Xây dựng và sử dụng bài tập thực hành thí nghiệm về Clo nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho sinh viên Sư phạm Hóa học, trường Đại học Tây Bắc

119 TẠP CHÍ KHOA HỌC – ĐẠI HỌC TÂY BẮC Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 1. Mở đầu 1.1. Tổng quan cơ sở lí luận về năng lực thực nghiệm Kiến thức hóa học là cơ sở giúp người học có những hiểu biết nhất định để thực hiện an toàn các thí nghiệm hóa học. Do vậy, để hình thành và phát triển năng lực thực nghiệm, người học cần được thực hiện các thí nghiệm hóa học. Bên cạnh đó, giáo viên cần thường xuyên sử dụng bài tập thực hành thí nghiệm trong quá trình hướng dẫn và rèn luyện cho người học cách quan sát, phân tích hiện tượng, bản chất của các phản ứng hóa học. Đó cũng là cách hình thành cho người học các kiến thức và kỹ năng cần thiết khi tiến hành thí nghiệm. Năng lực thực nghiệm hóa học là khả năng người học huy động, tổng hợp tất cả những kiến thức hóa học đã có, kỹ năng cần thiết để xử lý thông tin, các thuộc tính cá nhân khác như: hứng thú khám phá tri thức mới, sự say mê học hỏi, niềm tin vào khoa học, ý chí kiên nhẫn,... để thực hiện thành công các thao tác, kĩ thuật tiến hành thí nghiệm hóa học [1]. 1.2. Các biểu hiện cụ thể của năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm Hóa học, Trường Đại học Tây Bắc. Sinh viên sư phạm Hóa học, Trường Đại học Tây Bắc cần đạt được 3 năng lực thành phần của năng lực thực nghiệm. Đó là: - Năng lực lựa chọn, tiến hành, sử dụng thí nghiệm an toàn; - Năng lực dự đoán, quan sát, mô tả, giải thích các hiện tượng thí nghiệm và rút ra kết luận; - Năng lực xử lí thông tin liên quan đến thí nghiệm. Ngoài ra, sinh viên còn phải nắm được một số thành phần của năng lực thực nghiệm hóa học: - Biết và thực hiện đúng nội quy, quy tắc an toàn trong phòng thí nghiệm; - Nhận dạng và lựa chọn được dụng cụ và hóa chất để làm thí nghiệm; - Hiểu tác dụng, cấu tạo, cách sử dụng, cách lắp ráp từng dụng cụ thí nghiệm thành bộ thí nghiệm hoàn chỉnh; biết nhận biết sự đúng sai trong mô hình thí nghiệm đã lắp ráp; - Hiểu tác dụng và các đặc tính an toàn, tính độc hay dễ cháy nổ của các hóa chất; - Có kỹ năng quan sát, xác nhận, mô tả chính xác và giải thích một cách khoa học các hiện tượng thí nghiệm xảy ra, viết được phương trình phản ứng hóa học và rút ra những kết luận cần thiết; - Có kỹ năng tiến hành độc lập những thí nghiệm đơn giản hoặc thực hiện được các thí nghiệm phức tạp, dưới sự hướng dẫn, hỗ trợ của giảng viên [3]. 1.3. Thực trạng việc phát triển năng lực thực nghiệm cho sinh viên sư phạm Hóa học, Trường Đại học Tây Bắc. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VỀ CLO NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO SINH VIÊN SƯ PHẠM HÓA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC Đào Thị Lan Hương, Doãn Văn Kiệt, Trần Thị Mừng Trường Đại học Tây Bắc Tóm tắt: Năng lực thực nghiệm hóa học là một trong những năng lực cơ bản của người học cần đạt được trong quá trình học tập môn hóa học. Trong quá trình giải bài tập thực hành thí nghiệm, người học sẽ phát triển các năng lực thành phần của năng lực thực nghiệm như: Tiến hành thí nghiệm, sử dụng thí nghiệm an toàn, quan sát, mô tả, giải thích hiện tượng tự nhiên và rút ra kết luận, xử lý thông tin liên quan đến thí nghiệm. Trong khuôn khổ bài viết, chúng tôi xây dựng một số bài tập có nội dung về kiến thức, kỹ năng thực hành hoá học phần clo nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho sinh viên ngành sư phạm Hóa học, trường Đại học Tây Bắc,. Từ khóa: Thí nghiệm, năng lực thực hành hoá học, bài tập hoá học, Đại học Tây Bắc. Đào Thị Lan Hương và nnk (2020) (20): 119 - 125 120 Tại Trường Đại học Tây Bắc, nhằm phát triển năng lực thực nghiệm, sinh viên sư phạm Hóa học được học các học phần thí nghiệm hóa học như: Thí nghiệm hóa học 1, thí nghiệm hóa học 2, thí nghiệm hóa học 3 và thí nghiệm hóa học 4. Tại phòng thực hành, sinh viên vừa được theo dõi những thí nghiệm của giảng viên, vừa được trải nghiệm tiến hành các thí nghiệm. Trong quá trình học tập, sinh viên cũng được học lồng ghép nội dung thực hành trong các bài giảng. Ngoài ra, nhằm rèn luyện nghiệp vụ sư phạm phục vụ cho công tác giảng dạy sau này, sinh viên được học cách xây dựng và giải quyết các bài tập có nội dung thực nghiệm, nhất là các bài tập mô phỏng thí nghiệm trong một số học phần như: Bài tập hóa học phổ thông, bài tập thực nghiệm hóa học 2. Nội dung 2.1. Bài tập thực hành thí nghiệm 2.1.1. Khái niệm Bài tập thực hành thí nghiệm là những bài tập có liên quan đến kỹ năng thực hành thí nghiệm (đề cập đến kiến thức về kĩ năng và kĩ năng thực hành thí nghiệm của người học). Trong khuôn khổ bài viết, chúng tôi tập trung sưu tầm, xây dựng một số bài tập qua hình vẽ, sơ đồ (dùng hình vẽ để mô tả cách lắp đặt dụng cụ, thu khí,hoặc từ hình vẽ, sơ đồ cho trước, phân tích các khả năng phù hợp [7]). 2.1.2. Các bước xây dựng bài tập thực hành thí nghiệm Để xây dựng bài tập thực hành thí nghiệm cần dựa trên các tiêu chí đánh giá về năng lực thực hành hoá học. Cụ thể, quy trình xây dựng bài tập thực hành thí nghiệm như sau: Bước 1. Xác định mục tiêu và nội dung Để xây dựng bài tập thực hành thí nghiệm, trước hết cần xác định rõ mục tiêu và nội dung của các bài tập cần xây dựng. Mục tiêu của việc xây dựng bài tập thực hành là trang bị và đánh giá kiến thức về kỹ năng thực hành đồng thời củng cố, vận dụng kiến thức hóa học cho người học. Việc xác định nội dung ở đây cần hiểu là xác định các kiến thức về kĩ năng thực hành cần trang bị và đánh giá người học thông qua các bài học hay nội dung hóa họccụ thể nào đó. Để làm được điều này cần xuất phát từ những thí nghiệm cụ thể được sử dụng trong nghiên cứu các bài học. Giáo viên nắm rõ các hóa chất, dụng cụ, cũng như cách tiến hành và xử lý dụng cụ hóa chất trước, sau thí nghiệm từ đó xác định được những kiến thức về kĩ năng thí nghiệm nào có thể khai thác dựa theo các biểu hiện của năng lực thực hành hoá học cần được đánh giá đã trình bày ở trên. Bước 2. Lựa chọn dạng bài tập sẽ xây dựng Theo các năng lực thực hành, giáo viên xác định bài tập cần xây dựng là: bài tập về vấn đề lập kế hoạch thực hiện thí nghiệm, bài tập về kỹ năng tiến hành thí nghiệm, bài tập quan sát, mô tả hiện tượng thí nghiệm, bài tập xử lí thông tin liên quan đến thí nghiệm. Ngoài ra cần xác định bài tập xây dựng là: bài tập tự luận hay bài tập trắc nghiệm khách quan, bài tập định tính hay bài tập định lượng, bài tập thực tiễn hay bài tập tình huống định hướng phát triển năng lực sinh viên. Bước 3. Xác định dữ kiện và yêu cầu của đề bài và viết nội dung bài tập Từ kiến thức, kỹ năng thực hành đã xác định ở trên, xác định thông tin cần cung cấp và thông tin cần hỏi và viết thành nội dung bài tập. Bước 4. Đưa vào dạy học và chỉnh sửa (nếu cần) 2.2. Một số lưu ý khi xây dựng bài tập thí nghiệm thực hành hóa học [2] * Về dụng cụ và hóa chất Khi xây dựng bất kì bài tập hình vẽ thí nghiệm hóa học nào cần chú ý một số điểm sau: - Hóa chất sử dụng là những chất gì? Hóa chất có tác dụng gì? - Dụng cụ lắp đặt: Dụng cụ được lắp đặt như thế nào? Vai trò của dụng cụ trong bộ thí nghiệm? Phản ứng xảy ra trong dụng cụ chứa hóa chất là gì? - Điều kiện phản ứng: Chất phản ứng ở trạng thái đặc, loãng hay rắn, có cần đun nóng hay không? - Thu khí bằng cách nào... 121 * Cách thu khí. Phải nắm vững tính chất vật lý (tính tan và tỉ khối) để áp dụng phương pháp thu khí đúng: - Thu theo phương pháp dời chỗ không khí (đẩy không khí): + Khí không phản ứng với oxi của không khí. + Nặng hơn hoặc nhẹ hơn không khí (CO 2 , SO 2 , Cl 2 , H 2 , NH3...). Ngửa ống thu hay úp ống thu? - Thu theo phương pháp rời chỗ của nước (phương pháp đẩy nước): + Khí ít tan trong nước. (H 2 , O 2 , CO 2 , N 2 , CH4, C2H4, C2H2...). - Các khí tan nhiều trong nước (khí HCl, khí NH3, SO2 ): + Ở 200C, 1 thể tích nước hòa tan tới gần 500 thể tích khí hiđro clorua. + Ở điều kiện thường, 1 lít nước hòa tan khoảng 800 lít khí amoniac. * Làm khô khí Nguyên tắc chọn chất làm khô: Giữ được nước và không có phản ứng với chất cần làm khô. - Các chất làm khô: H 2 SO4 đặc, P2O5, CaO (vôi sống, mới nung), CuSO4 (khan, màu trắng), CaCl 2 (khan), NaOH, KOH (rắn hoặc dung dịch đậm đặc). - Các khí: H 2 , Cl 2 , HCl, HBr, HI, O 2 , SO 2 , H 2 S, N 2 , NH3, CO2 , C2H4, C2H2... VD: H 2 SO4 đặc (có tính axit và tính oxi hóa): + Không làm khô được khí NH3 (tính bazơ), + Không làm khô được khí HBr, HI (tính khử). + H 2 SO4 đặc làm khô được khí Cl2, O2, SO2, N 2 , CO 2 ... VD: CaO (vôi sống), NaOH, KOH (rắn) (tính bazơ): + Không làm khô được khí CO 2 , SO 2 (oxit axit), Cl 2 (có phản ứng). + Làm khô được khí NH3, H2, O2, N2... * Về nội dung bài tập thí nghiệm thực hành hóa học Khi xây dựng nội dung bài tập cần lưu ý: - Với các bài tập cung cấp thông tin dạng hình vẽ, các hình ảnh cần đảm bảo chính xác về mặt khoa học (trừ trường hợp đề bài chủ ý vẽ sai quy tắc để kiểm tra sinh viên) và thẩm mĩ. - Nội dung, số liệu cung cấp cần đảm bảo tính chính xác và phù hợp với thực tiễn. Các số liệu đưa ra cần lưu ý về sai số của phép đo. - Với dạng bài tập trắc nghiệm, khi xây dựng cần lưu ý đưa ra các phương án nhiễu hợp lí, đó là các phương án không đúng nhưng có yếu tố hợp lí để gây nhiễu cho học sinh, giúp phân loại học sinh khi kiểm tra và có tác dụng chú ý, nhấn mạnh cho học sinh khi sử dụng để luyện tập, củng cố. - Nội dung bài tập cần được diễn đạt ngắn gọn, dễ hiểu, đúng cấu trúc ngữ pháp. 2.3. Đề xuất một số biện pháp sử dụng hệ thống bài tập thực hành thí nghiệm về clo nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho sinh viên sư phạm Hóa học. 2.3.1. Sử dụng bài tập thực hành thí nghiệm nhằm phát triển năng lực lựa chọn, tiến hành, sử dụng thí nghiệm an toàn. Ví dụ 1: Có thể thu khí clo bằng cách như hình vẽ được không? Vì sao? A. Được, vì khí clo nhẹ hơn không khí. B. Không được, vì khí clo tan tốt trong nước. C. Không được, vì khí clo nặng hơn không khí và tan trong nước. D. Được, vì khí clo không tác dụng với nước. Hướng dẫn: Bài tập này dùng để củng cố tính chất vật lí và hoá học của khí clo: - Nặng hơn không khí = ≈ 2Cl /kk 71 (d 2,5) 29 và không tác dụng với không khí. - Clo có khả năng hòa tan, tác dụng với nước: 122 A. B. C. D. E. Hình vẽ nào đúng? Hướng dẫn: Bài tập này dùng để củng cố tính chất vật lí và hoá học của khí clo: - Nặng hơn không khí ( = ≈ 2Cl /kk 71 (d 2,5) 29 ) và không tác dụng với không khí. - Clo có khả năng hòa tan, tác dụng với nước. - Khí clo là một khí độc, phải dùng bông tẩm NaOH để tránh sự phân tán của Cl 2 ra ngoài. => Phương pháp thu khí clo trong phòng thí nghiệm là phương pháp đẩy không khí => Chọn phương án C. Ví dụ 3: Trong các thao tác khi tiến hành thí nghiệm điều chế khí clo (trong phòng thí nghiệm): 1. Lấy kẹp gỗ (hoặc giá gỗ) kẹp ống nghiệm. 2. Đậy miệng ống nghiệm bằng nút cao su có kèm ống hút nhỏ giọt dung dịch HCl đặc vào ống nghiệm đựng KMnO4. 3. Lấy 1 lượng nhỏ KMnO4 cho vào ống nghiệm. 4. Bóp nhẹ đầu cao su của ống hút cho 3 - 4 giọt dung dịch HCl đặc vào KMnO4. Thứ tự thao tác đúng lần lượt là: A. 1, 2, 3, 4 B. 1, 3, 4, 2 C. 1, 2, 3, 4 D. 1, 3, 2, 4 Hướng dẫn: Bài tập này dùng để củng cố thao tác tiến hành thí nghiệm của khí clo: 1 → 3 → 2 → 4 => Chọn đáp án D Ví dụ 4: Cho sơ đồ điều chế khí Cl 2 trong phòng thí nghiệm từ MnO 2 và dung dịch HCl đặc (như hình vẽ [5] [6]). → Cl 2 + H 2 O HCl + HClO => Chọn phương án B. Ví dụ 2: Trong các hình vẽ mô tả cách thu khí clo trong phòng thí nghiệm sau : Nếu không dùng đèn cồn thì có thể thay MnO 2 bằng hóa chất nào (các dụng cụ và hóa chất khác không thay đổi) sau đây? A. NaCl hoặc KCl C. KClO3 hoặc KMnO4 B. CuO hoặc PbO 2 D. KNO3 hoặc K2MnO4 123 Hướng dẫn: Bài tập này dùng để củng cố nguyên tắc điều chế clo trong phòng thí nghiệm: Chất oxi hóa mạnh (KMnO4, MnO2, KClO3) tác dụng với dung dịch HCl đặc MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + + 5Cl 2 + 6H 2 O KClO3 + 6HCl → 3H2O + KCl + 3Cl2 => Chọn phương án C. 2.3.2. Sử dụng bài tập thực hành thí nghiệm nhằm phát triển năng lực năng lực dự đoán, quan sát, mô tả, giải thích các hiện tượng thí nghiệm và rút ra kết luận. Ví dụ 1: Nung chất rắn X rồi đưa nhanh vào bình đựng khí clo thấy xuất hiện khói màu nâu đỏ. X là chất nào sau đây? A. Fe. C. Cu. B. Na. D. Zn Hướng dẫn: Bài tập này dùng để củng cố tính chất hoá học của khí clo: 3Fe + Cl 2 → FeCl 3( nâu đỏ) => Chọn phương án A. Ví dụ 2: Đốt cháy phoi đồng rồi đưa nhanh vào lọ chứa khí clo. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thêm vào lọ vài ml nước cất và lắc đều. Dung dịch thu được trong lọ có màu gì? A. Có màu vàng nhạt. B. Có màu xanh lam. C. Có màu đỏ. D. Không màu. Hướng dẫn: Bài tập này dùng để củng cố tính chất hoá học của khí clo: 2Cu + Cl 2 → CuCl 2( rắn) Hòa tan CuCl 2( rắn) vào nước ta thu được dung dịch CuCl 2 có màu xanh lam. => Chọn phương án B. 2.3.3. Sử dụng bài tập thực hành thí nghiệm nhằm phát triển năng lực xử lí thông tin liên quan đến thí nghiệm. Ví dụ 1: Dẫn từ từ khí Cl 2 vào dung dịch NaOH dư ở nhiệt độ phòng. Dung dịch thu được chứa các chất: A. NaCl, HCl, H 2 O. B. NaCl, NaClO, H 2 O. C. NaOH, Cl 2, H 2 O. D. H 2 O, NaOH, NaClO, NaCl. Hướng dẫn: Bài tập này dùng để củng cố tính chất hoá học của khí clo: Cl 2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H 2 O => Chọn phương án D. Ví dụ 2: Cho hình vẽ mô tả thí nghiệm điều chế khí Cl 2 từ MnO 2 và dung dịch HCl đặc: 124 Để thu được khí Cl 2 khô thì bình (1) và bình (2) lần lượt đựng: A. dung dịch NaOH và dung dịch H 2 SO4 đặc. B. dung dịch H 2 SO4 đặc và dung dịch NaCl. C. dung dịch H 2 SO4 đặc và dung dịch AgNO3. D. dung dịch NaCl và dung dịch H 2 SO4đặc. Hướng dẫn: Bài tập này dùng để củng cố kiến thức điều chế clo trong phòng thí nghiệm: khí clo điều chế được có lẫn khí HCl, hơi nước (khí HCl và H 2 O lẫn trong quá trình điều chế vì dung dịch HCl dùng là dung dịch đậm đặc, dễ bay hơi nên tách ra khỏi dung dịch tạo khí HCl lẫn vào sản phẩm. Khi đun nóng, H 2 O bay hơi một phần tạo hơi H 2 O, nên sản phẩm ngoài Cl 2 còn có khí HCl và H 2 O) => đầu tiên phải dẫn qua dung dịch NaCl để hấp thụ HCl và sau đó qua bình H 2 SO4 đặc để hấp thụ hơi nước => Chọn phương án D Ví dụ 3: Cho hình vẽ mô tả điều chế clo trong phòng thí nghiệm như sau: Phát biểu nào sau đây không đúng: A. Dung dịch H 2 SO4 đặc có vai trò hút nước, có thể thay H 2 SO4 bằng CaO. B. Khí clo thu được trong bình eclen là khí clo khô. C. Có thể thay MnO 2 bằng KMnO4 hoặc KClO3. D. Không thể thay dung dịch HCl đặc bằng dung dịch NaCl. Hướng dẫn: Bài tập này dùng để củng cố kiến thức điều chế clo trong phòng thí nghiệm và tính chất hóa học của CaO và của Cl 2 : CaO tác dụng với nước: CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 phản ứng với Cl 2 : Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaOCl 2 + H 2 O => Đáp án A Ví dụ 4: Khí clo được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng phản ứng của dung dịch HCl đặc với MnO 2 thường có lẫn tạp chất . Để thu được khí clo tinh khiết, người ta dẫn khí clo không tinh khiết đi qua hai bình, một bình đựng chất lỏng X và một bình đựng chất lỏng Y. Hãy xác định các chất X, Y trong số các chất sau: H 2 O, dung dịch NaCl, Ca(OH) 2 , NaOH, H 2 SO 4 đặc, dung dịch HCl. Vẽ sơ đồ lắp đặt dụng cụ thí nghiệm? Hướng dẫn: Bài tập này dùng để củng cố kiến thức điều chế clo trong phòng thí nghiệm: X là dung dịch NaCl, còn Y là dung dịch H 2 SO4 đặc. Sơ đồ lắp đặt dụng cụ thí nghiệm: 125 3. Kết luận Bài tập thực hành thí nghiệm là một trong số loại bài tập thực nghiệm có tác dụng củng cố lý thuyết, rèn luyện kỹ năng thực hành, có ý nghĩa lớn trong việc gắn liền lý thuyết và thực hành. Thông qua quá trình sử dụng hệ thống bài tập thực hành thí nghiệm trong dạy học đã bước đầu cho thấy sự phát triển năng lực thực nghiệm hóa học cho sinh viên sư phạm Hóa học, Trường Đại học Tây Bắc. Bài tập thực hành thí nghiệm khi được áp dụng theo các cách sử dụng đề xuất sẽ giúp giảng viên thực hiện thành công mục tiêu phát triển năng lực thực nghiệm cho sinh viên. Việc đánh giá sự phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên đang được triển khai, các kết quả nghiên cứu sẽ được đăng tải trong các báo cáo tiếp theo. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm Thị Bình - Đỗ Thị Quỳnh Mai - Hà Thị Thoan (2016). Xây dựng bài tập hóa học nhằm phát triển năng lực thực hành hóa học cho học sinh ở trường phổ thông. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, số 6A, tr 72-78. 2. Nguyễn Cương (2004). Thí nghiệm thực hành phương pháp dạy học Hoá học. NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội. 3. Phạm Thị Bích Đào - Đặng Thị Oanh (2017). Đề xuất cấu trúc và đánh giá năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua môn khoa học tự nhiên cấp trung học cơ sở. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, số 9, tr 56-64. 4. Trần Quốc Đắc (2009). Hướng dẫn thí nghiệm Hoá học 10. NXB Giáo dục, Hà Nội. 5. Lê Xuân Trọng (2018). Hóa học 10 nâng cao. NXB Giáo dục, Hà Nội. 6. Nguyễn Xuân Trường (2018). Hóa học 10. NXB Giáo dục, Hà Nội. 7. Đặng Thị Oanh (2018). Dạy học phát triển năng lực môn Hóa học trung học phổ thông. NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội. SOME EXPERIMENTAL EXPERIMENTS ON CLO TO DEVELOP EXPERIMENTAL CAPACITY FOR STUDENTS OF CHEMICAL TEACHING, TAY BAC UNIVERSITY Abstract: Experimental exercises are one of the experimental exercises that reinforce the theory, train practice skills, and have great significance in linking theory and practice. In order to develop the experimental chemistry of students in chemistry pedagogy, Tay Bac University, the article builds a number of exercises with practical content on chlorine experiments. Keywords: Experimental, chemical practice capacity, chemical exercises, Tay Bac University. _____________________________________________ Ngày nhận bài 25/11/2020, ngày nhận đăng: 22/12/2020 Liên hệ: daolanhuong@utb.edu.vn