Các thuyết và định luật là cơ sở lý thuyết chủ đạo trong việc nghiên cứu các chất và sự biến đổi của chúng
Các Thuyết: Các lý thuyết quan trọng của chương trình hóa học phổ thông được lựa chọn tương ứng với các nguyên tắc xây dựng chương trình và được phân bố và sắp xếp liên tục trong chương trình. Sự phấn bố các thuyết –định luật ở đầu chương trình hoặc phần đầu của các lớp cấp học đã thể hiện sự phát triển liên tục của các thuyết và vai trò chủ đạo của chúng .Mỗi lý thuyết sau, được dựa trên cơ sở của các kiến thức lý thuyết trước đó và ngày càng phát triển giúp khám phá sâu sắc cấu trúc của các chất và các mối liên hệ nhân quả giữa thành phần cấu tạo và tính chất của các chất.
1. Thuyết nguyên tử – phân tử: Đây là cơ sở lý thuyết của giai đoạn đầu nghiên cưú Hóa học. Nội dung cơ bản của học thuyết cũng đã được hình thành trong chương trình vật lý (lớp 7). Trong Hóa học các khái niệm nền tảng, cơ bản của học thuyết này được khẳng định và hình thành một cách chắc chắn trên cơ sở thực nghiệm khoa học. Khi đưa vào chương trình nội dung của học thuyết nguyên tử –phân tử cổ điển đã được bổ sung bằng các yếu tố của các khái niệm hiện đại về cấu tạo các chất. Đây là tiền đề cho việc trình bày lý thuyết chủ đạo của chương trình phổ thông trung học.Ví dụ 1:*Vận dụng thuyết nguyên tử lớp 8 có thể hình thành cho học sinh khái niệm nguyên tố hóa học.Ví dụ 2:* Vận dụng thuyết cấu tạo nguyên tử lớp 10 hình thành khái niệm đồng vị. Cho các nguyên tử có kí hiệu : a/ Xác định số e, p, n, trong nguyên tử các nguyên tố đó.b/ Các nguyên tử của cùng một nguyên tố có số khối giống nhau không? Vì sao?c/ Về mặt cấu tạo, các nguyên tử của cùng một nguyên tố có đặc điểm gì giống, khác nhau?d/ Các nguyên tử của các nguyên tố trên được gọi là đồng vị với nhau. Vậy thế nào là đồng vị ? 2. Thuyết electron: phân bố ở phần đầu chương trình lớp 10 phổ thông trung học để nghiên cứu học thuyết cấu tạo nguyên tử – liên kết hóa học. Cơ sở lý thuyết electron về cấu tạo các chất được nghiên cứu một cách chi tiết và đầy đủ. Các vấn đề về liên kết hóa học được nghiên cứu trên cơ sở thuyết cấu tạo nguyên tử với các khái niệm cơ lượng tử làm rõ trạng thái electron trong nguyên tử và cơ chế tạo thành các liên kết hóa học. Nội dung cơ bản của học thuyết electron được vận dụng để nghiên cứu sự phụ thuộc của tính chất các chất vào cấu tạo các đơn chất và hợp chất hóa học. Các bước nghiên cứu này cũng được vận dụng trong việc nghiên cứu các chất hữu cơ.Ví dụ 1: Vì sao các Haloghen được coi là các phi kim điển hình?- Các nguyên tử haloghen có 7e ở lớp ngoài cùng ns2np5 dễ nhận thêm 1 e tạo ra ion X- có cấu hình bền vững của khí hiếm.- Các nguyên tử halogen dễ tạo ra 1 liên kết cộng hoá trị do :
→ Halogen là các phi kim điển hình.Ví dụ 2: Nguyên nhân nào làm cho các halogen có tính chất lý học giống nhau ?- Do sự tơng tự nhau về cấu tạo nguyên tử của các halogen : có 7 e ở lớp ngoài cùng.- Ở cả 3 trạng thái rắn, lỏng, khí các halogen đều gồm những phần tử X2 , 2 nguyên tử liên kết với nhau bằng 1 liên kết.Ví dụ 3: Vì sao ngoài mức oxi hóa -1 , các halogen (trừ F) còn thể hiện các mức oh +1, +3 , +5, +7 .- Do Flo có độ âm điện lớn nhất và không có phân lớp nd nên Flo chỉ thể hiện số oxi hóa là -1 trong các hợp chất.- Còn các nguyên tố còn lại đều có phân lớp nd trống, khi bị kích thích, những electron cặp đôi trong nguyên tử Cl, Br, I lên mức nd, làm số electron tham gia tạo thành liên kết cộng hoá trị đến 3,5 hoặc 7 → có số oxi hoá dương và lẻ. 3. Lý thuyết về phản ứng hóa học: Đây là lý thuyết về các quá trình hóa học được nghiên cứu ở học kì 2 lớp 10 phổ thông trung học: bản chất của phản ứng hóa học được nghiên cứu sâu và được giái thích bằng sự phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử các chất tham gia phản ứng và tạo thành liên kết mới để tạo ra phân tử chất mới. Các qui luật nhiệt hóa được nghiên cứu về mặt năng lượng của phản ứng hóa học. Động học phản ứng hóa học được nghiên cứu ở mức độ kinh nghiệm.Ví dụ : Khi giảng dạy phản ứng: H2 + O2 → 2H2O- Giáo viên dựa vào thuyết phản ứng hoá học chỉ rõ cho học sinh thấy bản chất của phản ứng là sự phá huỷ liên kết trong phân tử H2 và O2 tạo thành các nguyên tử H và O sau đó hình thành liên kết mới : Liên kết giữa một nguyên tử O kết hợp với hai nguyên tử H tạo thành phân tử H2O. →Giáo dục thế giới quan cho học sinh : “vật chất không tự sinh ra cũng không tự mất đi mà chỉ chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác”. 4. Thuyết cấu tạo các hợp chất hữu cơ : Thuyết cấu tạo hóa học hữu cơ được bắt đầu từ các nội dung cơ bản của thuyết Bút lê rốp và được mở rộng bằng các quan điểm của thuyết electron và cấu trúc không gian. Nội dung của học thuyết giúp nghiên cứu cấu trúc của các loại hợp chất hữu cơ và là cơ sở để giải thích các chất hữu cơ, ảnh hưởng giữa các nguyên tử trong phân tử. Thuyết cấu tạo gồm các hợp chất hữa cơ được nghiên cứu ở phần đầu của hóa học hữu cơ lớp 11 học kỳ 2.Dựa trên 3 luận điểm của thuyết cấu tạo các hợp chất hữu cơ của Bút lê rốp có thể giải thích các vấn đề. Ví dụ 1: Ứng với công thức phân tử C2H6O ta có 2 chất có cấu tạo khác nhau => tính chất hoá học khác nhau.Ví dụ 2: Thành phần phân tử khác nhau và cấu tạo hoá học khác nhau => tính chất hoá học khác nhau : + Phụ thuộc vào số lượng các nguyên tử. C4H10 : Chất khí . C5H12 : Chất lỏng. + Phụ thuộc vào bản chất các nguyên tử. CH4 : Chất khí, dễ cháy. CCl4 : Chất lỏng, không cháy.Ví dụ 3: Vận dụng sự ảnh hưởng qua lại trong các nguyên tử trong phân tử phenol. Giải thích vì sao phenol phản ứng được với NaOH còn C2H5OH thìng phản ứng.Do gốc _C6H5 rút điện tử làm cho nguyên tử H trong nhóm –OH của C6H5OH linh động dễ tách ra do đó C6H5OH có tính axít và phản ứng với NaOH.Ví dụ 4: Vận dụng sự khác nhau về cấu tạo để giải thích một số tính chất vật lý như:So sánh nhiệt độ sôi của C2H5OH và CH3COOH.Nhiệt độ sôi của CH3COOH > C2H5OH. 5. Lý thuyết sự điện ly : Lý thuyết sự điện li có đóng góp thực sự vào việc nghiên cứu các chất điện li về mặt cơ chế và qui luật phản ứng. Nó cho phép khám phá bản chất của các chất điện li, các quá trình điện li ,phát triển và khái quát các kiến thức về các loại chất axit, bazơ lưỡng tính và chứng minh tính tương đối của sự phân loại này . Lý thuyết này đưa ra khả năng giải thích sự phụ thuộc tính chất của các điện li vào thành phần và cấu tạo của chúng theo quan điểm của thuyết Prôton .Ví dụ 1: Dựa vào thuyết về sự điện ly, dự đoán sự tồn tại các nhóm ion trong dung dịch.a) HCO3- , K+ , Ca2+ , H+b) HCO3 , Na+ , Ba2+ , OH- c) Fe2+ , Cl- , NO3- , S2-Trong 1 dung dịch.a) Ion H+ nếu nhiều thì không thể tồn tại cùng với HCO3- vì xảy ra phản ứng.H+ + HCO3- → CO2 + H2Ob) OH- không thể tồn tại cùng với HCO32 - vì OH- + HCO3- → H2O + CO3c) Fe+ không thể tồn tại cùng với S2 - vì Fe+ + S2 - → FeS !Ví dụ 2: Dự đoán phản ứng hoá học xảy ra.Về nguyên tắc Ag không phản ứng với các dung dịch axít loãng nhưng Ag có khả năng đẩy được H2 khỏi axít HI vì tạo AgI khó tan.2Ag + 2HI → 2AgI¯ + H2Ví dụ 3: Vì sao HF tan vô hạn trong nước nhưng tính axít của nó lại là axít yếu. Trong dung dịch nước .HF + H2O → H3O+ + F- Ka = 7,2 x 10-5 Ngoài quá trình phân li kém của HF gây nên chủ yếu bởi năng lượng liên kết H – F rất lớn còn có thêm quá trình kết hợp của ion F- với phân tử HF.F- + HF → HF2 K = 5 → Hàm lượng tương đối của H3O+ không đáng kể → khi tác dụng với NaOH hay KOH thì HF tạo ra muối NaHF2 hay KHF2 .Ví dụ 4:Tính axit trong dãy từ HF → HI thay đổi như thế nào ? Nguyên nhân.- Dung dịch nước của các Hidrô Halogenua là những axít và được gọi là axít halogen hidricHX + H2O → H3O+ + X- Tính axít trong dãy tăng HF < HCl < HBr < HI nguyên nhân là do từ F → I bán kính nguyên tử tăng, độ xen phủ e của các nguyên tử H và halogen giảm, vùng xen phủ nằm ở khoảng cách xa hạt nhân nguyên tử halogen bị chặn mạnh hơn do số lớp e trung gian tăng → năng lượng liên kết H – X giảm → khả năng tách H+ khi các HX tan vào H2O tăng → tính axít tăng. Các Định Luật cơ bản của Hóa Học: Các định luật hóa học được đưa vào chương trình để giúp cho quá trình nghiên cứu các qui luật chung và riêng biệt về cấu tạo chất và sự biến đổi các chất. 1. Định luật thành phần không đổi : nghiên cứu thành phần định lượng về cấu trúc phân tử các chất , làm cơ sở dể xác định các nguyên tố hóa học tạo nên phân tử các chất . từ số nguyên tử của các nguyên tố có trong thành phần các chất là cơ sở để biểu diễn, mô tả các chất bằng kí hiệu, công thức hóa học các chất.Định luật được nghiên cứu ở chương II lớp 8 PTTHCS. 2. Định luật bảo toàn khối lượng : Nghiên cứu qui luật bảo toàn khối lượng các chất trong phản ứng hóa học quá trình biến đỏi , vận động của vật chất : khối lượng các chất được bả̀o toàn chỉ có “thay đổi lại cấu tạo , sấp xếp lại các nguyên tử để tạo chất mới”. Định luật làm cơ sở cho việc tính toán định lượng các chất trong phản ứng hóa học. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng giải các bài toán định lượng.Ví dụ 1: Để đốt cháy hoàn toàn 4,45g chất hữu cơ A, người ta phải dùng hết 4,2 lít O2 . Sản phẩm cháy gồm có 3,15g H2O và 3,92 lít hỗn hợp N2 và CO2. Các thể tích đo ở đktc. Xác định CTPT của chất A biết tỉ khối hơi của A đối với H2là 44,5. Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có : mA + mO2 - mH2O = mN2 + mCO2 Từ đó đặt 1 phương trình theo mN2 + mCO2 = 7,3 Tiếp tục sử dụng các dữ kiện còn lại giải tiếp bài toán. 3. Định luật Avôgađgo : Xác định thể tích một phân tử chất khí trong điều kiện chuẩn . Định luật giúp cho việc nghiên cứu định lượng quá trình biến đổi chất khí trong điều kiện chuẩn và mở rộng trong các điều kiện khác theo phương trình trạng thái của chất khí .Ví dụ 1: khi làm bay hơi 15g chất B chiếm 1 thể tích bằng thể tích của 7g khí N2 (đo cùng điều kiện). Tìm khối lượng mol phân tử khí B.Để giải bài toán này giáo viên hướng dẫn học sinh áp dụng hệ quả của định luật Avôgadrô, đó là trong cùng điều kiện tỉ lệ thể tích tương ứng với tỉ lệ số mol --> số mol của 15g B bằng số mol của 7g N2 --> giải tiếp bài toán. 4. Định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học : Nghiên cứu qui luật biến đổi tuần hoàn tính chất các nguyên tố , các hợp chất trong chu kỳ , nhóm của các nguyên tố hóa học . Cùng với thuyết electron xác định mối liên hệ giữa vị trí các nguyên tố trong HTTH . qui luật biến đổi tính chất các chất với cấu tạo nguyên tử , dạng liên kết hóa học các chất . Trên cơ sở đó mà dự đoán tính chất các chất, định hướng cao sự nghiên cứu thực nghiệm các chất và hình thành kĩ năng dự đóan khoa học trong học tập hóa học cho học sinh. 5. ĐỊnh Luật Tỉ lệ bội số: Định luật tỷ lệ bội số của John Dalton cho rằng các nguyên tử của một nguyên tố này hiện diện trong chất với một tỷ lệ nhất định là các số nguyên nhỏ nhất (thí dụ O và H tồn tại trong phân tử nước theo tỷ lệ 1:2) Kết Luận: 1. Các thuyết – định luật hóa học giữ vai trò cơ sở lý thuyết cho toàn bộ chương tư(nh , giúp cho việc nghiên cứu các vấn đề cụ thể của chương trình hóa học. Sự nghiên cứu lý thuyết – định luật có giá trị phương pháp luận và quan trọng ở tất cả các giai đoạn của sự tổng kết, khái quát hóa kiến thức. Sự tổng kết các vấn đề trên cơ sở lý thuyết chủ đạo tạo điều kiện phát triễn tư duy lí thuyết, một phương pháp nhận thức , học tập cơ bản của bộ môn hóa học . 2. Các thuyết làm cơ sở cho sự nghiên cứu hóa học đều đặt ở đầu chương trình để giúp cho việc nghiên cứu các vấn đề cụ thể được dễ dàng hơn . Một số định luật, qui tắc học xen kẽ với phần cụ thể nghiên cứu về các chất nhưng vẫn đảm bảo vai trò chủ đạo của lí thuyết : được nghiên cứu trước một bước làm cơ sở cho việc giải thích , hiểu sâu về chất và sự biến đổi của chúng. 3. Thông qua việc nghiên cứu các thuyết, định luật hóa học mà hình thành thế giới quan khoa học, cơ sở của phép biện chứng. |