SKKN: Lồng ghép kiến thức luyện thi đại học và bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi quốc gia trong một bài giảng ở lớp chyên hóa

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

“LỒNG GHÉP KIẾN THỨC LUYỆN THI ĐẠI HỌC
VÀ BỒI DƯỠNG ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA
TRONG MỘT BÀI GIẢNG Ở LỚP CHYÊN HÓA,,

Người thực hiện: Lê Văn Đậu
Chức vụ: Tổ trưởng bộ môn Hóa học
SKKN thuộc lĩnh vực: Hóa Học

THANH HÓA NĂM 2015


LỜI NÓI ĐẦU

Chức năng nhiệm vụ của trường chuyên là: Bồi dưỡng và phát triển năng khiếu
của học sinh về môn học chuyên, đồng thời bảo đảm thực hiện đầy đủ chương
trình giáo dục cấp THPT với mục tiêu toàn diện. Tổ chức hướng dẫn học sinh làm
quen với nghiên cứu khoa học, ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ phù
hợp với điều kiện của nhà trường và tâm sinh lý của học sinh. Hợp tác với các cơ
sở giáo dục, nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước ở cùng lĩnh vực chuyên
môn để phục vụ việc nâng cao chất lượng đào tạo.
Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, chúng tôi nhận thấy có những khó khăn sau:
Về phía học sinh: Mặc dù đã được tuyển chọn qua các kì thi nghiêm túc nhưng
sau một thời gian theo học thì có sự phân hóa rõ rệt về ý thức phấn đấu, động cơ
học tập. Đại đa số học sinh chỉ phấn đấu đậu đại học, số học sinh đam mê với
môn học để đạt thành tích cao không nhiều (chỉ khoảng 20% đến 30% học sinh
trong lớp). Với nhiều phụ huynh và học sinh, mục đích vào trường THPT chuyên

Lam Sơn là để được hưởng những điều kiện học tập tốt nhất, chế độ ưu đãi cao
nhất nhằm đạt mục tiêu đậu đại học chứ không hề phấn đấu để tham dự các kì thi
đỉnh cao. Điều này ảnh hưởng lớn đến phong trào học tập chung của cả lớp, gây
khó khăn cho giáo viên khi phải giảng dạy nhiều trình độ khác nhau trong cùng
một lớp học.
Là giáo viên dạy chuyên: Phải đảm bảo yêu cầu truyền thụ kiến thức cho mọi đối
tượng học sinh trong lớp, đảm bảo cho học sinh kiến thức thi đại học và kiến thức
thi học sinh giỏi. Trong khi tính chất hai kì thi này là hoàn toàn khác nhau, nội
dung chương trình khác nhau đòi hỏi các kỹ năng khác nhau. Để đảm bảo chương
trình cho học sinh dự thi Quốc gia trong hơn một năm, mặt khác lại phải đảm bảo
kiến thức cho số học sinh còn lại thực sự là vấn đề nan giải.
Trong nhiều năm trực tiếp giảng dạy ở lớp chuyên hóa, tôi rút ra sự lồng ghép
kiến thức luyện thi đại học và bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia trong từng bài
giảng. Trong đề tài này tôi xin trình bày sự lồng ghép hai kiến thức này qua bài
giảng: Cân bằng hóa học.
Trong quá trình nghiên cứu và trình bày không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất
mong hội đồng khoa học và các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến xây dựng.

1


Lồng ghép kiến thức trong bài giảng cân bằng hóa học ở lớp chuyên hóa
Mục tiêu bài giảng: - Đối với học sinh luyện thi đại học cần nắm được khái niệm
phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch, cân bằng hóa học, sự chuyển dịch
cân bằng hóa học, các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa: Nồng độ, áp suất,
nhiệt độ.
- Đối với học sinh giỏi, ngoài những yêu cầu như trên, cần nắm được hằng số cân
bằng tính theo nồng độ, hằng số cân bằng tính theo áp suất, cân bằng trong hệ
đồng thể, cân bằng trong hệ dị thể, biểu thức liên hệ giữa entanpi tự do Gip và
hằng số cân bằng, phương trình Van Hop liên hệ giữa hằng số cân bằng và nhiệt

phản ứng.
Tiến trình bài giảng:
I. Phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch
1. Phản ứng một chiều (hay phản ứng bất thuận nghịch): Là phản ứng xảy ra
theo một chiều nhất định, không thể xảy ra theo chiều ngược lại, tới khi hết một
trong các chất tham gia phản ứng.
,t
Thí dụ:
2KClO3 MnO


→ 2KCl + 3O2
→
CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O
Cu + HNO3 đặc → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
2. Phản ứng thuận nghịch: Là những phản ứng xảy ra theo hai chiều ngược
nhau ở cùng điều kiện.
Trong phản ứng thuận nghịch, các chất tham gia phản ứng không thể tác dụng
hết.
V O ,t

→ 2SO3(k)
Thí dụ:
2SO2(k) + O2(k) ¬

H2(k) + I2(k) € 2HI(k)
N2(k) + 3H2(k) € 2NH3(k)
II. Cân bằng hóa học
Xét phản ứng thuận nghịch tổng quát:

mA + nB € pC + qD
Giả sử bậc phản ứng trùng với phân tử số phản ứng.
vt = kt . [A]m . [B]n
vn = kn . [C]p . [D]q
- Lúc đầu: vt lớn nhất, vn = 0
- Trong quá trình phản ứng: vt giảm dần, vn tăng dần
- Đến lúc: vt = vn , lúc đó phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng hóa học và nồng độ
các chất trong hỗn hợp phản ứng không thay đổi.
Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng
thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.
Cân bằng hóa học là một cân bằng động vì khi đạt tới trạng thái cân bằng phản
ứng vẫn tiếp tục xảy ra, nhưng do vt = vn nên nồng độ các chất trong hỗn hợp
2
2

0

2 5

0


phản ứng không thay đổi.
kt

[C ] p .[D]q

Hằng số cân bằng: Kc = k =
[A]m .[B ]n
n

Trong đó: [A], [B], [C], [D] là nồng độ mol của các chất ở thời điểm cân bằng.
Kc không phụ thuộc vào nồng độ, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
- Cân bằng trong hệ đồng thể:
H2(k) + I2(k) € 2HI(k)
2

pHI
[HI]2
Kc =
hay Kp = p . p
[H 2 ].[I 2 ]
H2
I2

CH3COOH(l) + C2H5OH(l) € CH3COOC2H5(l) + H2O(l)
[CH 3COOC2 H 5 ].[H 2O ]

Kc = [CH COOH ].[C H OH ]
3
2 5
0

t cao

→ 2CO(k)
- Cân bằng trong hệ dị thể: C(r) + CO2(k) ¬


Nồng độ của các chất rắn là hằng số.
2

pCO
[CO]2
Kc =
; Kp = p
[CO2 ]
CO2
0

t

→ CaO(r) + CO2(k)
CaCO3(r) ¬

Kc = [CO2] ; Kp = P CO
- Biểu thức liên hệ giữa entanpi tự do và hằng số cân bằng K:
∆ G0 = –RTlnK hay ∆ G0 = –2,303RTlgK
- Phương trình Van Hop liên hệ giữa hằng số cân bằng và nhiệt phản ứng:
2

K

∆H 1

1

2
ln K = RT ( T − T )
1
1
2

III. Sự chuyển dịch cân bằng hóa học
- Nếu điều kiện tiến hành phản ứng không thay đổi thì cân bằng hóa học được giữ
nguyên.
- Nếu điều kiện tiến hành phản ứng thay đổi thì cân bằng hóa học sẽ chuyển dịch
để đạt tới trạng thái cân bằng hóa học mới.
- Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự di chuyển từ trạng thái cân bằng này đến
trạng thái cân bằng khác do tác động của các yếu tố từ bên ngoài lên cân bằng.
Nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng
khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân
bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.
- Khi tăng nồng độ chất tham gia phản ứng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều
thuận.
- Khi tăng áp suất thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số phân tử khí.

3


Ngược lại, khi giảm áp suất thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng số phân
tử khí. Nếu số phân tử khí ở hai vế bằng nhau thì sự thay đổi áp suất không ảnh
hưởng tới sự chuyển dịch cân bằng.
- Khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt.
Ngược lại, khi giảm nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa
nhiệt.
- Chất xúc tác có ảnh hưởng như nhau tới tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản
ứng nghịch nên không ảnh hưởng tới sự chuyển dịch cân bằng.
Bài tập vận dụng:
I. Các bài tập luyện thi đại học:
1. Cho cân bằng trong bình kín sau:
∆ H<0
CO(k) + H2O(k) € CO2(k) + H2(k)

Trong các yếu tố: (1) tăng nhiệt độ; (2) thêm một lượng hơi nước; (3) thêm một
lượng H2; (4) tăng áp suất chung của hệ; (5) dùng chất xúc tác. Dãy gồm các yếu
tố đều làm thay đổi cân bằng của hệ là:
A. (1), (2), (4).
B. (1), (2), (3).
C. (2), (3), (4).
D. (1), (4), (5).
2. Cho các cân bằng sau:
(1) H2(k) + I2(k) € 2HI(k)
1
1
H2(k) + I2(k) € HI(k)
2
2
1
1
(3) HI(k) €
H2(k) + I2(k)
2
2
€
(4) 2HI(k)
H2(k) + I2(k)
(5) H2(k) + I2(r) € 2HI(k)

(2)

Ở nhiệt độ xác định, nếu Kc của cân bằng (1) bằng 64 thì Kc = 0,125 là của cân
bằng
A. (1).

B. (5).
C. (3).
D. (4).
3. Cho cân bằng hóa học: 2SO2(k) + O2(k) € 2SO3(k)
Phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt. Phát biểu đúng là:
A. Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi giảm áp suất hệ phản ứng.
B. Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi giảm nồng độ O2.
C. Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ.
D. Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi giảm nồng độ SO3.
4. Khi thực hiện phản ứng este hóa 1 mol CH3COOH và 1 mol C2H5OH, lượng
este lớn nhất thu được là 2/3 mol. Để hiệu suất đạt cực đại là 90% (tính theo axit)
khi tiến hành este hóa 1 mol CH3COOH cần số mol C2H5OH là (biết các phản ứng
este hóa thực hiện ở cùng nhiệt độ)
A. 0,342.
B. 2,925.
C. 2,412.
D. 0,456.
4


5. Cho cân bằng hóa học: N2(k) + 3H2(k) € 2NH3(k); phản ứng thuận là phản
ứng tỏa nhiệt. Cân bằng hóa học không bị dịch chuyển khi
A. thay đổi áp suất của hệ.
B. thay đổi nồng độ N2.
C. thay đổi nhiệt độ.
D. thêm chất xúc tác Fe.
6. Cho các cân bằng sau:
(1) 2SO2(k) + O2(k) € 2SO3(k)
(2) N2(k) + 3H2(k) € 2NH3(k)
(3) CO2(k) + H2(k) € CO(k) + H2O(k)

(4) 2HI(k) € H2(k) + I2(k)
Khi thay đổi áp suất, nhóm gồm các cân bằng đều không bị chuyển dịch là
A. (1) và (3).
B. (3) và (4).
C. (1) và (2).
D. (2) và (4).
7. Một bình phản ứng có dung tích không đổi chứa hỗn hợp khí N2 và H2 với nồng
độ tương ứng là 0,3M và 0,7M. Sau khi phản ứng tổng hợp NH3 đạt tới trạng thái
cân bằng ở t0C, H2 chiếm 50% thể tích hỗn hợp thu được. Hằng số cân bằng Kc
của phản ứng ở t0C có giá trị là
A. 2,500.
B. 3,125.
C. 0,609.
D. 0,500.
8. Xét cân bằng: N2O4(k) € 2NO2(k) ở 250C. Khi chuyển dịch sang một trạng
thái cân bằng mới nếu nồng độ của N2O4 tăng lên 9 lần thì nồng độ của NO2
A. tăng 9 lần.
B. tăng 3 lần.
C. tăng 4,5 lần.
D. giảm 3 lần.
9. Cho cân bằng hóa học: 2SO2(k) + O2(k) € 2SO3(k). Khi tăng nhiệt độ thì tỉ
khối của hỗn hợp khí so với H2 giảm đi. Phát biểu đúng khi nói về cân bằng này
là:
A. Phản ứng nghịch tỏa nhiệt,cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng
nhiệt độ.
B. Phản ứng thuận tỏa nhiệt,cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi tăng
nhiệt độ.
C. Phản ứng nghịch thu nhiệt,cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng
nhiệt độ.
D. Phản ứng thuận thu nhiệt,cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi tăng

nhiệt độ.
10. Cho các cân bằng sau:
(I) 2HI(k) € H2(k) + I2(k)
(II) CaCO3(r) € CaO(r) + CO2(k)
(III) FeO(r) + CO(k) € Fe(r) + CO2(k)
5
(IV) 2SO2(k) + O2(k) €

2SO3(k)


Khi giảm áp suất của hệ, số cân bằng bị chuyển dịch theo chiều nghịch là
A. 4.
B. 3.
C. 2.
D. 1.
II. Các bài tập bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi quốc gia
1. ở nhiệt độ 1000 K có các cân bằng:
CO2 + C € 2CO với K1 = 4
Fe + CO2 € FeO + CO với K2 = 1,25
Trong 1 bình kín chân không dung tích 20 lít ở 1000 K ta đưa vào 1 mol Fe, 1
mol C và 1,2 mol CO2. Tính số mol Fe và C đã tham gia phản ứng sau khi hệ đạt
tới trạng thái cân bằng.
2. Cho cân bằng hóa học:
N2(k) + 3H2(k) € 2NH3(k) với ∆ H = –92 kJ. mol-1
Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 và H2 theo tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 3 thì
khi đạt tới trạng thái cân bằng (ở 4500C; 300 atm) NH3 chiếm 36% thể tích.
a) Tính hằng số cân bằng Kp
b) Giữ nhiệt độ không đổi (4500C), cần tiến hành dưới áp suất bao nhiêu để khi
đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích ?

c) Giữ áp suất không đổi (300 atm), cần tiến hành ở nhiệt độ nào để khi đạt tới
trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích ?
3. Cho các dữ kiện :
N2O4(k) € 2NO2(k)
0
∆H ht ( kJ / mol )
9,665
33,849
0
∆S 298(J/mol)
304,3
240,4
Giả thiết rằng biến thiên entanpi và entropi của phản ứng không thay đổi theo
nhiệt độ. Phản ứng sẽ tự xảy ra theo chiều nào tại nhiệt độ: 00C và 1000C ?
4. Tính áp suất cân bằng của CO2 trên CaCO3 ở 250C các dữ kiện sau:
Chất
CO2(k)
CaO(r)
CaCO3(r)
0
∆Ght 298( kJ / mol )
–394,4
–604,2
–1129
5. a) Hằng số cân bằng ở 250C và biến thiên entanpi chuẩn của phản ứng:
NH4Cl(r) € NH3(k) + HCl(k)
có các giá trị sau: Kp = 10-6; ∆Η 0 = 42,3 kcal/mol. Giả thiết ∆Η không phụ thuộc
vào nhiệt độ. Tính nhiệt độ mà áp suất của hệ đạt 1 atm.
6
b) Amoni nitrat cũng phân hủy tương tự ở nhiệt độ thấp, nhưng khi nổ xảy ra

phản ứng sau:


NH4NO3(r) €

N2(k) + 2H2O(k) +

1
O2(k)
2

Phản ứng này có Kp= 1048 ở 250C và ∆Η 0 = 28,3 kcal/mol. Tính ∆S 0 và giải thích
giá trị thu được của ∆S 0 .
Cho R = 1,987 cal/mol.K.
6. Trong công nghiệp NH3 được tổng hợp theo phản ứng sau:
N2(k) + 3H2(k) € 2NH3(k)
a) Dựa vào qui tắc của Gip tính bậc tự do (biên độ) của hệ cân bằng trên. Giá trị
thu được cho ta biết những thông tin gì về hệ cân bằng ?
b) Hãy cho biết những điều kiện thực hiện phản ứng trên trong công nghiệp và
chúng có phù hợp với nguyên lí chuyển dịch cân bằng Lơ Sa-tơ-li-ê không ? Giải
thích.
c) Dùng hỗn hợp ban đầu theo tỉ lệ số mol N2 và H2 tương ứng là 1 : 3 để thực
hiện phản ứng:
- Đặt a = PNH 3 /P, trong đó PNH 3 là áp suất riêng phần của NH3 và P là áp suất
chung của hỗn hợp ở trạng thái cân bằng. Thiết lập biểu thức liên hệ giữa a, P và
Kp.
- Tính a ở 5000C và P = 300 atm, biết rằng ở nhiệt độ này Kp= 1,5.10-5. Từ đó tính
hiệu suất chuyển hóa α của N2 (hoặc H2) thành NH3 khi cân bằng.
Nếu thực hiện phản ứng ở P = 600 atm thì α bằng bao nhiêu ? So sánh α ở hai
trường hợp và giải thích tại sao trong thực tế người ta chỉ thực hiện ở khoảng 300

atm.
7. Ở 8200C hằng số cân bằng của hai phản ứng:
CaCO3(r) € CaO(r) + CO2(k) K1 = 0,2
CO2(k) + C(r) € 2CO(k)
K2 = 2
Người ta cho 1 mol CaCO3 và 1 mol C vào bình chân không 22,4 lít, được giữ ở
8200C. Hãy tính thành phần của hệ ở trạng thái cân bằng. Ở nhiệt độ 8200C sự
phân hủy CaCO3 sẽ hoàn toàn khi thể tích bình bằng bao nhiêu ?
8. Trong một bình chân không dung tích 500 cm3 chứa m gam HgO(r). Đun nóng
bình đến 5000C xảy ra phản ứng:
2HgO(r) € 2Hg(k) + O2(k)
Áp suất khi cân bằng là 4 atm.
a) Tính Kp và ∆G 0 của phản ứng ở 5000C.
b) Tính ∆G 0 tạo thành của HgO(r) ở 5000C.
c) Tính lượng nhỏ nhất m0 của HgO(r) cần lấy để tiến hành thí nghiệm này.
7
9. Cho các số liệu sau:
Chất
CO2(k)

H2O(k)

CO(k)


0
∆G298(
kcal / mol )

-93,40

-54,63
-32,78
a) Tính ∆G 0 của phản ứng: H2(k) + CO2(k) € CO(k) + H2O(k) ở 250C.
b) Nếu ở 250C áp suất riêng phần của H2, CO2, H2O và Co tương ứng bằng
100,00; 20,00; 0,020 và 0,010 thì ∆G của phản ứng bằng bao nhiêu ? Trong điều
kiện này phản ứng xảy ra theo chiều nào ?
10. Người ta cho NO và Br2 có áp suất ban đầu tương ứng bằng 98,4 và 41,3 torr
phản ứng với nhau ở 300 K. Lúc cân bằng áp suất chung của hỗn hợp bằng 110,5
torr. Tính giá trị của hằng số cân bằng và ∆G 0 tại 300 K của phản ứng:
2NO(k) + Br2(k) € 2NOBr(k)
Ghi chú: Trạng thái tiêu chuẩn nhiệt động học được định nghĩa theo áp suất riêng
phần của cấu tử khí bằng 1 atm (760 mmHg).

8
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU


Sau khi học sinh lớp chuyên hóa được học lồng ghép kiến thức luyện thi đại học
và bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi quốc gia, số học sinh trong lớp chỉ có mục
đích thi đại học nắm vững kiến thức phần này. Kết quả thi đại học hàng năm của
lớp chuyên hóa đạt từ 95% đến 100% nguyện vọng 1. Số học sinh trong đội tuyển
học sinh giỏi quốc gia trả lời được các câu hỏi khó, làm được các bài tập khó
thành thạo. Kết quả thi chọn học sinh giỏi quốc gia của đội tuyển hóa trường
THPT chuyên Lam Sơn hàng năm đạt từ 87,5% đến 100% học sinh đạt giải. Đó là
nguồn động viên, khuyến khích các em học sinh yêu và hứng thú học tập môn hóa
học, khích lệ các em học sinh THCS phấn đấu học tập để thi vào lớp 10 chuyên
hóa trường THPT chuyên Lam Sơn.

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ

Thanh Hóa, ngày 25 tháng 5 năm 2015
CAM KẾT KHÔNG COPPI
Tác giả

Lê Văn Đậu

9