂM TRA 1. Trình bày các yếu tố ảnh hƣởng đến sự chuyển dịch cân bằng hóa học. 2. Cân bằng của những phản ứng thuận nghịch sau đây: chuyển dịch về phía nào khi: a. Tăng nhiệt độ của bình phản ứng. b. Tăng áp suất chung. 3. Phát. biểu nguyên lí Lơsatliê khi cân bằng chịu tác động của: a. Sự thay đổi nồng độ các chất trong hệ phản ứng. b. Sự thay đổi áp suất chung. c. Sự thay đổi nhiệt độ. 4. Để tăng hiệu suất phản ứng nung vôi: CaCO3(rắn) CaO(rắn) + CO2(k) + Q Ngƣời ta phải thực hiện phản ứng ở: a. Nhiệt độ cao, áp suất thấp. b. Nhiệt độ thấp, áp suất cao. c. Nhiệt độ cao, áp suất cao. d. Nhiệt độ thấp, áp suất thấp. Hãy cho biết giải pháp nào là đúng. 5. Cho phản ứng thuận nghịch: A + 2B C Nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng là : [A]0 = 0,6mol; [B] = 1,2 mol/l và [C] = 2,16 mol/l. Tính hằng số cân bằng và nồng độ ban đầu của A và B. 55 Bài 9: Sản xuất axit H2SO4 Mục đích yêu cầu: 1. Kiến thức cơ bản: - Học sinh nắm đƣợc cơ sở khoa học và nguyên tắc của quá trình sản xuất H2SO4.Các điều kiện cụ thể của các giai đoạn sản xuất. 2. Về kỹ năng kỹ xảo: - Biết vận dụng kiến thức đã có về tốc độ phản ứng, cân bằng hóa học để giải thích những điều kiện cụ thể thực hiện trong phản ứng nhƣ nhiệt độ vừa phải, thích hợp, sử dụng áp suất cao và chất xúc tác ở giai đoạn 2, tận dụng nhiệt của phản ứng ... 3. Về phát triển tƣ duy: rèn luyện khả năng suy luận, so sánh, từ tƣ duy lý thuyết áp dụng cho điều kiện thực nghiệm. - Tạo khả năng điều khiển các quá trình hoá học cũng nhƣ trong tự nhiên theo hƣớng có lợi. Đồ dùng dạy học: hình vẽ lò thiêu quặng FeS2, tháp oxy hóa, tháp hấp thụ và sơ đồ sản xuất H2SO4, tháp lọc điện. Các bƣớc lên lớp: tiến hành bình thƣờng. Bài mới: Vào bài nhƣ ở lớp 9 các em đã biết axit sunfuric có rất nhiều ứng dụng trong các ngành kinh tế quốc dân. Nó là một trong những sản phẩm quan trọng nhất của công nghiệp hoá học. Vì vậy việc sản xuất axit sunfuric rất cần thiết. Nhƣng sản xuất nhƣ thế nào ? Quy trình sản xuất ra sao ? Đi từ những nguyên liệu gì? Làm thế nào để thực hiện đƣợc phƣơng châm "nhanh, nhiều, tốt, rẻ" trong quá trình sản xuất? Đó là nhiệm vụ của bài học hôm nay. Tìm hiểu về mô hình nhà máy : Em nào biết mô hình sản xuất của nhà máy nhƣ thế nào? 56 Các yêu cầu: rẻ, phổ biến phù hợp công nghệ các cơ sở khoa học nhanh có lợi, hiệu suất cao nhiều chất lƣợng tốt giá thành hạ Ta sẽ xét cụ thể trong nhà máy sản xuất H2SO4 . Để điều chế H2SO4 trong công nghiệp cần 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: điều chế SO2 Giai đoạn 2: oxy hoá SO2 → SO3. Giai đoạn 3: hấp thụ SO3 → H2SO4. Nội dung Giai đoạn 1: điều chế SO2 a/Nguyên liệu: Phƣơng pháp Đặt vấn đề chung: Trong công nghiệp ngƣời ta dùng nguyên liệu gì? Việc tạo ra SO2 từ nguyên liệu đó tiến hành nhƣ thế nào? Vấn đề 1: chọn nguyên liệu gì cho sản xuất H2SO4 trong công nghiệp? Bƣớc 1: (tạo tình huống có vấn (đề). Câu hỏi 1: Em biết những phản ứng nào có thể tạo ra SO2? Giáo viên ghi bảng (góp nháp) các phản ứng các em nêu ra: S + O2→ SQ2 (1) H2S + O2dƣ → SO2 + H2O (2) FeS + O2 → Fe2O3 + SO3(3) FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO3 (4) t 0 H2SO4đ + Cu → CuSO4 + SO2 + H2O (5) Nguyên liệu Quá trình công nghệ Sản phẩm 57 Nguyên liệu chọn là FeS2 vì nó là loại quặng phổ biến, hàm lƣợng S cao (53% S) phù hợp với điều kiện. b/Đốt FeS2: Phản ứng : 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + Q phản ứng dị thể, tỏa nhiệt. Quặng giàu Kích thƣớc : 0,6 - 0,8mm Không khí bơm ở P vừa phải Câu hỏi 2: trong chƣơng trình lớp 9 các em biết để sản xuất H2SO4 , SO2 đƣợc tạo ra bằng cách nào? (Học sinh trả lời: đốt FeS2). Bƣớc 2: (nêu vấn đề). Tại sao trong công nghiệp ngƣời ta tạo ra SO2 bằng cách đốt nguyên liệu FeS2 trong không khí chứ không phải nguyên liệu trong sản xuất ở quy mô công nghiệp nhƣ thế nào? Câu hỏi 1: yêu cầu của nguyên liệu trong sản xuất ở quy mô công nghiệp nhƣ thế nào? Câu hỏi 2: Trong số các phƣơng pháp tạo ra SO2 dẫn ra ở trên chất nào đáp ứng đƣợc yêu cầu của nguyên liệu? Vấn đề 2: đốt pyrit sắt nhƣ thế nào để có hiệu quả nhất. Bƣớc 1: Làm thế nào để đạt đƣợc yêu cầu đặt ra đối với phản ứng đốt FeS2: hiệu quả cao? tốc độ nhanh? chất lƣợng sản phẩm tốt? Bƣớc 2: nên vấn đề. Câu hỏi: cần phải áp dụng các điều kiện gì để tăng hiệu suất, tăng tốc độ phản ứng đốt FeS2 ? Bƣớc 3: giải quyết vấn đề. Câu hỏi 1: hãy viết phƣơng đốt cháy FeS2 bởi O2 nhận xét đặc điểm bản chất của phản ứng đó? Câu hỏi 2: để tăng tốc độ phản ứng cần áp dụng điều gì? Câu hỏi 3: nếu v quá cao dẫn đến nhiệt độ quá cao có hại gì? (thiết bị không bảo đảm). Câu hỏi 4: nếu [O2] bằng cách bơm không 58 tiến hành ở 9000C II. Giai đoạn 2: Oxy hóa SO2 thành SO3 2SO2 + O2 = 2SO3 + Q - phản ứng thuận nghịch, ion nhiệt. - các chất tham gia , tạo thành ở thể khí. - phản ứng giảm số mol khí. Tăng P của hỗn hợp t 0 vừa phải, dùng chất xúc tác. Cụ thể: P: 300 - 1000 at t 0 : 450 0 C. khí ở P cao thì có lợi gì? (FeS2 cháy hết), có hại gì? ([SO2] trong sản phẩm thấp). Kết luận: khẳng định các điều kiện chỉ ra. Giáo viên giới thiệu sơ bộ lò đốt quặng "tầng soi". Bƣớc 1: Vấn đề 3: Làm thế nào để tăng tốc độ và tăng hiệu suất phản ứng oxy hóa SO2 thành SO3? Bƣớc 2: Câu hỏi: các yếu tố nào (t0, P, nồng độ các chất xúc tác. ..) cần tác động để tăng tốc độ của phản ứng ? Bƣớc 3: hƣớng giải quyết vấn đề . Cho học sinh viết phƣơng trình phản ứng: Câu hỏi 1: hãy cho biết bản chất, đặc điểm của phản ứng? Câu hỏi 2: cần áp dụng điều kiện gì để tăng tốc độ phản ứng ? (Ghi lên bảng: - tăng nồng độ chất tham gia→ tăng P. - tăng nhiệt độ phản ứng) Câu hỏi 3: cần áp dụng điều kiện gì để cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận? (Giáo viên ghi lên bảng: tăng P hỗn hợp, giảm to) Câu hỏi 4: để đạt đƣợc cả hai yêu cầu: tốc độ nhanh, cân bằng chuyển qua chiều thuận, cần có những điều kiện chung gì? Câu hỏi 5: yếu tố nhiệt độ cần tăng hay giảm? Nên chọn nhiệt độ nào? Còn cách nào để thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp (hiệu suất cao) nhƣng tốc độ phản ứng vẫn 59 xúc tác: V2O5 Với xúc tác này, thực tế không cần dùng điều kiện áp suất cao. nhanh? Kết luận: thực tế trong công nghiệp ngƣời ta áp dụng các điều kiện vừa lựa chon cụ thể (ghi lên bảng) Giáo viên giới thiệu sơ đồ tháp tiếp xúc (đi nhanh) Với lƣu ý: tiêu chuẩn hỗn hợp khí trƣớc khi đi vào tháp tiếp xúc: dƣ O2, sạch bụi để tránh mất tác dụng của chất xúc tác. - khống chế nhiệt của phản ứng(nhƣ thế nào? sẽ chỉ ra ở phần sau khi giới thiệu sơ đồ hoàn chỉnh). III.Tạo ra H2SO4 từ SO3( hấp thụ SO2) SO3k + H2O = H2SO4 + Q - khác pha. - tỏa nhiệt. Thực tế: thay việc hấp thụ SO3 bằng nƣớc đƣợc thay bằng hấp thụ H2SO4 98% tạo ôleum. Giáo viên dùng phƣơng pháp đàm thoại. Phƣơng trình phản ứng? Hãy nêu đặc điểm của phản ứng? Hãy nhớ lại tính chất của H2SO4 đặc khi tan vào nƣớc? vấn đề này sinh khí hấp thụ SO3 bằng nƣớc: tạo sa mù H2SO4 làm quá trình hấp thụ SO3 khó khăn? Giải quyết nhƣ thế nào? Giới thiệu nhanh sơ đồ tháp hấp thụ. Dây chuyền sản xuất H2SO4 trong công nghiệp: Giáo viên giới thiệu sơ đồ dây chuyền sản xuất H2SO4 . Bƣớc 1: hƣớng các em chú ý đến các đặc điểm sau: - Sự liên tục trong dây chuyền? - Số tháp nhiều hơn so với 3 sơ đồ vừa giới thiệu? - Các đƣờng dẫn khí không đi thẳng mà đi "lòng vòng"? 60 Nguyên tắc tổ chức sản xuất: - ngƣợc dòng. - tận dụng nhiệt - chu trình kín. - Chiều chuyển động của chất khí chất lỏng Bƣớc 2: nêu vấn đề: Vấn đề 4: Câu hỏi 1: tại sao trong lò tầng sôi lại thổi không khí từ dƣới lên; tại sao trong quá trình hấp thụ SO3 cũng cho khí SO3 đi ngƣợc từ dƣới lên, còn chất lỏng (H2SO4) đi từ trên xuống? Câu hỏi 2: tại sao ơhari cho sản phẩm đốt cháy quặng FeS2 đi qua các tháp lọc và tháp khô? Câu hỏi 3: tại sao hỗn hợp khí SO2 + O2 phải đi lòng vòng quanh tháp tiếp xúc trƣớc khi đi vào tháp 7 Câu hỏi 4: việc sử dụng dây chuyền khép kín có lợi gì? Bƣớc 3: hƣớng giải quyết vấn đề: Giải quyết các vấn đề đặt ra ở bƣớc 2 làm cho các em thấy rõ nguyên tắc tổ chức sản xuất hóa học Giáo viên nên câu hỏi ở bƣớc 2 và cho các em trả lời, tự ghi kết luận: Câu hỏi 1: các phản ứng dị thể muốn tăng tốc độ cần chú ý vào yếu tố gì ngoài các yếu tố đã nêu? (S tiếp xúc) nhƣ vậy yếu tố "ngƣợc dòng" đáp ứng đƣợc yêu cầu gì? Câu hỏi 2: yêu cầu của hỗn hợp khí SO2 + O2 trƣớc khi đi vào giai đoạn 2. Câu hỏi 3: làm thế nào để giữ ổn định nhiệt của một phản ứng? (- tăng t0 của chất tham gia. - lấy bớt nhiệt đo phản ứng tỏa ra). Các ống dẫn khí đi "lòng vòng" để làm gì? Kết luận toàn bài: 61 ĐỀ BÀI KIỂM TRA (Bài sản xuất axit H2SO4) 1. Nguyên liệu phổ biến để sản xuất, H2SO4 là: a. Lƣu huỳnh. b. Quặng pirit, sắt. c. Hidro sunfua (H2S). d. Tất cả các loại quặng có lƣu huỳnh. Trƣờng hợp nào là đúng. 2. Nêu các điều kiện để: a. Tăng hiệu suất của quá trình thiêu quặng, b. Tăng tốc độ phản ứng oxi hóa SO2 → SO3. 3. Trong quá trình thiêu quặng có thể dùng nhiệt, độ cao và áp suất, không khí thật cao để phản ứng xẩy ra thật nhanh đƣợc không? Vì sao? 4. Hãy cho biết lí do tại sao các. biện pháp kĩ thuật cao Đƣợc dùng ở giai đoạn 2 là: P = 300 → 1000atm; t0 = 4500C; xúc tác: V2O5? 5. Trong quá trình sản xuất H2SO4, giai đoạn nào là quyết định nhất đến quá trình sản xuất? Vì sao? 6. Ngƣời ta dƣa 10 tấn quặng FeS2 chứa 20% tạp chất để sản xuất H2SO4. Tính lƣợng H2SO4 49% nếu: a. Hiệu suất, toàn bộ quá trình là 80%. b. Hiệu suất giai đoạn 1: 95%; giai đoạn 2: 85%; giai đoạn 3: 100%. 62 Bài 10: sản xuất gang A. Mục đích yêu cầu 1.Kiến thức kỹ năng - Nắm đƣợc nguyên tắc sản xuất gang và biết đƣợc các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang ở trong lò cao. - Biết những nguyên liệu chính trong quá trình sản xuất gang và vai trò của chúng trong quá trình sản xuất. - Biết vận dụng lỹ thuyết về phản ứng hóa học để thúc đẩy quá trình phản ứng. 2. Phát triển tƣ duy Rèn luyện khả năng phân tích tổng hợp và năng so sánh các điều kiện công nghệ để dẫn ra điều kiện tối ƣu nhất. B. Đồ dùng dạy học: Sơ đồ lò cao sản xuất gang C. Các bƣớc lên lớp: - Hỏi bài cũ - Nội dung bài mới: Nội dung Phƣơng pháp I. Sắt trong tự nhiên: Fe nguyên tố phổ biến có vai trò to lớn trong nền kinh tế. Tồn tại trong tự nhiên ở dạng hợp chấ Quặng sắt quan trọng: Hemalit - đỏ: Fe2O3 khan - nâu: Fe2O3 nH2O Manhetit: Fe3O4 (ít gặp) Xiderit chứa FeCO3 Pirit: FeS2 Diễn giảng : Giáo viên nêu nội dung kiến thức nhƣ sách giáo khoa 63 II.Sản xuất gang: 1 Nguyên tắc sản xuất gang a/ Cơ sở lý thuyết. Cơ sở: dùng chất khử cổng nghiệp CO để khử Fe2O3 ở t 0 cao. b. Nguyên tắc: Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe 2. Nguyên liệu. Fe2O3 chất oxy hoá. than cốc Tạo tình huống có vấn đề bằng đàm thoại ôn tập Bƣớc 1: Em hãy cho biết có thể điều chết sắng (gang) từ những phản ứng nào? Giáo viên ghi trả lời của học sinh vào góc nháp các phản ứng Bƣớc 2: (nêu vấn đề ) tình huống lựa chọn: Câu hỏi:Trong số các phản đã chỉ ra ở trên nên dùng phản ứng nào để sản xuất sắt (gang) trong công nghiệp? Bƣớc 3: hƣớng giải quyết vấn đề: Câu hỏi 1: sản xuất công nghiệp đòi hỏi nguyên liệu nhƣ thế nào? Câu hỏi 2: nhƣ vậy nên lựa chọn quặng sắt nào? chọn chất khử nào? làm thế nào để tạo ra sắt từ quặng đó ? Giáo viên đƣa ra sơ đồ phản ứng. Câu hỏi: trên cơ sở lý thuyết lựa chọn ở trên nên chọn nguyên liệu gì cho sản xuất gang? Tại sao lại chọn nó? - Yêu cầu quặng sắt? 64 chất khử không khí Chất cháy để loại tạp chất ở dạng xỉ là CaCO3 hoặc SiO2. 3. Những phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình sản xuất gang: a. Phản ứng tạo chất khử CO. C + O2 = CO2 + Q (1) Đƣa nhiệt độ lên cao để các phản ứng khử Fe2O3 xảy ra. CO đƣợc tạo ra ở t0 cao: C + CO2 == 2CO - Q (2) Để tăng v: C có kích thƣớc hợp lý, tăng nồng độ [O2] bằng P cao, khí có t 0 cao. b. Khử oxit sắt bằng CO Quặng phải nhiều, rẻ, hàm lƣợng sắt tƣơng đối cao. - Yêu cầu chất khử? Vai trò của than cốc? Chất khử rẻ, dễ điều chế. Có thể có: Fe2O3, than cốc nguyên chất không? Phải loại tạp chất nhƣ thế nào? Bƣớc 1: đặt vấn đề : Nhiệm vụ của chúng ta bây giờ là xem xét các quá trình hoá học xảy ra trong lò cao khí sản xuất gang. Với điều kiện thiết bị, với khối lƣợng nguyên liệu rất lớn và đặc biệt so với trong phòng thí nghiệm, làm thế nào để tăng tốc độ của các phản ứng cụ thể trong từng công đoạn của quá trình sản xuất gang? Bƣớc 2: hƣớng giải quyết vấn đề. Vấn đề nhỏ 1: Câu hỏi 1: viết phƣơng trình đốt cháy than trong O2 Phản ứng này có tác dụng gì? Câu hỏi 2: chất khử CO đƣợc tạo ra nhƣ thế nào? Câu hỏi 3: làm thế nào để tăng tốc độ phản ứng ứng (1) và (2)? Câu hỏi 4: qua đây hãy xác định vai trò của ? than cốc, của không khí. Vấn đề nhỏ 2: Bƣớc 1: hãy viết phƣơng trinh khử Fe2O3 bằng CO trong lò cao (học sinh sẽ viết phƣơng trình 65 Sơ dò phản ứng: Fe2 +3 O3 → Fe3 +8/3 O4 → Fe +2 O → Fe0 Các phản ứng khử Fe2O3 3 Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 (3) xảy ra ở khoảng 4000C. FeO3 + CO = 3FeO + CO2 (4) xây ra ở khoảng 500 - 6000C. FeO + CO = Fe+ CO2 (5) xảy ra ở khoảng 700 - 8000C. Kích thƣớc chất rắn hợp lý. Chất rắn đi từ trên xuống. Chất khí đi từ dƣới lên. 3. Sự tạo gang và tạo xi. phản ứng đã nêu ở trên Giáo viên thông báo cho học. sinh biết sự khử Fe2O3 lần lƣợt đến Fe3O4 rồi rồi đến FeO, cuối cùng mới đến Fe. Bƣớc 2: nêu vấn đề Tại sao không xảy ra phân ứng trực tiếp khử Fe2O3 đến Fe nhƣ phƣơng trình b? mà phải qua các bƣớc trung gian? Bƣớc 3: hƣớng giải quyết. Câu hỏi 1: khối lựợng chất tham gia và tạo thành trong phản ứng ở quy mô công nghiệp nhƣ thế nào? Câu hỏi 2: với quy mô lớn của sản xuất công nghiệp nhƣ vậy có thể ngay lập tức đƣa nhiệt độ của lò phản ứng lên cao đƣợc không? Với các khoảng nhiệt độ trong đó lò cao xảy ra phản ứng gì? Câu hỏi 3: làm thế nào để tăng tốc độ của các phản ứng này? Vấn đề nhỏ 3. Giáo viên giới thiệu kiến thức : Nêu vấn đề: Tại sao sản phẩm thu đƣợc là gang chứ không phải sắt nguyên chất? Chất chảy phản ứng với tạp chất nhƣ thế nào? 66 Sự tạo thành gang Fe rắn đi qua vũng có t0 cao nóng chảy hòa tan C và một số nguyên tắc khác tạo thành gang. Tạp chất tác dụng với chất chảy (tạo xỉ) tạo thành hợp chất có t0 nóng chảy thấp hơn, tỷ khơi nhỏ hơn gang, tách ra. Các nguyên tắc: - Tận dụng nhiệt. - Chu trình kín. - Ngƣợc dòng Giải quyết: ngoài Fe, trong lò phản ứng còn có thể có những nguyên tố nào? Giới thiệu sơ đồ lò cao: - giới thiệu các vòng nhiệt độ ở các phần của lò cao. - giới thiệu các phản ứng xảy ra ở các vùng. - cho học sinh xem xét toàn bộ lò cao. Câu hỏi: nguyên tắc công nghệ nào đƣợc áp dụng ở đây? 67 ĐỀ BÀI KIỂM TRA. (Bài sản xuất gang) 1. Cho biết một số quặng sắt trong tự nhiên? Thành phần của nó? 2. Nguyên liệu dùng để sản xuất gang bao gồm có: a. Quặng sắt, không khí. b. Quặng sắt, than cốc, chất, chảy, không khí. c. Quặng sắt, chất chảy, than đá. d. Quặng sắt, không khí, than đá. Hãy cho biết trƣờng hợp nào là đúng. 3. Nêu nguyên tắc sản xuất, gang. 4. Trình bày các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện gang. Tại sao các phản ứng xảy ra theo từng giai đoạn? 5. Để tăng hiệu suất của quá trình sản xuất gang cần dùng biện pháp kĩ thuật gì? 6. Khử a gam một oxit sắt, bằng CO ở nhiệt độ cao, ngƣời ta thu đƣợc 0,84 gam Fe và 0,88 gam CO2. Công thức oxit đó là: a. FeO. b. Fe2O3 c. Fe3O4 d. Không có công thức nào phù hợp cả (giả thiết bài toán sai). Trƣờng hợp nào là đúng. 68 BÀI 11: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 1. Kiến thức cơ bản. Hiểu và giải thích đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng hoá học theo quan điểm của thuyết va chạm hoạt động và năng lƣợng hoạt hoá. 2. Kỹ năng và kỹ xảo. - Quan sát thí nghiệm, xác định sự nhanh chậm của phản ứng hoá học. - Viết và cân bằng các phƣơng trình hóa học. - Giải các bài toán cụ thể và đơn giản về tốc độ phản ứng hoá học và các yếu tố ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng hoá học. 3. Phát triển tƣ duy. - So sánh phân biệt các dấu hiệu cụ thể của thí nghiệm. - Suy diễn: Từ hiện tƣợng suy ra bản chất. 4. Giáo dục tƣ tƣởng. - Quan điểm hƣớng nghiệp trong giảng dạy hoá học. - Nắm vững nội dung này để vận dụng vào việc điều khiển các quá trình sản suất hoá học. 69 . HỎI BÀI CŨ NÔI DUNG PHƢƠNG PHÁP 1. Thế nào là tốc độ phản ứng hoá học cách xác định tốc độ phản ứng ? cho ví dụ. 2. Năng lƣợng hoạt hoá là gì và có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến tốc độ phản ứng hoá học. Giáo viên gọi 2 học sinh lên bảng. Học sinh 1 câu 1: Trình bày bảng. Học sinh 1 câu 2: Trả lời tại chỗ. Giáo viên: Nhận xét - sửa chữa - cho điểm. Chuyển tiếp và nêu vấn đề cho bài mới: Ở bài trƣớc chúng ta đã biết rằng một phản ứng hoá học có thể diễn ra ở các mức độ nhanh, chạm khác nhau. Vấn đề đặt ra là: Những yếu tố nào đã ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng hoá học. Làm thế nào để điều khiển tốc độ hoá học diễn ra theo ý muốn con ngƣời, từ đó nâng cao hiệu quả của sản xuất hoá học. Bài học hôm nay chúng ta sẽ giải quyết những vấn đề đó. (Giải quyết vấn đề lớn đã nêu bằng trực quan thông qua việc giải quyết các vấn đề nhỏ) Vấn đề nhỏ 1: Vấn đề đầu tiên là chúng ta xem xét kích thƣớc các hạt chất rắn tham gia phản ứng có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đối với tốc độ phản ứng hóa học. 70 I. KÍCH THƢỚC HẠT. NỘI DUNG PHƢƠNG PHÁP 1. Thí nghiệm: 2. Kết luận: - Kích thƣớc hạt càng bé (bột Mg) tầng bề mặt tiếp xúc của lƣợng bọt đó với Axit càng lớn suy ra tốc độ phản ứng càng tăng. Giải quyết vấn đề nhỏ 1. Biểu diễn thí nghiệm theo hình thức 1 (Nghiên cứu) Giáo viên biểu diễn thí nghiệm (Băng Mg và Bột Mg tác dụng với HCl loãng cùng nồng độ). Hƣớng dẫn học sinh quan sát và nêu các câu hỏi. - Bọt khí ở cốc nào thoát ra nhiều hơn. - Tại sao tốc độ phản ứng lại phụ thuộc vào kích thƣớc hạt (Chất rắn). Sau khi học sinh trả lời, giáo viên kết luận và củng cố bằng các ví dụ trong thực tiễn: Nấu thức ăn, đun than bột và than cục... Vấn đề nhỏ 2: Sự ảnh hƣởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng nhƣ thế nào? II.NỒNG ĐỘ 1. Thí nghiệm: Giải quyết vấn đề nhỏ 2 Bằng phƣơng pháp BDTN theo hình thức: 1. Giáo viên biểu diễn thí nghiệm (băng Mg) tác dung với HClđặc và HClloãng 71 2. Kết luận: Khi độ tăng lên, số hạt chất phản ứng trong một đơn vị thể tích tăng lên. Do đó số va chạm giữa các hạt trong một đơn vị thời gian tăng lên. Suy ra tốc độ phản ứng tăng tỷ lệ thuận với nồng độ. hƣớng dẫn học sinh quan sát và nêu câu hỏi: - Tốc độ phản ứng ở cốc nào mạnh hơn. - Tại sao nồng độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng lên?. Để giải quyết vấn đề này giáo viên giới thiệu ngắn về thuyết va chạm hoạt động qua hình vẽ và sơ đồ: Số hạt = 2 Số hạt = 3 Số hạt = 3 số va chạm = 4 số v.chạm = 9 số v.chạm = 16 Nếu số hát = n ⇒ số va chạm = n2 Vấn đề nhỏ 3. Nhiệt độ có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến tốc độ phản ứng hoá học. III. NHIỆT ĐỘ l.Thí nghiệm: Na2SO3 + 2HCl= 2 NaCl +SO2 + S + H2O Giải quyết vấn đề bằng BDTN (hình thức 1 hoặc hình thức 2 vì phản ứng hoá học còn mới đối với học sinh). Giáo viên biểu diễn thí nghiệm: Na2SO3 + HCl để tạo kết tủa lƣu huỳnh. Cho học sinh tiếp thu trƣớc phƣơng trình phản ứng rồi biểu diễn thí nghiệm ở 2 72 Kết luận: Khi tăng nhiệt độ các hạt chất phản ứng chuyển động nhanh hơn nên va chạm nhiều hơn. Và do đó tốc độ phản ứng tăng lên. Nói chung cứ tăng nhiệt độ lên 100C thì tốc độ phản ứng tăng lên 2 - 3 lần đó là hệ số nhiệt độ của phản ứng hoá học. nhiệt độ khác nhau. hỗn hợp Na2S2O3 0,2M và HCl Giáo viên hƣớng dẫn học sinh quan sát sự kết tủa S hai cốc thí nghiệm rồi yêu cầu học sinh cho nhận xét. Giáo viên nêu câu hỏi: - Tốc độ phản ứng ở cốc nào mạnh hơn ? - Tại sao khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng cũng tăng lên ? Củng cố: Bằng các ví dụ trong đời sống và sản xuất. Vấn đề nhỏ 4 Chất xúc tác là gì. Và có tác dụng nhƣ thế nào đối với tốc độ phản ứng hoá học? IV. XÚC TÁC Chất xúc tác: Chất xúc tác là chất làm biến đổi tốc độ phản ứng nhƣng không bị tiêu hao trong phản ứng hoá học. - Thuyết trình thông báo + trực quan (nếu có thể). Cố thể giải thích tổng quát. Nếu không có xúc tác: A + B = AB rất chậm Có xúc tác là K: A + K = AK 73 Các chất xúc tác MnO2 và bọt Pt không bị mất đi trong quá hình phản ứng chúng là những chất xúc tác. 2. Giải thích: Chất xúc tác tạo cho phản ứng xảy ra theo một con đƣờng khác, đòi hỏi năng lƣợng hoạt hoá bé hơn do đó tốc độ phản ứng tăng lên. nhanh hơn Sau khi truyền thụ khái niệm chất xúc tác và cho ví dụ cụ thể. Giáo viên nêu câu hỏi: Nhƣ vậy chất xúc tác không bị mất đi trong quá trình phản ứng hoá học. Thế thì làm tăng tốc độ phản ứng hoá học bằng cách nào ? Giải quyết vấn đề bằng việc giải thích bằng sơ đồ năng lƣợng hoạt hoá: 3. Vai trò chất xúc tác (SGK). * Giải quyết xong vấn đề lớn của bài: Nhƣ vậy tốc độ phản ứng hoá học phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Muốn điều khiển phản ứng hóa học theo hƣớng có lợi cho mục đích sản xuất và đời sống, chúng ta có thể tác động một hay một số trong các yếu tố đã nêu: - Kích thƣớc hạt (Nhƣ nghiền quặng trƣớc khi cho vào lò phản ứng) - Nồng độ (làm giàu quặng bằng cách loại bỏ các tạp chất). - Nhiệt độ (thiết bị phản ứng không bị thất thoát nhiệt, cung cấp nhiên liệu có nhiệt độ cao). - Chất xúc tác hợp lý. 74 ĐỀ BÀI KIỂM TRA 1. Tốc độ phản ứng chịu ảnh hƣởng của yếu tố nào?. 2. Trong hai ống nghiệm chiếm một lƣợng nhƣ nhau của dung dịch CuSO4 cùng nồng độ). Bỏ vào ống nghiệm thứ nhất một lá Zn và ống nghiệm hai một lƣợng Zn bột. Dung dịch ở ống nghiệm nào mất màu nhanh hơn ? Vì sao? 3. Tốc độ phản ứng hoá học tăng lên bao nhiêu lần khi tăng nhiệt độ từ 300C →100 Hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng là 2. 4. Phản ứng cháy của bột S với O2 trong các điều kiện sau: a. Trong không khí. b Trong bình Oxy (V bằng nhau) 5. Để điều chế O2 trong KClO3, ngƣời ta đã tiến hành 3 thí nghiệm nhƣ sau: Dùng 3 ống nghiệm đựng KClO3 nhƣ nhau riêng ống nghiệm thứ 3 còn thêm một lƣợng MnO2 Dùng đèn cồn đun nóng ống nghiệm 2 và 3, còn ống nghiệm 1 để nhiệt độ thƣờng sau một thời gian thử O2 ở ba ống nghiệm bằng các que dóm cháy dở thì thấy: - Ở ống nghiệm 1 que đóm bình thƣờng. - Ống nghiệm 2 que đóm cháy sáng lên. - Ống nghiêm 3 que đóm cháy bùng hơn cả và phản ứng nhanh hơn. Sau khi thí nghiệm xong, kiểm tra thấy ở ống nghiệm thứ 3 lƣợng MnO2 vẫn nguyên vẹn. Hãy giải thích những yếu tố nào đã ảnh hƣởng (thúc đẩy) tốc độ phản ứng hoá học (nhiệt phân KClO3). MnO2 là chất gì có vai trò gì trong phản ứng trên. 75 Bài soạn 12. ĂN-MÒN KIM LOẠI VÀ CÁCH CHỐNG ĂN MÕN KIM LOẠI. I - Mục đích yêu cầu 1. Kiến thức cơ bản : - Nắm đƣợc khái niệm chung về ăn mòn kim loại và khái niệm riêng về ăn mòn hóa học, ăn mòn điện hóa. - Nắm đƣợc những điều kiện cơ chế, bản chất của ăn mòn kim loại và các kiểu ăn mòn nói riêng. - Nắm đƣợc một số cách chống ăn mòn kim loại. 2. Kỹ năng kỹ xảo. - Kỹ năng thao tác, quán sát và nhận xét thí nghiệm . 3. Phát triển tƣ duy: - Biết phân tích, tổng hợp, so sánh các hiện tƣợng hóa học - Biết khái quát hóa các vấn đề - Biết suy diễn với thực tế 4. Giáo dục tƣ tƣởng: 76 Nhận thức đƣợc tác hại nghiêm trọng của sự ăn mòn kim loại. từ đó có ý thức và hành động cụ thể để bảo vệ kim loại, tuyên truyền vận động mọi ngƣời cùng thực hiện nhiệm vụ này II- Đồ dùng dạy học Bộ dụng cụ thí nghiệm về ăn mòn điện hóa III- Hỏi bài cũ: Câu hỏi 1: Hãy so sánh tính chất hóa học của các cặp oxi hoá-khử sau: a. Fe 3+ /Fe 2+ và Cu 2+ /Cu. b. Zn 2+ /Zn và Fe 2+ /Fe. Viết PTPƢ cụ thể để minh họa . Câu hỏi 2: So sánh tính chất vật lý và tính chất cơ học của hợp kim với các đơn chất trong hỗn hợp ban đầu . Chuyển tiếp và nêu nhiệm vụ cho bài mới: Qua các bài trƣớc chúng ta đã biết kim loại với tính chất lý-hoá quý báu, có vai trò vô cùng quan trọng trong đòi sống, khoa học - kỹ thuật, nhƣng khi sử dụng theo thời gian, chúng bị hƣ hỏng phải thay thế gây thiệt hại cho nền kinh tế. Nguyên nhân phần lớn là do hiện tƣợng ăn mòn kim loại gây nên. Vậy thế nào là ăn mòn kim loại? Cách chống ăn mòn kim loại nhƣ thế nào? Đó là nội dung mà hôm nay chúng ta cần nghiên cứu. 77 IV- BÀI MỚI: NỘI DUNG A. Sự ăn mòn kim loại I. Khái niệm chung về ăn mòn kim loại. a. Ví dụ: - VD 1: Các đồ dùng bằng sắt bị rỉ - VD 2: Dây phơi bằng hai sợi nhôm và đồng nối với nhau, nhôm sẽ bị ăn mòn nhanh và đứt. Các hiện tƣợng trên là do ăn mòn kim loại. - Kim loại là những chất có tính khử mạnh. - Trong môi trƣờng sử dụng kim loại dễ bị oxi hóa. b. Bản chất: là quá trình oxi hóa - khử. Kim loại đóng vai trò PHƢƠNG PHÁP Hình thành vấn đề: GV yêu cầu HS nêu ví dụ về vật dụng bằng kim loại dùng lâu, để lâu thì bị hƣ hỏng GV hỏi: đó là hiện tƣợng gì? GV nêu vấn đề: Vậy ăn mòn kim loại là gì? Bản chất chung của quá trình này? Hướng giải quyết vấn đề (đàm thoại gợi mở). Câu hỏi 1: Tính chất hóa học đặc trƣng của kim loại là gì? Câu hỏi 2: Trong môi trƣờng sử dụng thƣờng có các chất oxi hóa nhƣ hơi nƣớc, các chất khí, axit... khi đó kim loại sẽ có xu hƣớng gì? Bản chất của quá trình đó? 78 là chất khử: M0 - ne = Mn+ Do đó kim loại sẽ mất đi tính chất quý báu của mình. c. Định nghĩa: Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hóa học của môi trƣờng. II. Các kiểu ăn mòn kim loại phổ biến. 1. Ăn mòn hóa học. a. Ví dụ: Thiết bị bằng gang, thép tiếp xúc với hơi nƣớc ở nhiệt độ cao. Kim loại Na, Al, Fe... tiếp xúc với các khí khô O2, Cl2... PTPƢ: Kết luận vấn đề (nêu lên định nghĩa). Từ những nhận xét rút ra ở trên GV yêu cầu HS kết luận vấn đề. GV sửa chữa và bổ sung. Chuyểp tiếp vấn đề: Qua các ví dụ ở trên thì ăn mòn kim loại xảy ra nhƣ thế nào? Tại sao ở VD 2 nhôm bị ăn mòn rất nhanh còn đồng không bị ăn mòn? Hay nói cách khác có mấy kiểu ăn mòn kim loại, cơ chế, bản chất của từng kiểu? Để hiểu vấn đề này chúng ta cùng nghiên cứu tiếp. GV nêu vấn đề : Nhƣ thế nào thì gọi là ăn mòn hóa học? Bản chất của ăn mòn hóa học là gì? Hướng giải quyết vấn đề (Diễn giảng + đàm thoại). GV nêu ví dụ về ăn mòn hóa học. Câu hỏi 1: Khi đó có hiện tƣợng (quá trình) gì xẩy ra? Viết ptpƣ. 79 b. Bản chất: là quá trình oxi hóa - khử. electron từ kim loại chuyển trực tiếp sang môi trƣờng tác dụng. c. Đặc điểm: - Nhiệt độ càng cao tốc độ càng lớn. - Không phát sinh dòng điện, chỉ là những phản ứng hóa học thuần túy. d. Định nghĩa: Ăn mòn kim loại theo kiểu ăn mòn hóa học là sự phá hủy làm loại do phản ứng hóa học của kim loại với chất khí hoặc hơi nƣớc ở nhiệt độ cao. 2. Ăn mòn điện hóa. a. Ví dụ: VD 2 ở phần I. b. Thí nghiệm về ăn mòn điện hóa. - Cho lá Zn vào dung dịch H2SO4 loãng. - Sau dó cho tiếp lá đồng vào và Câu hỏi 2: Bản chất chung của quá trình trên là gì? Câu hỏi 3: Đặc điểm chung về tốc độ và cơ chế của các phản ứng trên? Kết luận vấn dể (nêu lên định nghĩa). GV yêu cầu HS kết luận vấn đề. GV sửa chữa và bổ sung. GV nhắc lại ví dụ: GV dẫn dắt vấn đề: đó cũng là một kiểu ăn mòn kim loại nhƣng cơ chế, bản chất nhƣ thế nào? Có khác với kiểu ăn mòn hóa học và khác ra sao? Để hiểu rõ hơn chúng ta cùng quan sát thí nghiệm trong SGK. GV biểu diễn thí nghiệm về ăn mòn điện hóa trong SGK. 80 nối với lá kẽm bằng dây dẫn. Nhận xét: - Lúc đầu lá kẽm bị ăn mòn nhƣng chậm. Bọt khí thoát ra chậm dần. - Ở trƣờng hợp sau lá kẽm bị ăn mòn nhanh, bọt khí H2 thoát ra nhanh từ lá đồng. Phƣơng trình phản ứng : Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 Zn - 2e = Zn 2+ 2H+ + 2e = H2 (tại lá đồng) Electron do Zn sinh ra chuyển đến lá Cu qua dây dẫn, lá đồng âm điện hơn do đó H + trong dung dịch sẽ di chuyển đến lá Cu để nhận e - . Khi đó sẽ phát sinh ra dòng điện trên dây dẫn. c. Định nghĩa. Ăn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại do kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện. GV yêu cầu HS nhận xét từng trƣờng hợp GV đặt vấn đề: Tại sao ở trƣờng hợp sau lá kẽm bị ăn mòn nhanh hơn và H2 lại thoát ra từ lá đồng? Phải chăng đồng tham gia phản ứng với dung dịch H2SO4 loãng? Hƣớng giải quyết vấn đề: Câu hỏi 1: Phản ứng xảy ra? Các bán phản ứng của phƣơng trình oxi hóa - khử? Câu hỏi 2. H2↑ tại lá đồng. Vậy nhận electron bằng con đƣờng nào? Câu hỏi 3. Hiện tƣợng gì xẩy ra nếu có một dòng electron chuyển đổi từ lá kẽm sang lá đồng? Kết luận vấn đề: Từ những nhận xét trên GV yêu cầu HS kết • luận vấn đề (lƣu ý HS, ở đây môi trƣờng là dung dịch chất điện li), hệ thí nghiệm trên là hệ pin điện Zn(-) - Cu(+). 81 d. Điều kiện về ăn mòn điện hóa Nhận xét: ở các tình huống đó sẽ không phát sinh ra dòng điện hay không xảy ra hiện tƣợng ăn mòn điện hóa. Kết luận: Các điều kiện cần và đủ để xảy ra ăn mòn điện hóa là: - Các điện cực phải khác nhau, có thể là cặp: KL - KL, KL-PK(C), KL-Hợp Chất. - Các điện cực phải tiếp xúc với nhau (trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn). - Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch điện li. Thiếu một trong ba điều kiện ăn mòn điện hóa không xảy ra. e. Cơ chế của ăn mòn điện hóa trong tự nhiên, và trong kĩ thuật GV nêu vấn đề tiếp: Vậy khi nào xảy ra hiện tƣợng ăn mòn điện hóa? Ăn mòn điện hóa phụ thuộc vào những yếu tố gì? Hƣớng giải quyết (đàm thoại). GV hỏi: Từ hệ thống thí nghiệm vừa rồi em hãy dự đoán hiện tƣợng gì xảy ra nếu: - Ngắt dây dẫn? - Thay lá Cu bằng lá Zn nguyên chất? - Thay dung dịch H2SO4 bằng dung dịch không điện li nhƣ nƣớc, dầu hỏa...? GV làm thí nghiệm thay đổi các tình huống trên. HS quan sát và nhận xét. Kết luận vấn đề: GV yêu cầu HS kết luận vấn đề. GV sửa chữa và bổ sung. GV nêu vấn đề: cơ chế của ăn mòn điện hóa xảy ra trong tự nhiên và kỹ thuật, xảy ra nhƣ thế nào? Dựa vào thí nghiệm vừa 82 Ví dụ: vật bằng gang bị ăn mòn trong không khí ẩm. Đây là kiểu ăn mòn điện hóa vì đủ ba điều kiện xét ở trên: - Điện cực khác nhau: Fe(-) - C(+). - Tiếp xúc trực tiếp với nhau với nhau. - Cùng tiếp xúc với các dung dịch điện li phủ ngoài (hơi nƣớc trong không khí có hoà tan một số oxit axit nhƣ SO2, CO2... hoặc khí H2S. * Ở cực âm (tinh thể Fe): - Xảy ra quá trình: Fe - 2e = Fe 2+ - Fe 2+ hòa tan vào dung dịch điện li có oxi không khí. Do đó: Fe 2+ - 1e = Fe 3+ electron sinh ra chuyển đến cực dƣơng. * Ở cực dƣơng (tinh thể C): - Cực dƣơng dƣ electron nên âm điện hơn. Do đó: 2H + + 2e = H2 quan sát và điều kiện về ăn mòn điện hóa em hãy giải thích một số hiện tƣợng ăn mòn thƣờng gặp trong tự nhiên? GV nêu ví dụ và đàm thoại: Đây là kiểu ăn mòn gì? Hóa học hay điện hóa? Hãy giải thích? Câu hỏi gợi mở: Câu hỏi 1. Quá trình xảy ra ở cực âm nhƣ thế nào? Câu hỏi 2: Quá trình xảy ra ở cực dƣơng nhƣ thế nào? GV lƣu ý HS hai trƣờng hợp của môi trƣờng: Dung dịch axit 83 (nếu là dung dịch axit) 2H2O + O2 + 4e = 4OH - (nếu là dung dịch trung tính hoặc bazơ) g. Bản chất của ăn mòn điện hóa. Là quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặt các điện cực. B. Cách chống ăn mòn kim loại. 1. Cách li với môi trƣờng. 2. Dùng hợp kim chống gỉ. 3. Dùng chất chống ăn mòn. 4. Dùng phƣơng pháp điện hóa. hoặc trung tính và bazơ. Câu hỏi 3. Bản chất chung của các quá trình trên là gì? Chuyển tiếp và nêu vấn đề: Nhƣ vậy ăn mòn kim loại xảy ra và gây tổn thất lớn về nhiều mặt. Làm thế nào để hạn chế và chống lại sự ăn mòn kim loại xảy ra. Hƣớng giải quyết (đàm thoại). Câu hỏi: từ bản chất, cơ chế, điều kiện của ăn mòn kim loại nói chung, ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa nói riêng em hãy nêu lên một số giả thuyết để chống ăn mòn kim loại? HS nêu lên giả thuyết. GV sửa chữa bổ sung và kết luận. Củng cố: Sau khi giải quyết xong hai vấn đề lớn đặt ra của bài, GV củng cố bài học bằng hệ thống câu hỏi sau: - Em hãy cho biết trong điều kiện nào thì xảy ra ăn mòn hóa học, ăn mòn điện hóa? Lấy ví dụ trong thực tế để chứng minh. - So sánh bản chất của ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa? Lấy ví dụ minh họa? - Hãy nêu một số biện pháp chống ăn mòn kim loại? 84 Câu hỏi kiểm tra 1. Định nghĩa ăn mòn kim loại, ăn mòn hóa học, ăn mòn điện hóa. Nêu lên bản chất của từng kiểu ăn mòn. 2. Điều kiện cần và đủ để xảy ra ăn mòn điện hóa. 3. Vì sao ngƣời ta lại dùng kẽm, thiếc, bạc để bảo vệ đồ vật bằng kim loại? Nếu lớp bảo vệ bị xây xát thì hiện - tƣợng gì sẽ xảy ra? Giải thích . 4. Thả một lá Zn nguyên chất vào dung dịch HCl thì hiện tƣợng gì xảy ra? Nếu nhỏ vài giọt dung dịch CuSO4 thì có thay đổi gì so với ban đầu. Đó là kiểu ăn mòn gì ? Giải tích cơ chế của quá trình. 5. Hiện tƣợng gì xảy ra nếu một ốc vít bằng sắt vặn vào một vật dụng bằng đồng để ngoài trời. Trình bày cơ chế của sự ăn mòn. 85 Phụ lục 1. Phiếu điều tra tình hình sử dụng phƣơng pháp dạy học hóa học của giáo viên phổ thông. ĐỀ NGHỊ THẦY GIÁO, CÔ GIÁO CHO BIẾT CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢNG DẠY ĐÃ ĐƢỢC SỬ DỤNG ĐỐI VỚI CÁC LOẠI KIẾN THỨC TƢƠNG ỨNG NÊU DƢỚI ĐÂY. Kiến thức Phƣơng pháp đã dùng Lý do Diễn giảng Đàm thoại Nêu vấn đề Dùng sách Biểu diễnTN Sơ đồ Nghiên cứu Minh họa Thực hành Sở thích Phù hợp KT Lý do khác Điều chế oxy Tính tan của HCl Điều chế HCl Tính oxy hóa của H2SO4 Na + ddH2SO4 Sự thủy phân của muối Tính hƣớng tính của nhôm Hiệu ứng nhiệt của PƢHH Cân bằng hóa học Sản xuất H2SO4 , NH3 Cấu tạo phân tử CH4, C2H4 Xin đánh dấu + vào phƣơng pháp đã dùng. 86 XIN THẦY, CÔ GIÁO CHO BIẾT Ý KIẾN CỦA MÌNH VỀ CÁC VẤN ĐỀ SAU : * Các bài dạy về sản xuất hóa học gồm : Sản xuất H2SO4 , sản xuất NH3, Sản xuất gang 1 - Thuộc loại bài : A- Dễ dạy, B- Bình thƣờng, C- Khó dạy 2- Sở thích của đồng chí với các bài dạy trên : A- Thích, B- Thƣờng, C- Không thích 3- Các phƣơng pháp đã dùng khi dạy các bài trên A- Diễn giảng, B- Đàm thoại , C- Nêu vấn đề, D- Sơ đồ, E-Tổng hợp, G- Phƣơng pháp khác Xin khoanh tròn vào mục định trả lời 87 88 89 SƠ - ĐỒ CẤU TRÚC LOGIC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN SỬ DỤNG DẠY HỌC NÊU VẤN ĐỀ - ƠRIXTIC ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỌC CHƢƠNG TRÌNH HÓA ĐẠI CƢƠNG VÀ HÓA VÔ CƠ Ở TRƢỜNG