Xây dựng nội dung và một số biện pháp nhằm tăng cường năng lực nhận thức cho sinh viên trong dạy học hóa học đại cương trường cao đẳng kĩ thuật công nghiệp tỉnh Bắc Giang

hơi 1 mol nước lỏng bằng 40587,80J và biến thiên entropi của sự chuyển trạng thái này bằng 108,68 J/K. Bài giải Tiêu chuẩn để đánh giá chiều hướng tự diễn biến cua các quá trình xảy ra ở điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp là năng lượng tự do G. G = H+ TS ∆G = ∆H - T∆S đối với quá trình đăng nhiệt. Khi bay hơi của nước ở P = 1 atm: H2O(l) = H2O(h) Ta có:; 40587,80 – T.108,68 Tìm nhiệt độ mà tại đó có cân bằng lỏng - hơi của nước. Muốn vậy 0 => T = 373,460K đây là nhiệt độ sôi của nước. Điều này sẽ được thỏa mãn nếu T > 373,46 VIII.8. Đối với phản ứng Cho biết những giá trị của biến thiên entanpi và biến thiên entropi chuẩn ở 300K và 1200K như sau: Hỏi phản ứng tự diễn biến sẽ theo chiều nào ở 300K và 1200K? Bài giải Tính ∆G0 ở 2 nhiệt độ đó dựa vào hệ thức ∆G = ∆H - T∆S Ở 300K Ở 1200K Kết luận < 0 vậy phản ứng đã cho tự xảy ra ở 300K theo chiều từ trái sang phải, song ở 1200K phản ứng tự diễn biến theo chiều ngược lại. IX.9. Tính của phản ứng: Biết = 191,489 J/K.mol 130,586 J/Kmol 192,505 J/Kmol Bài giải: Ta có: = 192,55 – .191,489 - .130,586 = - 99,0735 J/K.mol X.10. Tính đối với nước lỏng chậm đông ở -50C. Biết 21,3 J/Kmol và tại nhiệt độ -50C. Từ kết quả tìm được cho biết có tồn tại trạng thái cân bằng giữa nước lỏng và nước đá ở -50C hay không. Bài giải Áp dụng: -5800 – 268.21,3 = -11508,4J/mol CHƯƠNG II ĐỘNG HOÁ HỌC Động hoá học nghiên cứu tốc độ của các phản ứng hoá học và các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ như: nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác … Từ đó cho phép tìm hiểu về cơ chế của các phản ứng hoá học. I. Một số khái niệm 1. Tốc độ phản ứng Để biểu thị mức độ nhanh hay chậm của một phản ứng người ta dùng khái niệm tốc độ phản ứng. Tốc độ của một phản ứng hoá học được biểu thị bằng biến thiên nồng độ của chất tham gia phản ứng hay sản phẩm của phản ứng trong một đơn vị thời gian. Ví dụ: Xét phản ứng A + B → C + D Nếu phản ứng thực hiện ở nhiệt độ và thể tích không đổi, tại các điểm t1 và t2, ta lấy nồng độ chất A tương ứng là C1 và C2 thì tốc độ trung bình của các phản ứng trên trong khoảng thời gian (t2 –t1) là: = Vì nồng độ của các chất biến đổi liên tục, nên để chính xác hơn người ta sử dụng tốc độ tức thời của phản ứng (nghĩa là tốc độ tại thời điểm t xác định). Lúc đó tốc độ tức thời của phản ứng được tính bằng đạo hàm bậc nhất của nồng độ theo thời gian. Ở đây nếu C là nồng độ chất tham gia phản ứng ta phải đặt thêm dấu trừ, nếu C là nồng độ sản phẩm thì lấy dấu (+) để đảm bảo tốc độ phản ứng là một đại lượng luôn luôn dương. 2. Phản ứng đơn giản và phản ứng phức tạp - Phản ứng đơn giản: là phản ứng chỉ diễn ra qua một giai đoạn. Ví dụ: H2 + I2 → 2HI NO + O3 → NO2 + O2 - Phản ứng phức tạp: là phản ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn Ví dụ: 2N2O5 → 4NO2 + O2 là phản ứng phức tạp vì gồm 2 giai đoạn nối tiếp nhau: N2O5 → N2O3 + O2 (giai đoạn 1) N2O3 + N2O5 → 4NO2 (giai đoạn 2) 3. Phân tử số và bậc phản ứng Để tìm ra các qui luật chung về tốc độ phản ứng, người ta phân loại phản ứng dựa theo bậc và phân tử số. * Phân tử số: Là số tiểu phân (phân tử, nguyên tử hay ion) đồng thời tương tác với nhau trong một giai đoạn của phản ứng. Vì vậy phân tử số là một số nguyên. Ví dụ: CH3 - N = N – CH3 → CH3 – CH3 + N2 tham gia vào tương tác chỉ có một phân tử. Vì vậy phân tử số là một và được gọi là phản ứng đơn phân tử. Nếu sự tương tác xảy ra khi có sự tham gia của 2,3 phân tử thì được gọi là phản ứng lưỡng phân tử, tam phân tử. Ví dụ: H2 + I2 = 2HI (phản ứng lưỡng phân tử) 2NO + H2 = N2O + H2O (phản ứng tam phân tử) Phản ứng 4 phân tử trở lên thường không gặp trong thực tế vì muốn có xác phản ứng các phân tử phải va chạm nhau và xác suất va chạm của 4 phân tử trở lên thường rất hiếm nên đại đa số phản ứng hoá học là đơn hoặc lưỡng phân tử. * Bậc phản ứng Bậc phản ứng là tổng các số mũ của nồng độ viết trong biểu thức của định luật tác dụng khối lượng của một phương trình động học thực nghiệm (yếu tố nồng độ thực sự quyết định tốc độ của một phản ứng). Ví dụ: O2 + 2H2 ⇒ 2H2O là phản ứng bậc 3 như vậy bậc phản ứng có thể là số nguyên nhưng cũng có thể là phân số. * Chú ý: Đối với phản ứng đơn giản, bậc phản ứng trùng với phân tử số, đối với phản ứng phức tạp bậc phản ứng được xác định dựa trên giai đoạn nào xảy ra chậm nhất, lúc đó có thể bậc phản ứng không trùng với phân tử số của phản ứng. Ví dụ: 2N2O5 → 4NO2 + O2 là phản ứng bậc 1 mặc dù có phân tử số là 2 vì bậc phản ứng này được xác định đưa vào giai đoạn 1 là giai đoạn xảy ra chậm hơn. N2O5 → N2O3 + O2 Ngoài ra khi nồng độ của các chất rất khác nhau thì bậc của chúng cũng không trùng với hệ số tỷ lượng của các chất phản ứng. Ví dụ: phản ứng thuỷ phân đường saccoza C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 (glucô) (Fructo) là phản ứng bậc 1 vì lượng nước thuỷ phân rất lớn, nên ảnh hưởng của nước đến quá trình hầu như không đổi nên không cần chú ý đến. 4. Phản ứng đồng thể và phản ứng dị thể * Phản ứng đồng thể: là phản ứng xảy ra trong hệ đồng thể. Ví dụ: N2 (k) + 3H2 (k) → 2NH3 (k) * Phản ứng dị thể: là phản ứng xảy ra trong hệ dị thể. C (r) + H2O (h) → CO (k) + H2 (k) Phản ứng dị thể xảy ra phức tạp luôn phản ứng đồng thể vì ngoài quá trình chuyển hoá học còn phải tính đến quá trình chuyển vật thể đến biên giới tiếp xúc giữa hai pha và ngược lại. II. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 1. Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng 1.1. Định luật tác dụng khối lượng Một phản ứng hoá học muốn xảy ra, các chất tham gia phản ứng va chạm nhau, những va chạm dẫn đến xảy ra phản ứng gọi là các va chạm có hiệu quả. Khi nồng độ các chất tăng, số va chạm có hiệu quả cũng tăng dần nên phản ứng xảy ra nhanh hơn.1867 Gulberg và Waager đã đưa định luật tác dụng khối lượng nên ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ của phản ứng có nội dung sau: "Ở nhiệt độ xác định, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng độ của các chất tham gia phản ứng, mỗi nồng độ có số mũ là hệ số tỷ lượng của các chất đó trong phương trình phản ứng". Ví dụ: Với phản ứng tổng quát: aA + bB → cC + dD Theo định luật này ta có: hay (Biểu thức này là phương trình động học của phản ứng trên). Trong đó: - k: hằng số tốc độ, nó phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng và nhiệt độ. - CA, CB: nồng độ của các chất tham gia phản ứng tính theo đơn vị mol/l - Nếu CA = CB = 1 thì lúc đó v = k lúc này k được gọi là vận tốc riêng của phản ứng. * Chú ý: - Đối với phản ứng phức tạp, bậc của phản ứng được xác định dựa vào giai đoạn nào xảy ra chậm nhất do đó v của phản ứng sẽ được xác định bằng v của giai đoạn chậm nhất. Nghĩa là: Các luỹ thừa m, n sẽ được xác định bằng con đường thực nghiệm cho giai đoạn chậm nhất, còn trong trường hợp phản ứng đơn giản thì nó trùng với hệ số và b của [A] và [B] trong phương trình phản ứng. Đối với phản ứng thuận nghịch: aA + bB cC + dD Tốc độ phản ứng tại 1 thời điểm nhất định bằng hiệu số các tốc độ của phản ứng thuận nghịch. Tại thời điểm cân bằng thì vt = vn → vpư = 0 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng Nói chung tốc độ của các phản ứng hoá học thường tăng lên khi nhiệt độ tăng. 2.1. Qui tắc Van't Hoff "Khi nhiệt độ của phản ứng tăng lên 100 thì hằng số tốc độ của phản ứng (hay là tốc độ phản ứng) tăng lên từ 2 đến 4 lần. với kt = 10: hằng số tốc độ ở nhiệt độ t + 100 kt : hằng số tốc độ ở nhiệt độ t γ : hệ số nhiệt độ của phản ứng Trong trường hợp tổng quát, biểu thức của định luật Van't Hoff có dạng Ví dụ: một phản ứng có hệ số nhiệt độ là ν = 3. Hỏi khi tăng nhiệt độ lên 400 thì tốc độ của phản ứng tăng lên bao nhiêu lần? Giải: Theo qui tắc Van't Hoff ta có: Vậy vpư tăng lên 81 lần 2.2. Biểu thức Arrhénius Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng được biểu thị chính xác hơn và áp dụng được trong một khoảng nhiệt độ rộng hơn qua biểu thức Arrhénius: k = A.e- E*/RT Biểu thức Arrhénius được viết dưới 2 dạng nhiệt độ T1, T2 với 2 hằng số tốc độ như sau: R: hằng số khí lí tưởng (R = 1,98 cal/mol.k) A: hằng số E*: hằng số đối với một phản ứng xác định còn được gọi là năng lượng hoạt hoá của phản ứng, nó phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng. e: cơ số logarit tự nhiên (e = 2,71) Từ biểu thức này ta thấy khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng và phản ứng có năng lượng hoạt hoá càng bé thì phản ứng càng dễ dàng xảy ra. 2.3. Thuyết hoạt hoá (thuyết va chạm hoạt động) và năng lượng hoạt hoá Theo thuyết này thì không phải tất cả mọi va chạm đều xảy ra phản ứng mà chỉ có những va chạm của các nguyên tử hay phân tử hoạt động mới dẫn đến phản ứng. Các nguyên tử hay phân tử hoạt động là các nguyên tử hay phân tử có một năng lượng dư đủ lớn so với năng lượng trung bình của chúng. Vậy "năng lượng hoạt hoá của một phản ứng là năng lượng tối thiểu mà một mol chất phản ứng phải có để chuyển phân tử của chúng từ trạng thái bình thường sang trạng thái hoạt động". Như vậy, để có thể phản ứng được với nhau, phân tử các chất phản ứng phải vượt qua một hàng rào năng lượng ,đó chính là năng lượng hoạt hoá của phản ứng. Nếu năng lượng hoạt hoá càng nhỏ thì tốc độ phản ứng sẽ càng lớn. Vì vậy khi xét khả năng phản ứng người ta thường dùng đại lượng này để so sánh. Đơn vị năng lượng hoạt hoá là kcal/mol hoặc kJ/mol. 3. Ảnh hưởng của các chất xúc tác đến tốc độ phản ứng 3.1. Một số khái niệm về xúc tác 3.1.1. Khái niệm: Xúc tác là hiện tượng làm thay đổi tốc độ của các phản ứng hoá học được thực hiện bởi một số chất đặc biệt gọi là chất xúc tác, các chất này sau khi phản ứng xảy ra nó được hoàn trở lại về lượng và chất. Thông thường "chất xúc tác" được dùng để chỉ các chất làm tăng tốc độ phản ứng (gọi là chất xúc tác dương). Ví dụ: H2 + 1/2O2 H2O 2KClO3 2KCl + 3O2 Chất xúc tác làm giảm tốc độ phản ứng gọi là chất xúc tác âm (hay chất ức chế). Ví dụ: Na2SO3 để lâu trong không khí dễ bị ôxi hoá theo phản ứng. 2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 Nhưng nếu cho đường hoặc SnCl4 thì sẽ làm giảm vận tốc của phản ứng này rất nhiều.Tuy nhiên khi nói đến sự xúc tác, chủ yếu người ta vẫn quan tâm đến các chất xúc tác dương. 3.1.2. Xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể * Xúc tác đồng thể: Chất xúc tác và chất phản ứng ở cùng một pha (lỏng hoặc khí) phản ứng xảy ra trong toàn bộ thể tích của hệ phản ứng nghĩa là trong không gian ba chiều. Ví dụ: SO2 + O2 SO3 (đồng pha khí) * Xúc tác dị thể: Chất xúc tác và chất phản ứng ở các pha khác nhau. Thường thì chất xúc tác ở pha rắn còn các chất phản ứng ở pha lỏng hoặc khí. Phản ứng chỉ xảy ra trong không gian hai chiều, trên bề mặt của chất xúc tác. Tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với bề mặt chất xúc tác. Ví dụ: 2H2O2 (l) 2H2O(l) + O2 (k) (dị thể lỏng - rắn) 3.2. Đặc điểm của chất xúc tác - Lượng chất xúc tác sử dụng rất bé so với lượng chất phản ứng. - Chất xúc tác không gây ra được phản ứng hoá học - Nghĩa là đối với những phản ứng không có khả năng xảy ra về mặt nhiệt động học thì không thể dùng chất xúc tác nào để làm cho phản ứng xảy ra được. - Trong phản ứng thuận nghịch, chất xúc tác làm biến đổi tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch một số lần như nhau nên nó chỉ làm cho quá trình mau đạt đến trạng thái cân bằng. - Chất xúc tác có tính chọn lọc. một chất xúc tác thường chỉ có thể xúc tác cho một phản ứng hoặc một loại phản ứng nhất định. . Ví dụ: Từ C2H5-OH có thể điều chế C2H4 hoặc CH3CHO tuỳ theo chất xúc tác đem sử dụng. C2H4 + H2O C2H5OH CH3CHO + H2 C2H5OH * Chú ý: Khi sử dụng chất xúc tác ta còn gặp các chất sau: - Chất tăng hoạt: chất làm tăng hoạt tính của xúc tác. Ví dụ: Khi thêm một ít Na2SO4 vào V2O5 thì hoạt tính xúc tác của V2O5 tăng mạnh. - Chất độc xúc tác: là chất mà khi trộn nó vào chất xúc tác thì hoạt tính của chất xúc tác mất đi. Ví dụ: HCN là chất độc của xúc tác As2S5. 3.3. Cơ chế xúc tác 3.3.1. Cơ chế xúc tác đồng thể Vai trò của chất xúc tác là làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng hoá học, khi các phản ứng xúc tác xảy ra, các chất xúc tác tham gia tạo các hợp chất trung gian với các chất phản ứng, sau đó các hợp chất trung gian sẽ phản ứng tiếp với các chất còn lại hoặc tự phân huỷ để tạo nên sản phẩm. Mặc dù phản ứng có xúc tác đồng thể xảy ra theo nhiều giai đoạn hơn, nhưng mỗi giai đoạn lại có năng lượng hoạt hoá bé nên vận tốc chung của phản ứng tăng. Ví dụ: Xét phản ứng A + B → AB * Khi chưa có xúc tác A + B → [A … B] → AB ; E1* (đường 1) * Khi có mặt xúc tác K, quá trình xảy ra qua nhiều giai đoạn A + K → [A ... K] → AK E2* AK + B → [AK ... B] → AB + K ,E3* (đường 2) Các đại lượng E2*, E3* đều rất nhỏ so với E1* nên các phản ứng này xảy ra nhanh hơn do đó tốc độ phản ứng tăng (sản phẩm cuối cùng vẫn là AB, còn chất xúc tác K được khôi phục như cũ). E E*1 ---------------------------- E*2 ------------------------------- E*3 ------------------- A+B A+B +K AB AB +K Đường phản ứng Điều này được mô tả qua giản đồ năng lượng như trên 3.3.2. Cơ chế xúc tác dị thể Cơ chế xúc tác dị thể phức tạp hơn và có nhiều thuyết để giải thích, trong đó thuyết hấp phụ là dễ dàng nhận hơn cả. Ta biết bề mặt chất xúc tác có khả năng hấp phụ các chất phản ứng, làm cho các chất phản ứng tiến lại gần nhau và dưới trường lực các tiểu phân ở bề mặt xúc tác, hoạt tính hoá học của các phân tử tăng lên, làm cho năng lượng hoạt hoá của phản ứng giảm xuống. Kết quả là phản ứng xảy ra trên bề mặt chất xúc tác với vận tốc lớn hơn rất nhiều so với khi không có xúc tác. Không phải tất cả các phần trên bề mặt chất xúc tác đều có khả năng làm cho các phân tử chất phản ứng trở nên hoạt động mà chỉ có một số trung tâm hoạt động ở bề mặt xúc tác tạo được hợp chất trung gian hoạt động giữa chất xúc tác và chất phản ứng, các hợp chất này sẽ phản ứng với các chất còn lại để tạo nên sản phẩm. Để tăng thêm số trung tâm hoạt động, người ta tăng diện tích bề mặt của chất xúc tác bằng cách nghiền nhỏ xúc tác, hoặc cho xúc tác ở dạng xốp hoặc kéo sợi rất mảnh. Cơ chế xúc tác dị thể gồm các giai đoạn sau: - Các chất phản ứng khuyếch tán đến bề mặt chất xúc tác sẽ hấp phụ một trong các chất phản ứng để tăng hoạt tính của chất phản ứng. - Các sản phẩm phản ứng tạo thành và tách khỏi bề mặt chất xúc tác và đi vào trong hệ. 3.4. Xúc tác enzim (xúc tác men) Các phản ứng hoá học xảy ra trong cơ thể sống thường có sự tham gia của các chất xúc tác, đó là các men hay enzim gọi là xúc tác men. Enzim là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein. Trong xúc tác enzim các chất phản ứng được gọi là cơ chất. Phản ứng giữa enzim và cơ chất được thực hiện ở các trung tâm hoạt động của chất xúc tác. Xúc tác enzim có một số đặc điểm sau: - Khả năng xúc tác của enzim không xảy ra trên toàn bộ phân tử mà xảy ra ở các trung tâm hoạt động đặc biệt. Những trung tâm có tính xúc tác thường chứa các hoạt động như: -SH, -OH, -NH2, -NH- ... hoặc các nguyên tố chuyển tiếp như Co, Mn, Mo, Fe ... số trung tâm hoạt động càng tăng thì khả năng xúc tác của enzim càng lớn. - Sự tồn tại và khả năng hoạt động của men phụ thuộc vào nhiệt độ, độ pH của môi trường, sự có mặt của các chất xạ ... ở 1000C hầu hết các men đều bị phân huỷ. - Một phản ứng xảy ra trong sinh học thường có một xúc tác men riêng nên việc tìm ra các enzim đặc hiệu thúc đẩy các quá trình sinh học theo hướng có lợi là một trong những mục tiêu của công nghệ sinh học vì vậy xúc tác men có tính chọn lọc cao. Ví dụ: Men ureaza xúc tác cho phản ứng thuỷ phân ure CO(NH2)2 + H2O → CO2 + 2NH3 - Xúc tác enzim xảy ra ở nhiệt độ và áp suất bình thường với hiệu suất phản ứng rất cao. Nếu sử dụng chúng trong sản xuất thì hiệu quả kinh tế sẽ rất lớn. III. Phương trình động học của phản ứng Phương trình động học mô tả quan hệ định lượng giữa nồng độ của các chất phản ứng và thời gian - Dựa vào phương trình này ta có thể xác định được một số thông số quan trọng của phản ứng như hằng số tốc độ, bậc phản ứng, chu kỳ bán huỷ của phản ứng … ln 1. Phản ứng bậc 1 ln PT tổng quát của phản ứng bậc 1 A-> sản phẩm Theo định luật tác dụng khối lượng tg= Ta có: Giải phương trình vi phân này ta được Hay có thể viết dưới dạng kt = (III.1) là nồng độ chất A tại thời điểm t là nồng độ chất A tại thời điểm t =0 Đồ thị ln[A] = f(t) là một đường thẳng mà hệ số góc sẽ cho biết giá trị của hằng số tốc độ k của phản ứng. Hằng số tốc độ của phản ứng tốc độ có thứ nguyên là 1/t. Phản ứng bậc 1 thường là phản ứng phân huỷ các chất. Ví dụ: C2H6 → C2H4 + H2 Khi nghiên cứu các phản ứng bậc 1 người ta thường chú ý đến đại lượng chu kỳ bán hủy của phản ứng là thời gian mà một nửa lượng ban đầu của chất phản ứng đã bị tiêu thụ. Gọi t1/2 là thời gian để nồng độ ban đầu còn lại một nửa. [A] = 1/2[Ao] thay vào phương trình (III.1) hay Nghĩa là thời gian bán huỷ của phản ứng bậc 1 không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu mà phụ thuộc vào bản chất phản ứng. 2. Phản ứng bậc 2 Phản ứng bậc 2 có các dạng: 2A → sản phẩm A + B → sản phẩm Xét dạng đơn giản 2A sản phẩm hay hằng số tốc độ của phản ứng bậc 2 có thứ nguyên lít/mol -1/(t-1) khi t = t1/2 ta có: Vậy thời gian bán huỷ của phản ứng bậc 2 phụ thuộc vào nồng độ đầu của chất phản ứng. Ví dụ về phản ứng bậc 2: 2O3 → 3O2 2C4H6 → C8H12 3. Phản ứng bậc 3 Xét dạng đơn giản nhất: 3A sản phẩm Giải phương trình vi phân ta có: 4. Phản ứng bậc 0 sản phẩm Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng Giải phương trình trên ta được IV. Một số phản ứng khác 1. Phản ứng quang hoá 1.1. Định nghĩa Phản ứng quang hoá là phản ứng hoá học xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng. Ánh sáng ở đây có thể là ánh sáng trông thấy, bức xạ hồng ngoại và bức xạ tử ngoại. Bức xạ có bước sóng càng ngắn có năng lượng càng lớn thì sẽ có tác dụng mạnh đến các chất phản ứng.Trong vùng quang phổ nhìn thấy, bức xạ đỏ có tác dụng yếu nhất, bức xạ tím có tác dụng mạnh nhất, bức xạ tử ngoại có tác dụng mạnh hơn nhiều. Ví dụ: AgBr Ag + 1/2Br2 H2 + Cl2 2HCl 1.2. Định luật đương lượng quang hoá Quan hệ giữa năng lượng ánh sáng được hấp phụ và lượng chất phản ứng được mô tả theo định luật đương lượng quang hoá của Einstein đưa ra vào năm 1912: "Một phân tử chất phản ứng có thể được hoạt hoá và trở nên có khả năng phản ứng do hấp phụ một lượng tử năng lượng của ánh sáng".e = hν Từ đây ta tính được năng lượng E cần thiết mà một mol chất phản ứng đã hấp phụ từ một bức xạ nào đó. E = N0hν → () phân tử Thay giá trị các hằng số vào, ta có: Từ đây ta thấy: - Dựa vào bức xạ đã hấp thụ ta tính được năng lượng cần thiết để một phân tử gam chất tham gia phản ứng. - Mỗi phản ứng xảy ra cần có một năng lượng xác định nên phản ứng quang hoá có tính chọn lọc. - Khối lượng chất phản ứng tỷ lệ thuận với năng lượng bức xạ bị hấp thụ. 1.3. Phản ứng cảm quang, sự tăng nhạy Một số phản ứng quang hoá chỉ xảy ra khi trong hệ có mặt một chất khác, chất này có vai trò giúp cho chất tham gia phản ứng hấp thụ năng lượng của bức xạ. Chất này được gọi là chất tăng nhạy.Phản ứng quang hoá có chất tăng nhạy gọi là phản ứng cảm quang. Ví dụ: Phản ứng quang hợp cây xanh, tổng hợp đường Glucôza từ CO2 và H2O với chất tăng nhạy là clorophin (diệp lục). 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 Đây là phản ứng quan trọng nhất xảy ra trên trái đất vì nhờ nó mà tạo ra oxi, tổng hợp được các hydrocacbon là các chất hữu cơ, nguồn năng lượng cho tất cả các quá trình sống của sinh vật. 2. Phản ứng dây chuyền Phản ứng dây chuyền có liên quan đến sự xuất hiện các gốc tự do. Vì vậy người ta còn gọi là phản ứng gốc tự do. Ví dụ: phản ứng H2 + Cl2 → 2HCl Cl• + H2 → HCl + H• H• + Cl2 → HCl + Cl• Đây là phản ứng dây chuyền dạng không phân nhánh 3. Phản ứng nối tiếp Là phản ứng diễn ra theo nhiều giai đoạn nối tiếp nhau: Ví dụ: Phản ứng thuỷ phân trisaccarit C18H32O16 C18H32O16 + H2O → C12H22O11 + C6H12O6 C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 Glucoza Fructoza Tốc độ của phản ứng nối tiếp là tốc độ của giai đoạn nào chậm nhất trong các phản ứng thành phần. 4. Phản ứng song song Từ những chất ban đầu phản ứng diễn ra theo một số hướng để tạo ra các sản phẩm khác nhau. Ví dụ: Khi nitro hoá phenol ta thu được đồng thời ba sản phẩm khác nhau: orto, meta và para nitro phenol. Trong loại phản ứng này nồng độ của các sản phẩm tỷ lệ với tốc độ của các phản ứng thành phần. BÀI TẬP CHƯƠNG II I.1. Xác định bậc và tốc độ của phản ứng trong pha khí ở 3000K: Dựa vào dữ kiện thực nghiệm sau đây: Nồng độ đầu (mol/l) Tốc độ đầu (mol/l.s) Thí nghiệm 1 0,01 0,01 1,2.10-4 2 0,01 0,02 2,3.10-4 3 0,02 0,02 9,6.10-4 Bài giải Một cách tổng quát tốc độ phản ứng được viết: với x,y là các bậc riêng phần đối với NO và Cl2 phải xác định. Từ kết quả thực nghiệm ta thấy tốc độ tăng gấp đôi khi nồng độ Cl2 tăng gấp đôi. Vậy tốc độ tỷ lệ với Cl2 và y = 1. Khi nồng độ (NO) tăng gấp đôi thì tốc độ tăng gấp 4 lần vì vậy x = 2. Vậy Bậc toàn phần là 3 và có hằng số tốc độ: II.2. Đối với một phản ứng phân hủy đã cho, thời gian nửa phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ đầu và bằng 100 giây. a) Cho biết bậc phản ứng b) Tính thời gian để 80% chất đầu bị phân hủy. Bài giải a) Phản ứng đã có bậc động học bằng 1 b) III.3. Xét sự thủy phân este trong môi trường kiềm: RCOOR’ + NaOH RCOONa + R’OH Khi tăng nồng độ kiềm lên gấp đôi,thì tốc độ đầu cũng tăng lên hai lần. Nhận xét này cũng được thấy khi tăng nồng độ của este lên 2 lần: a) Cho biết bậc của phản ứng và dạng của phương trình động học. b) Cho 0,01mol este vào một lít nước( thể tích không thay đổi). Sau 200 phút thì 3/5 este bị phân hủy. Tính: a) Hằng số tốc độ b) t1/2 c) Thời gian để 99% este bị phân hủy. Bài giải a) Bậc riêng phần với mỗi chất là 1. Vậy bậc toàn phần bằng 2. Vì nồng độ đầu của hai chất bằng nhau và bằng 0,01M nên áp dụng phương trình động học bậc 2 tương ứng, ta có: Lượng este còn lại chưa bị thủy phân là 2/5, do đó: b) phút c) 99 = 0,75t.0,01 t = 13200 phút IV.4. Đối với phản ứng 2NOCl 2NO + Cl2 năng lượng hoạt hóa bằng 100kJ/mol. Ở 3500K hằng số tốc độ bằng 8.10-6 mol-1.l.s-1. Tính k tốc độ ở 4000K. Bài giải Áp dụng biểu thức Arrhenius: k2 = 5,87.10-4 mol-1.l.s-1. V.5. Hòa tan 10-2 mol xút và 10-2 mol este vào 1 lít nước ở 270C. a) Biết rằng phản ứng có bậc động học bằng 2 và ¾ este đã bị phân hủy sau 2 giờ. Tính hằng số tốc độ và thời gian nửa phản ứng. b) Khi nhiệt độ tăng từ 270C lên 1270C, thì tốc độ phản ứng tăng lên gấp 4 lần. tính thời gian nửa phản ứng tại 1270C, và năng lượng hoạt hóa của phản ứng. Bài giải a) Đối với phản ứng bậc 2 ta có phút-1 phút b) Thời gian nửa phản ứng ở 1270C phút = IV.6. Trong một phản ứng bậc 1 tiến hành ở 270C, nồng độ chất giảm đi một nửa sau 5000s. Ở 370C, nồng độ giảm đi hai lần sau 1000s. Tính a)Hằng số tốc độ ở 270C b) Thời gian để nồng độ giảm xuống còn ¼ ở 270C c) Năng lượng hoạt hóa Bài giải a) b) Nếu gọi a là nồng độ đầu thì: thay R = 8,314, E = 124kJ/mol. CHƯƠNG VI CÂN BẰNG HOÁ HỌC I. Phản ứng thuận nghịch và phản ứng một chiều 1. Phản ứng một chiều Là phản ứng xảy ra đến cùng cho đến khi tiêu thụ hết hoàn toàn một trong các chất tham gia phản ứng. Ví dụ: Zn + 4HNO3đ → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Khi lượng axit HNO3 đặc dư thì phản ứng sẽ kết thúc khi lượng kẽm tan hết, ngược lại nếu sục khí NO2 vào dung dịch thì cũng không thu được kim loại và axit. 2. Phản ứng thuận nghịch Có những phản ứng mà sau một thời gian phản ứng ta còn tìm thấy cả chất đầu và sản phẩm, nghĩa là phản ứng không xảy ra đến cùng. Ví dụ: N2 + 3H2 2NH3 Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O Những phản ứng này gọi là phản ứng thuận nghịch. Trong loại phản ứng này người ta dùng dấu hai mũi tên ngược chiều nhau ( ) thường chiều từ trái sang phải là chiều thuận, chiều ngược lại là chiều nghịch. Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch là không bao giờ hết các chất ban đầu vì vậy nói phản ứng thuận nghịch là phản ứng không hoàn toàn. II. Cân bằng hoá học - hằng số cân bằng 1. Khái niệm về cân bằng hoá học Xét phản ứng thuận nghịch aA + bB cC + dD Tại thời điểm ban đầu: còn Tại thời điểm t ≠ 0, xuất hiện sản phẩm nghĩa là có phản ứng nghịch xảy ra. Người ta gọi trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi có vt = vn là trạng thái cân bằng hoá học. Khi hệ đạt trạng thái cân bằng hoá học thì các phản ứng thuận nghịch vẫn xảy ra với vận tốc bằng nhau nên trạng thái cân bằng hoá học là trạng thái cân bằng động. 2. Hằng số cân bằng 2.1. Hằng số cân bằng Khi hệ đạt trạng thái cân bằng ta có vt = vn Từ đó ta có: (II.1) Vậy K là tỉ số giữa tích số nồng độ các chất sản phẩm phản ứng và tích nồng độ của các chất tham gia phản ứng. Ở một nhiệt độ xác định kt, kn là hằng số nên KC cũng là một hằng số và được gọi là hằng số cân bằng của phản ứng. [II.1] là biểu thức của định luật tác dụng khối lượng áp dụng cho cân bằng hoá học. "Khi hệ đạt trạng thái cân bằng, tích số nồng độ của sản phẩm phản ứng với số mũ là hệ số tỷ lượng của chúng chia cho tích số nồng độ của các chất tham gia phản ứng với số mũ là hệ số tỷ lượng tương ứng luôn luôn là một hằng số ở một nhiệt độ xác định gọi là hằng số cân bằng". K là đại lượng đặc trưng cho một cân bằng, K càng lớn cân bằng càng chuyển theo chiều thuận. Kí hiệu: KC: khi hằng số cân bằng được biểu thị qua nồng độ các chất Kp: Khi hằng số cân bằng được biểu thị qua áp suất Khi đó: Trong đó: PA, PB, PC, PD là áp suất lúc cân bằng của A, B, C, D trong hệ. 2.2. Quan hệ giữa KC và KP Từ phương trình: PV = nRT với pi: áp suất riêng phần của khí i Ta có: PiV = niRT → pi = RTVni→ pi = ciRT Thay các giá trị của pi vào biểu thức tính Kp ta có: Vậy: với Khi ∆n = 0 tức là số phân tử khí ở 2 vế bằng nhau thì KP = KC Khi ∆n ≠ 0 thì KP ≠ KC * Nếu chất phản ứng hoặc sản phẩm là chất rắn thì nồng độ hoặc áp suất riêng phần xem như không đổi nên các chất này không có mặt trong biểu thức hằng số cân bằng. Ví dụ: và * Chú ý: Đối với các loại cân bằng khác nhau thì hằng số cân bằng có tên gọi khác nhau. - Đối với cân bằng axit bazơ, ta có Ka, Kb - Đối với cân bằng kết tủa ta có tích số tan T - Đối với chất điện li ta có hằng số điện li : Kđl - Đối với phức chất ta có hằng số không bền: Kkhông bền 2.3. Hằng số cân bằng và các đại lượng nhiệt động Xét phản ứng tổng quát: aA + bB cC + dD * Nếu A, B, C, D là các chất tan trong dung dịch loãng của chúng người ta đã chứng minh được: hay Khi đạt hệ trạng thái cân bằng ∆Gpư = 0 thì ∆G0 = -2,3 RTlgKp Thay R = 1,98 vào ta có: ∆G0 = -4,56 TlgKp Đây là biểu thức quan hệ giữa hằng số cân bằng và các đại lượng nhiệt động như sau: hay III. Sự chuyển dịch cân bằng và nguyên lí chuyển dịch cân bằng 1. Khái niệm về sự chuyển dịch cân bằng. Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Ta thấy một hệ cân bằng được đặc trưng bằng các giá trị xác định của các đại lượng nhiệt động như: nhiệt độ, áp suất, số mol … Nếu ta thay đổi các yếu tố này thì cân bằng của hệ sẽ thay đổi và hệ sẽ chuyển sang trạng thái cân bằng mới. Mọi sự chuyển dịch cân bằng đều tuân theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng lechaterlier như sau: "Khi một hệ đang ở trạng thái cân bằng nếu ta thay đổi một trong các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng như nhiệt độ, áp suất, số mol … cân bằng sẽ chuyển về phía chống lại sự thay đổi đó". Yếu tố tác dụng Cân bằng chuyển về phía - Tăng nhiệt độ - Hạ nhiệt độ - Tăng nồng độ chất tham gia - Tăng nồng độ sản phẩm - Tăng áp suất - Hạ áp suất - Chiều phản ứng thu nhiệt - Chiều phản ứng phát nhiệt - Chiều thuận - Chiều nghịch - Chiều giảm số phân tử khí (giảm P) - Chiều tăng số phân tử khí (tăng P) 2. Xét một số ví dụ về chuyển dịch cân bằng 2.1. Ảnh hưởng của nồng độ Xét phản ứng: FeCl3 + KSCN Fe(SCN)3 + 3KCl đỏ máu đang ở trạng thái cân bằng. Nếu tăng nồng độ FeCl3 hoặc KSCN thì tốc độ phản ứng thuận tăng còn tốc độ phản ứng nghịch chưa tăng do đó tạo thành nhiều Fe(SCN)3 hơn nên ta thấy màu đỏ của dung dịch tăng lên, cân bằng chuyển theo chiều giảm nồng độ của FeCl3 và KSCN. Khi cho KCl vào, tốc độ của phản ứng nghịch tăng nên màu đỏ của dung dịch giảm hơn so với ban đầu vì vậy cân bằng chuyển theo chiều nghịch, chiều giảm nồng độ KCl. 2.2. Ảnh hưởng của áp suất Xét phản ứng thuận nghịch Xét phản ứng thuận nghịch: 2NO (k) + O2 (k) 2NO2 (k) đang ở trạng thái cân bằng. Cân bằng sẽ chuyển theo chiều nào nếu ta tăng áp suất của hệ lên 2 lần và giảm áp suất của hệ xuống 2 lần? Giả sử hệ đang ở trạng thái cân bằng nào đó ứng với nồng độ các chất là: [NO] = a; [O2] = b; [NO2] = c khi đó ta có:vt = kt [NO]2 [O2]; vn = kn [NO2]2 tại trạng thái cân bằng: vt = vn nên kta2b = knc2 * Khi tăng áp suất của hệ lên 2 lần thì nồng độ các chất tăng lên gấp đôi nghĩa là: [NO] = 2a; [O2] = 2b; [NO2] = 2c khi đó vt = kt (2a)2 (2b) = 8kta2b (Tốc độ phản ứng thuận tăng lên 8 lần) vn = kn (2c)2 = 4knc2 (Tốc độ phản ứng nghịch tăng lên 4 lần) Vậy vt tăng nhanh hơn vn và cân bằng chuyển theo chiều thuận. Ngược lại nếu giảm áp suất của hệ xuống 2 lần, nồng độ của các chất giảm còn 1/2 so với ban đầu, khi đó: [NO] = a/2 [O2] = b/2 [NO2] = c/2 Nên vt = kt (a/2)2 (b/2) = 1/8kta2b (Tốc độ phản ứng thuận giảm 8 lần) vn = kn (c/2)2 = 1/4knc2 (Tốc độ phản ứng giảm 4 lần) Vậy vn lớn hơn vt do đó phản ứng chuyển theo chiều nghịch, chiều tăng áp suất của hệ. * Chú ý: Trong trường hợp tổng số phân tử khí ở 2 vế của phương trình bằng nhau. Việc tăng hoặc giảm áp suất của hệ không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng. 2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ Hằng số cân bằng KP là một hàm của nhiệt độ. Để mô tả sự phụ thuộc này ta có phương trình Van’t Hoff sau: (I) Trong khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2 nếu xem const Thì sau khi tách lấy tích phân, (I) trở thành Khi tăng nhiệt độ nghĩa là ta đã cung cấp thêm năng lượng cho hệ, phản ứng thu nhiệt (cần năng lượng) được tăng cường, khi đó vận tốc của phản ứng thu nhiệt tăng hơn tốc độ của phản ứng phát nhiệt, kết quả phản ứng chạy theo chiều phản ứng thu nhiệt. Ví dụ: Khi tăng nhiệt độ của phản ứng 2NO2 (k) N2O4 (k) ∆H < 0 (nâu) (không màu) thì phản ứng sẽ chuyển theo chiều chống lại sự tăng nhiệt độ tức là chiều nghịch (chiều phản ứng thu nhiệt) ta thấy khí NO2 được tạo nên nhiều hơn, màu nâu đậm dần.Ngược lại khi hạ nhiệt độ, cân bằng chuyển theo chiều thuận, chiều tăng nhiệt độ (phản ứng phát nhiệt) màu nâu nhạt dần, cân bằng chuyển về phía tạo N2O4 nhiều hơn. BÀI TẬP CHƯƠNG 3 I.1. Ở 250C phản ứng: Có = -34,82 kJ và -56,34 kJ. Xác định cân bằng ở 298K và 598K Kết quả tìm được có phù hợp với nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier không? Bài giải Tính Kcb ở 250C bằng công thức: Chấp nhận không phụ thuộc nhiệt độ trong khoảng từ 298K đến 598K Áp dụng công thức: Ta có: K2< K1 sự tăng nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch sang trái là phía có tác dụng chống lại sự tăng nhiệt độ là điều phù hợp với nguyên lí Le Chatelier. II.2. Xác định nhiệt độ tại đó áp xuất phân li của NH4Cl là 1atm biết ở 250C có các dữ kiện: NH4Cl(r) - 315,4 - 203,9 HCl(k) - 92,3 -95,3 NH3(k) - 46,2 -16,6 Bài giải Đối với phản ứng NH4Cl(r) HCl + NH3(k) Hằng số cân bằng K = Gọi T là nhiệt độ phải tìm thì áp xuất phân li là 1atm Ta có do đó KT = 0,5.0,5 = 0,25 (atm)2 của phản ứng bằng Từ công thức Mặt khác đối với phản ứng đã cho, = - 92,3 – 46,2 + 315,4 = 176,9 kJ T = 597K III.3. Đối với phản ứng Kp ở 250C bằng 0,144 và ở 350C bằng 0,321. Tìm ở 250C đối với phản ứng đã cho. Bài giải Thay số vào ta có: = 66,619 kJ IV.4. Ở 378K hằng số cân bằng Kp của phản ứng: bằng 6,4.10-9. Nhiệt đố cháy của etanol và axetalđehit là – 1412 và – 1196 kJ/mol. Nhiệt hình thành của nước bằng – 287kJ/mol. Tìm Kp tại 403K. Bài giải Chấp nhận rằng trong khoảng từ 378 đến 403K của phản ứng là không đổi, do đó vận dụng phương trình: đc.etanol - đc.anđehit - ht.nước = -1412- (1196 – 287) = 71kJ. Suy ra C/ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NHẰM TĂNG CƯỜNG NHẬN THỨC CỦA SINH VIÊN 1. Học phương pháp học Bạn hãy nghĩ về điều này: Đứa trẻ bắt đầu đi học năm 1997 có thể sẽ vẫn là lực lượng lao động vào năm 2050. Không thể tưởng tượng được những thay đổi to lớn như thế nào sẽ xảy ra như thế nào trong suốt những năm tháng học tập và làm việc của đứa trẻ ấy. Công nghệ thay đổi nhanh như vũ bão trong năm mươi năm qua sẽ bị lu mờ khi đem ra so sánh. Lý do chính là vì học phương pháp học quan trọng hơn là học cái gì. 2. Học tập phải là hoạt động vui nhộn Giáo sư Raismith, thuộc trường đại học Dược và khoa học Philadelphia cho biết: “Có lẽ còn vượt quá những gì chúng ta có thể chấp nhận – lớp học là nơi không phù hợp với việc học của những thiên tài. Ít nhất chúng ta nên thay đổi các lớp học để chúng giống như một giao lộ, nơi đan xen nhiều ý tưởng mạnh mẽ khác nhau. Hoạt động học tập càng giống như một trò chơi thì học sinh càng dễ tiếp thu kiến thức, trừ khi học sinh bị hệ thống giáo dục truyền thống đào tạo đến mức coi học tập là một hoạt động tẻ nhạt và nặng nề. Thật khủng khiếp khi ngày nay giáo viên phải vô cùng vất vả để thuyết phục sinh viên rằng học tập và nghiên cứu có thể là những hoạt động hấp dẫn và thậm chí còn vui nhộn. 3. Học tập bằng các loại trí thông minh Một số học sinh cần phải có những hình ảnh minh họa để hiểu các khái niệm. Số khác lại thích các hoạt động trí óc trừu tượng. Lại có những học sinh muốn các ý tưởng phải được trình bày bằng lời nói theo nhiều cách khác nhau. Trong đó có học sinh dễ dàng tiếp thu kiến thức khi nghe bạn học giải thích. Một số học sinh sẽ phát huy tốt nhất khả năng của mình khi có cơ hội dành chút ít thời gian để xem xét tài liệu, như một phòng thí nghiệm khoa học, trước khi phát hiện ra những thong tin quan trọng. Còn những học sinh khác muốn có câu trả lời ngay lập tức. Như chúng ta đã biết, có nhiều phương pháp để tiếp thu kiến thức. Do vậy, giáo viên phải sẵn sang giúp học sinh khám phá nhiều loại hình thong minh khác nhau của mình. 4.Học tập với sức mạnh của cha mẹ Cha mẹ cũng tạo nên sự khác biệt. Họ nên tham gia vào quá trình học của con trẻ. Cha mẹ chính là những chuyên gia tại nhà. Cha mẹ hiểu rõ quá trình phát triển và cách thức tiếp cận thế giới của trẻ. Toàn bộ nghiên cứu này cho thấy sự hỗ trợ và khuyến khích của cha mẹ là một yếu tố vô cùng quan trọng trong cuộc đời của trẻ, cho dù trẻ có nhận được sự hỗ trợ đó hay không. Một đội nghiên cứu do Benjamin Bloom dẫn đầu đã đưa ra những bằng chứng sinh động. Họ đã có các buổi phỏng vấn chuyên sâu các chuyên gia trẻ tuổi thành công ở nhiều lĩnh vực khác nhau về cuộc sống của họ. Tất cả có điểm chung nhất là “sự quan tâm của cha mẹ”. 5. Đưa hệ thống quản lí chất lượng giáo dục vào trường học 5.1. Tập trung vào quy trình Mục đích của quản lí chất lượng là nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách thu hút mọi người tham gia vào quá trình cải tiến quy trình sản xuất sản phẩm. Theo đó, không chỉ giáo viên và những nhà quản lí giáo dục mà các bậc phụ huynh và học sinh cũng hiểu rõ giáo viên sẽ dạy cái gì và có liên quan trực tiếp đến phương pháp học tập thế nào. Học sinh phải được khuyến khích suy nghĩ về việc cải tiến” và không ngừng đặt câu hỏi: “ làm thế nào để chúng ta có thể học tập tốt hơn ?” Tôi đưa ra một ví dụ điển hình về quy trình đó. Học sinh sẽ lập một sơ đồ khối mô tả các quy trình diễn ra trong khoảng thời gian khi học sinh được giao một bài tập, hoàn tất cho đến lúc giáo viên chấm điềm bài tập đó. Họ thấy rằng sự khác biệt giữa kết quả tốt và không tốt hầu hết đều do việc không là bài tập về nhà. Sau đó học sinh được hỏi vì sao không là bài tập về nhà? Kết quả cho thấy vấn đề nằm ngoài tầm kiểm soát của học sinh. Do vậy người ta phân bố thời gian học ở trường và chia các em thành các nhóm “đôi bạn cùng tiến”. Tỷ lệ học sinh không làm bài tập về nhà giảm đáng kể. Do vậy bằng cách tập trung vào quy trình chứ không chỉ tăng áp lực lên giáo viên và học sinh, sẽ giảm được tỷ lệ học sinh không làm bài tập về nhà. Khi học sinh có thể phân tích các phương pháp học tập của riêng mình (quy trình), họ có thể phối hợp để tạo ra kết quả tốt. Khi giáo viên để cho học sinh tự đánh giá và cải tiến mọi quy trình trong lớp học – bao gồm sự tiếp thu kiến thức của họ - họ thực sự sẽ tạo ra cơ sở một nền giáo dục có chất lượng. 5.2. Chất lượng được xác định bởi nhu cầu của khách hàng Chất lượng được xác định vượt quá nhu cầu và mong muốn hiện tại của khách hàng. Trong trường hợp này “khách hàng” chính là học sinh và các bậc phụ huynh. Một nền giáo dục có chất lượng sẽ khiến học sinh vui thích và đam mê học tập. Khi học sinh thích học động cơ thúc đẩy từ bên ngoài như: điểm số, giải thưởng hoặc sự phê bình sẽ không hiệu quả bằng động cơ thúc đẩy từ bên trong là muốn vượt qua chính mình. Khi điều đó xảy ra, học sinh lại chính là người tự thúc đẩy bản than họ. Đó là lý do vì sao bản đánh giá thành tích lại quan trọng đến vậy vì qua đó học sinh có thể nhìn thấy sự tiến bộ của chính họ 5.3. Kết quả được tạo ra từ tầm nhìn ban đầu Không thể quản lý bằng các quy tắc và quy trình mà phải dựa trên sự nhất trí về các giá trị và tầm nhìn. Do vậy mọi người sẽ biết mình phải làm gì mà không phải người khác nhắc nhở. Đó là lý do vì sao học sinh phải tham gia vào quá trình thiết lập các các quy tắc và giá trị cho lớp học, Các bậc phụ huynh/ khách hang phải tham gia vào quá trình thiết lập tầm nhìn cho công tác giáo dục. Mục đích của giáo dục trong hoàn cảnh hiện nay là gì? Chúng ta mong đợi kết quả giáo dục như thế nào? Hay tầm nhìn của giáo dục là gì? Câu trả lời là, giáo dục sẽ mang lại: -Kiến thức: học sinh cần có kiến thức cần thiết để có thể hiểu những gì bạn đang học và từ đó tổng hợp lại nhằm đưa ra giải pháp sang tạo. -Kĩ năng: Kĩ năng chính là áp dụng kiến thức vào thực tế.Kỹ năng gồm phương pháp học, tư duy phân tích và sáng tạo, kỹ năng giao tiếp và khả năng xem xét các mối quan hệ qua lại trong một hệ thống. Kỹ năng giúp học sinh trở thành người học chủ động và năng động. -Sự khôn ngoan: Khả năng quyết định điều gì là quan trọng nhất, phân bố thời gian hợp lý, giải thích và đánh giá linh hoạt, sẵn sang tiếp thu cái mới. Khả nưang phân tích kinh nghiệm, và hành động dựa trên kết luận. -Tính cách: Có thể xác định rõ rang nhất bởi các đặc điểm như: Sự thật thà, tính độc lập, tinh thần hợp tác,lòng kên trì, sự thấu cảm, khả năng làm việc nhóm, khả năng đạt mục tiêu thực tế và tính toàn vẹn. -Sự trưởng thành về mặt cảm xúc. Khả năng nhận ra, biểu lộ, và điều khiển tâm trạng, cảm xúc và phản ứng đồng cảm với người khác; khả năng kìm chế sự tự mãn của bản thân; khả năng chế ngự sự căng thẳng… Bộ phận giáo dục sẽ phải xác định xem những năng lực đó có thể được cung cấp theo cách nào với sự tham gia của giáo viên và học sinh. Chúng ta nhận thức rằng những kết quả mới đòi hỏi phải có những phương pháp đánh giá mới.Thực tế cho thấy khi chúng ta không lệ thuộc quá nhiều vào việc kiểm tra từ bên ngoài và dạy học sinh cách kiểm tra chất lượng làm việc của chính mình thì tiêu chuẩn làm việc tăng lên rõ rệt. 5.4. Học vì cuộc sống Xác định được mục tiêu ngay từ những năm còn ngồi trên ghế nhà trường, học sinh phải được trang bị những kiến thức cần thiết để đối mặt với những khó khăn thách thức khi ra trường. Một chức năng của trường học là phải trang bị cho học sinh những kiến thức thực tế. Học sinh phải hiểu họ mong muốn điều gì, họ sẽ gặp thử thách như thế nào và họ có khả năng làm được điều gì. 5.5. Học tập với công nghệ cao Xa lộ thông tin đưa giáo viên giỏi nhất trên khắp thế giới đến với từng học viên. Hệ thống mạng sẽ giúp giáo viên chia sẻ bài học và tài liệu học tập, truyền bá những kinh nghiệm dạy và học tối ưu. Hệ thống mạng tương tác cũng sẽ cho phép học sinh tự kiểm tra kiến thức của mình bất kì lúc nào, trong một môi trường không có rủi ro. Bài kiểm tra tự thực hiện chính là một hình thức tự khám phá. Kiểm tra sẽ trở thành một phần tích cực trong quá trình học tập. Học sinh sẽ không bị khiển trách khi mắc lỗi, hệ thống mới sẽ giúp học sinh sửa lỗi đó. 5.6. Sử dụng các phương pháp dạy học đạt hiệu quả -Giáo viên phải biết áp dụng các phương pháp khác nhau (thuyết giảng, thảo luận nhóm, đóng vai, thực hành. . .) tuỳ theo mục tiêu, tuỳ theo tính chất của môn học và tuỳ theo đặc điểm của người học, của lớp học. -Cần phải đào tạo phẩm chất nhân văn cho người học bằng cách sử dụng các hình thức đào tạo khác nhau (Bài tập lớn, đề án, tổng luận, thăm quan, hội thảo. . . ). Tổng kết chương 2: CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 1.1. Mục đích: -Thực nghiệm sư phạm để đánh giá, kiểm chứng mức độ vận dụng và thành công về nội dung và phương pháp có phù hợp với sinh viên không. - Chỉ ra mức độ hứng thú của sinh viên với nội dung, phương pháp mới thông qua giảng dạy, dự giờ, phỏng vấn sinh viên trường Cao đẳng kĩ thuật công nghiệp Bắc Giang. 1.2. Nhiệm vụ: - Sử dụng chương trình mới biên soạn gồm lí thuyết, bài tập, bài thực hành vào giảng dạy cho sinh viên Cao đẳng. - Tăng cường các biện pháp nhằm kích thích sự hứng thú học tập của sinh viên. - Khảo sát chất lượng học tập của sinh viên thong qua bài tập kiểm tra giữa kì, cuối kì và bài thực thực hành. - Xử lý, phân tích kết quả thu được ở một số lớp được khảo sát. Từ đó rút ra kết luận về mức độ đạt được của đề tài. 2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Sử dụng hệ thống lí thuyết và bài tập hóa học đại cương kết hợp với thực hành nhằm tăng cường nhận thức của sinh viên. - Sinh viên được làm việc nhóm, tăng cường thảo luận dưới sự hướng dẫn của giáo viên. - Sinh viên được khuyến khích đưa ra câu hỏi cho các vấn đề khó là một biện pháp làm cho bài học sôi động giúp sinh viên có thể tự khám phá các vấn đề. - Tăng cường sử dụng phương pháp tình huống trong dạy học hóa học. Không chỉ học sinh đưa ra câu hỏi mà giáo viên cũng cho các em các tình huống có vấn đề như của các nhà khoa học chưa khám phá ra. 3. Phạm vi thực nghiệm sư phạm Chọn đối tượng địa bàn thực nghiệm: - Trường Kinh tế kĩ thuật Hưng Yên A1 Lớp CĐ động lực 1 48 SV GV dạy Trần Thế Trung A2 Lớp CĐ điện 2 50 SV A3 Lớp CĐ cơ khí 3 54 SV A4 Lớp CĐ cơ khí 1 50 SV - Trường Cao đẳng Kĩ thuật – Công nghiệp B1 Lớp CĐ cơ khí 1 40 SV GV dạy Nguyễn Thị Lương B2 Lớp CĐ cơ khí 2 45 SV B3 Lớp CĐ điện 2 43 SV B4 Lớp CĐ điện 1 44 SV Mẫu thực nghiệm: - Nhóm đối chứng: được dạy theo phương pháp truyền thống với nội dung giáo trình là 3 chương hóa đại cương mới được biên soạn. - Nhóm thực nghiệm: Nội dung giáo trình như nhóm đối chứng, nhưng được dạy theo phương pháp mới để kích thích sự hứng thú của sinh viên. Họ được tăng cường hoạt động, tăng cường nghiên cứu và thảo luận nhóm, đóng vai, thực hành… Đặc biệt là làm chủ được kiến thức của mình. Giáo viên điều khiển quá trình học của sinh viên sao cho các em cảm thấy thích thú học tập, tìm hiểu, khám phá các vấn đề. Điều đặc biệt mới là các em thấy hứng thú khi các em được đặt câu hỏi, tìm câu trả lời và giáo viên giúp đỡ. Khi có sự hiểu thấu lí thuyết và thành thạo về kĩ năng giải bài tập thì các em có sự tự tin vào chính mình. Không chỉ vậy mà môi trường học tập thân thiện cởi mở giúp các em đưa ra các ý kiến, sự sáng tạo. - Các nhóm thực nghiệm và đối chứng có số điểm đầu vào trường giữa các nhóm là tương đương và do cùng giáo viên giảng dạy. Ký hiệu Lớp đối chứng Ký hiệu Lớp thực nghiệm B1 Lớp CĐ cơ khí 3 B2 Lớp CĐ cơ khí 1 B3 Lớp CĐ điện 2 B4 Lớp CĐ điện 3 A1 Lớp CĐ động lực 1 A2 Lớp CĐ điện 1 A3 Lớp CĐ cơ khí 3 A4 Lớp CĐ cơ khí 1 Nhận xét của sinh viên nhóm đối chứng: Bài học dài không trọng tâm, khó hiểu, không gây được sự chú ý học tập. Sinh viên lười vận động, suy nghĩ do phương pháp mà giáo viên sử dụng chủ yếu thuyết trình, “độc diễn”. Đề kiểm tra chủ yếu là hình thức tư luận. Vì vậy mà kết quả kiểm tra của sinh viên không cao. Nhận xét của nhóm thực nghiệm: - Bài học đã có sự chuẩn bị sâu sắc của cả giáo viên và học sinh nên đã đạt hiệu quả cao, tỉ lệ điểm kém thấp. Sinh viên đón nhận nội dung ngắn gọn, dễ hiểu cùng với hệ thống bài tập được làm giữa các nhóm trong sách bài tập. Sinh viên được thảo luận trong nhóm và đóng vai để bạn biết có thể giảng cho bạn không biết. - Bài kiểm tra theo nhiều hình thức như: tự luận, vấn đáp, trắc nghiệm khách quan. Nên kích thích được sự tích cực, chủ động của sinh viên dẫn đến kết quả kiểm tra đạt tỉ lệ điểm khá cao. Đề kiểm tra giữa kì hoặc cuối kì được dùng giảng dạy tích cực: Đề 1: (thời gian 60 phút) I/ Phần trắc nghiệm(4 điểm) Câu 1. Sự phân hủy N2O5 xảy ra theo phương trình Phản ứng tuân theo quy luật động học bậc nhất với hằng số tốc độ phản ứng k = 0,002 phút-1. Sau 2 giờ % N2O5 bị phân hủy là: A. 21,35% B. 28,65% C. 24,12% D. 31,25% Câu 2. Phản ứng nào dưới đây chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng áp suất hoặc giảm nhiệt độ phản ứng? A. B. C. D. Câu 3. Fe có thể được dung làm chất xúc tác cho phản ứng điều chế NH3 từ N2 và H2 theo phản ứng: Nhận định nào dưới đây là đúng về vai trò của Fe trong phản ứng. A. Làm cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận B. Làm tăng tốc độ các chất trong phản ứng C. Làm tăng hằng số cân bằng phản ứng D. Làm tăng hằng số cân bằng phản ứng Câu 4. Một phản ứng có năng lượng hoạt hóa là 67,94 kJ/mol. Ở 200C hằng số tốc độ của phản ứng này là 3.10-2 (s-1). Ở 500C có hằng số tốc độ (s-1) của phản ứng là A. 40.10-2 B. 4.10-2 C. 3,83.10-2 D. 4,21.10-2 Câu 5. Cho phản ứng: tìm biểu thức biểu thị tốc độ phản ứng sai A. B. C. D. Câu 6. Đối với phản ứng: tốc độ phản ứng thuận thay đổi thế nào khi tăng lên áp suất phản ứng tăng 3 lần. A. Tăng 3 lần B. Giảm 9 lần C. Giảm 27 lần D. Tăng lên 81 lần Câu 5. Chọn câu đúng trong các câu sau: A. Hằng số cân bằng tỉ lệ nghịch với nhiệt độ. B. Dùng chất xúc tác có thể làm tăng hằng số cân bằng. C. Khi thay đổi nồng độ các chất, sẽ làm thay đổi hằng số cân bằng. D. Khi thay đổi hệ số các chất trong 1 phản ứng, hằng số cân bằng thay đổi. Câu 8. Dấu của trong phản ứng: A. B. C. D. có thể dương hoặc âm tùy điều kiện II/ Bài tập tự luận (6 điểm) Câu 9. Cho phản ứng Tốc độ ban đầu vo và nồng độ đầu và như sau: Thí nghiệm ,M ,M v0 mol.l-1.s-1 1 0,1 0,1 2,80.10-6 2 0,1 0,17 4,76.10-6 3 0,033 0,20 1,85.10-6 a) Xác định bậc riêng phần của , của và bậc của phản ứng. b) Tính hằng số tốc độ K của phản ứng. Câu 10. Xác định năng lượng liên kết trung bình của một liên kết C-H trong metan biết: ; và . Câu 11. Ở O0C dưới áp suất 1 atm độ phân li của khí thành bằng 11%. a) Xác định Kp. b) Cũng tại O0C áp suất giảm từ 1 atm xuống 0,8 atm thì độ phân lit hay đổi thế nào? c) Cần phải nén đẳng nhiệt hỗn hợp khí tới áp suất nào để độ phân li bằng 8%. Đáp án I/ Phần trắc nghiệm (4 điểm) 1. A 2. C 3. B 4. A 5. C 6. D 7. D 8. C II/ Phần tự luận (6 điểm) 9. (2 điểm) a) Áp dụng PT tốc độ của phản ứng Khi không thay đổi và tăng gấp đôi, thấy tốc độ tăng gấp đôi vậy q =1. Khi giảm xấp xỉ 3 lần và tăng gấp đôi, thấy tốc độ phản ứng tăng 2/3 chứng tỏ p = 1. Vậy bậc của phản ứng là bậc = p + q = 2. b) Hằng số tốc độ của phản ứng 10.(2 điểm) Do Ta có sơ đồ CH4 (k) + 4H(k) 2 Cgr + 2H2(k) = -(-74,8) + 716 + 436 = 1663,5 kJ/mol 11. n t = 0 1mol 0 1 t = tn 1- 2 1 + a) Thay = 11% và P = 1atm KP = 0,049 atm b) 0,049 = sự phân li tăng do giảm áp suất chung của hệ. c) 0,049 = với = 8% P = 1,9 atm. Bài kiểm tra thứ 2: (Thời gian 60 phút) I/ Phần trắc nghiệm Câu 1. Xét sự thủy phân este trong môi trường kiềm: RCOOR’ + NaOH RCOONa + R’OH Khi tăng nồng độ kiềm lên gấp đôi thì tốc độ đầu tăng lên 2 lần. Nhận xét này cũng đúng khi tăng nồng độ este lên 2 lần. Bậc của phản ứng này là: A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 Câu 2. Ở 250C hằng số cân bằng Kp của phản ứng bằng 6,8.105. (kJ) phản ứng là A. -32,40 B. -33,25 C. -33,28 D. 34,42 Câu 3. Xác định nhiệt bay hơi (kJ/mol) của Hg, biết rằng nhiệt bay hơi của Hg bằng 459,74 mmHg và nhiệt độ sôi của Hg dưới áp suất khí quyển là 3570C. A. 58,15 B. 34,56 C. 67,13 D. 32,45 Câu 4. Ở 2700C và áp suất 1 atm, độ phân hủy của N2O4 là 20%. Hỏi ở 2700C và áp suất 0,1 atm, độ phân hủy của N2O4 là A. 25% B. 35% C. 55% D. 75% Câu 5. Khi nhiệt độ tăng lên 100C, tốc độ của phản ứng tăng lên 3 lần. Điều khẳng định nào sau đây đúng khi nhiệt độ tăng từ 200C lên 500C. A. Tốc độ phản ứng tăng lên 36 lần khi B. Tốc độ phản ứng tăng 54 lần C. Tốc độ phản ứng tăng 27 lần D. Tốc độ phẩn ứng tăng 81 lần Câu 6. Đối với nhiều phản ứng tốc độ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng lên 100C. Giả thiết rằng phản ứng đã cho xảy ra ở nhiệt độ 305K và 315K. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng là: A. 55 kJ/mol B. 44 kJ/mol C. 34 kJ/mol 66 kJ/mol Câu 7. Đối với phản ứng tốc độ tạo ra N2 là 0,27 mol.l-1.s-1. Tốc độ biến đi của NH3 là A. 0,81 B. -0,54 C. -0,27 D. -0,41 Câu 8. Đối với phản ứng , Kp ở 350C bằng 0,144 và ở 350C bằng 0,321. của phản ứng bằng: A. 207,45 J/K B. 201,45 J/K C. 206,53 J/K D. 204,55 J/K II/ Phần tự luận (6 điểm) Câu 9. Ở 500C và dưới 0,334 atm độ phân li của N2O4 (k) thành NO2 bằng 63% Xác định Kp, KC. Câu 10. Ở 250C phản ứng có kJ và kJ. Xác định hằng số cân bằng ở 298 K và 598 K. Câu 11. Hằng số tốc độ của phản ứng trong pha khí ở 250C bằng 1,73.10-5 s-1 4. Xử lí số liệu thực nghiệm sư phạm 4.1. Kết quả đánh giá dự giờ 4.2. Kết quả điểm các lớp thực nghiệm sư phạm a) Công thức tính các tham số đặc trưng. - Trung bình cộng: - Phương sai (S2), độ lệch chuẩn (S): Tham số đo mức độ phân tán của các số liệu quanh giá trị trung bình cộng. - Giá trị S càng nhỏ chứng tỏ số liệu càng ít phân tán. S = - Hệ số biến thiên (V): Trong trường hợp 2 bảng có số liệu giá trị trung bình cộng khác nhau, người ta so sánh mức độ phân tán của các số liệu đó bằng hệ số biến thiên V nhỏ hơn sẽ có chất lương đồng đều hơn. Nếu V > 30% độ giao động không đáng tin cậy Nếu V < 30% độ giao động đáng tin cậy Sai số của giá trị trung bình cộng: b) Kết quả thực nghiệm sư phạm. Tổng kết chương 3: KẾT LUẬN CHUNG: TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Kế hoạch thời gian? Tài liệu tham khảo Anderson, L. W. & Krathwohl, D. R. (2001). Phân loại tư duy cho việc dạy, học và đánh giá. New York: Longman. Bloom, B.S., (Ed.). 1956. Phân loại tư duy cho các mục tiêu giáo dục: Phân loại các mục tiêu giáo dục: Quyển I, nhận thức về lĩnh vực. New York: Longman. Costa, A. L. (Ed.). (2000). Phát triển tư duy: sách tài nguyên cho việc Dạy học tư duy. Alexandria, VA: ASCD. Marzano, R. J. (2000). Thiết kế phân loại tư duy mới cho các mục tiêu giáo dục. Thousand Oaks, CA: Ấn phẩm Corwin.