Trong cuộc sống có rất nhiều hiện tượng tự nhiên mà phải cần kiến thức của môn Hoá học để giải thích những hiện tượng tự nhiên này. Chương trình GDPT 2018 về Môn Hoá có rất nhiều đổi mới theo hướng tăng cường vận dụng kiến thức môn học vào giải quyết các vấn đề thực tiễn xảy ra trong cuộc sống và trong tự nhiên mà giảm tải bớt những kiến thức hàn lâm và nặng nề về tính toán các dạng toán phức tạp như trước đây.

Sau đây là một số hiện tượng trong tự nhiên và trong cuộc sống, một số ứng dụng của hoá học mà chúng ta phải dùng kiến thức môn Hoá để giải thích: 

HIỆN TƯỢNG HÓA HỌC THỰC TIỄN

SỰ ĐIỆN LI

Câu 1. Tại sao nước không dẫn điện nhưng khi cho dây điện xuống nước ao, hồ, sông... thì các sinh vật như cá, tôm... lại bị điện giật?

Giải thích: nước nguyên chất là chất điện li rất yếu nên không dẫn điện, nhưng nước có trong tự nhiên như ở ao hồ, sông suối thì có hòa tan các loại ion như Fe³⁺, Mg²⁺.... nên các ion này làm cho nước trong tự nhiên có khả năng dẫn điện.

Câu 2. Tại sao để bảo vệ răng con người phải ăn thức ăn ít chua, ít đường, đánh răng sau khi ăn?

Giải thích: Răng được bảo vệ bởi lớp men cứng, dày khoảng 2 mm. Lớp men này là hợp chất Ca₅(PO₄)₃OH và được tạo thành bằng phản ứng :

 5Ca²⁺ + 3PO₄^3- + OH^-  ⇔ Ca₅(PO₄)₃OH  (1)

Quá trình tạo lớp men này là sự bảo vệ tự nhiên của con người chống lại bệnh sâu răng. Sau bữa ăn, vi khuẩn trong miệng tấn công các thức ăn còn lưu lại trên răng tạo thành các axit hữu cơ như axit axetic, axit lactic. Thức ăn có hàm lượng đường cao tạo điều kiện cho việc sản sinh các axit đó.Lượng axit trong miệng tăng, pH giảm, làm cho phản ứng sau xảy ra: H⁺ + OH^-  →  H₂O

Khi nồng độ pH giảm, theo nguyên lí lơ sa –tơ – li – e, cân bằng (1) chuyển dịch theo chiều nghịch và men răng bị mòn tạo điều kiện cho sâu răng phát triển.Trong thuốc đánh răng người ta trộn thêm NaF vì ion F^- tạo điều kiện cho phản ứng: 5Ca²⁺ + 3PO₄^3- + F^-  ⇔Ca₅(PO₄)₃F.

Hợp chất Ca₅(PO₄)₃F là men răng thay thế một phần cho Ca₅(PO₄)₃OH

Câu 3: Vì sao khi ăn trái cây không nên đánh răng ngay ?

Giải thích: Vì chất chua (tức axit hữu cơ) có trong trái cây sẽ kết hợp với những thành phần trong thuốc đánh răng theo bàn chải sẽ tấn công các kẽ răng và gây tổn thương cho lợi. Bởi vậy người ta đợi đến khi nước bọt trung hòa lượng axit trong trái cây nhất là táo, cam, nho, chanh…

Câu 4: Vì sao nước rau muống đang xanh khi vắt chanh vào thì chuyển sang màu đỏ ?

Giải thích: Có một số chất hóa học gọi là chất chỉ thị màu, chúng làm cho dung dịch thay đổi khi độ axit thay đổi. Trong rau muống (và vài loại rau khác) có chấy chỉ thị màu này, trong chanh có 7% axit xitric. Vắt chanh vào nước rau làm thay đổi độ axit, do đó làm thay đổi màu của nước rau. Khi chưa vắt chanh nước rau muống màu xanh lét là chứa chất kiềm.

NHÓM NITROGEN

Câu 1: Ca dao Việt Nam có câu:

“Lúa chiêm lấp ló ngoài bờ

Hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên”

Mang ý nghĩa hóa học gì ?

Giải thích: Câu ca dao có nghĩa là: Khi vụ lúa chiêm đang trổ đồng mà có trận mưa rào kèm theo sấm chớp thì rất tốt và cho năng suất cao. Vì sao vậy ?

Do trong không khí có khoảng 80% Nitơ và 20 % oxi. Khi có sấm chớp (tia lửa điện) thì:  N₂ + O₂ → 2NO    Sau đó:   2NO + O₂ → 2NO₂

Khí NO₂ hòa tan trong nước:  4NO₂ + O₂ + H₂O → 4HNO₃

HNO₃ hòa tan trong đất được trung hòa bởi một số muối tạo muối nitrat cung cấp N cho cây.Nhờ có sấm chớp ở các cơn mưa giông, mỗi năm trung bình mỗi mẫu đất được cung cấp khoảng 6-7 kg nitơ.

Áp dụng: Đây là một câu ca dao mang ý nghĩa thực tiễn rất thường gặp trong đời sống. Đây quả là một kinh nghiệm được ông cha ta rút ra qua những tháng năm canh tác nông nghiệp. Học sinh cũng dễ dàng quan sát để kiểm nghiệm và giải thích được một cách khoa học về vấn đề trên.

Câu 2: Bột nở là chất gì mà có thể làm cho bánh to ra và xốp được ?

Giải thích: NH₄HCO₃ được dùng làm bột nở vì khi trộn thêm bột mì hoặc các bột khác, lúc nướng bánh NH₄HCO₃ phân hủy thành các chất khí và hơi làm cho bánh xốp và nở.

NH₄HCO₃  →NH₃ + CO₂  + H₂O

Câu 3. Thuốc nổ đen  thành phần có thành phần như thế nào?

Chính xác, hỗn hợp có thành phần khối lượng như sau: 74,64% nitrat kali, 13,51% bột carbon, 11,85% lưu huỳnh. Trước đây, các thành phần hỗn hợp thành phần rất tồi, nên tỷ lệ khó chính xác, ảnh hưởng nhiều đến khả năng bắt cháy, tốc dộ cháy, năng lượng cháy. Giữa thế kỷ 18 ở châu Âu trộn hỗn hợp theo tỷ lệ 75% diêm sinh, 15% bột than củi, 10% lưu huỳnh

Phản ứng cháy của hỗn hợp rất phức tạp, đơn giản có thể viết:  2 KNO₃ + S + 3 C → K₂S + N₂ + 3 CO₂

Một cách viết phức tạp hơn, nhưng vẫn chưa mô tả được hết phản ứng:10 KNO₃ + 3 S + 8 C → 2 K₂CO₃ + 3 K₂SO₄ + 6 CO₂ + 5 N₂

Câu 4: “Ma trơi” là gì ? Ma trơi thường xuất hiện ở đâu ?

Giải thích: Trong xương của động vật luôn có chứa một hàm lượng photpho. Khi cơ thể động vật chết đi, nó sẽ phân hủy một phần thành photphin PH₃ và lẫn một ít điphotphin P₂H₄. Photphin không tự bốc cháy ở nhiệt độ thường. Khi đun nóng đến 150^oC thì nó mới cháy được. Còn điphotphin P₂H₄ thì tự bốc cháy trong không khí và tỏa nhiệt. Chính lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình này làm cho photphin bốc cháy:

2PH₃ + 4O₂ → P₂O₅ + 3H₂O

Quá trình trên xảy ra cả ngày lẫn đêm nhưng do ban ngày có các tia sáng của mặt trời nên ta không quan sát rõ như vào ban đêm.Hiện tượng ma trơi chỉ là một quá tŕnh hóa học xảy ra trong tự nhiên. Thường gặp ma trơi ở các nghĩa địa vào ban đêm.

Áp dụng: Đây là một hiện tượng tự nhiên chứ không phải là một hiện tượng “ thần bí ” nào đó, tránh tình trạng mê tín dị đoan, làm cho cuộc sống thêm lành mạnh..

Câu 5: Tại sao những con chuột sau khi ăn thuốc chuột lại đi tìm nước uống. Vậy thuốc chuột là gì ? Cái gì đã làm chuột chết ? Nếu sau khi ăn thuốc mà không có nước uống nó chết mau hơn hay lâu hơn ?

Giải thích: Thuốc chuột là Zn₃P₂ sau khi ăn Zn₃ P₂ bị thuỷ phân rất mạnh, hàm lượng nước trong cơ thể chuột giảm, nó khát và đi tìm nước:

          Zn₃P₂ + 6H₂O → 3Zn(OH)₂+ 2PH₃­           Chính PH₃ đã giết chết chuột.

Càng nhiều nước đưa vào  PH₃ thoát ra càng nhiều  chuột càng nhanh chết. Nếu không có nước chuột chết lâu hơn

Câu 6: Tại sao những người có thói quen ăn trầu thì luôn có lợi và hàm răng chắc khỏe?

Giải thích: Trong miếng trầu có vôi Ca(OH)₂ chứa Ca²⁺ và OH^- làm cho quá trình tạo men răng (Ca₅(PO₄)₃OH) xảy ra thuận lợi:

5Ca²⁺ + 3PO₄^3- + OH^-  ⇔ Ca₅(PO₄)₃OH

Chính lớp men này chống lại sâu răng.

Câu 7: Người ta biết chất diệp lục trong cây xanh có công thức phân tử C₅₅H₇₀O₅N₄Mg. Cây xanh tạo chất này nhờ CO₂ (trong không khí), hiđro (từ nước trong đất) và các chất vô cơ là nitơ, magie (từ đất lên). Khi cây bị vàng lá người ta nghi là không đủ chất diệp lục. Vậy theo em nên bón loại phân nào giúp cây tạo chất diệp lục hiệu quả nhất ?

Giải thích: Nên dùng phân đạm như phân magie sunfat và amoni sunfat (NH₄)₂SO₄ vì 2 loại phân này có Mg và N cung cấp cho cây.

Câu 8: Vì sao người ta dùng tro bếp để bón cho cây ?

Giải thích: Trong tro bếp có chứa muối K₂CO₃ cung cấp nguyên tố kali cho cây.

Câu 9: Tại sao khi nông nghiệp phát triển thì các vi khuẩn, nấm, giun tròn sống trong đất, nước… giảm đi rất  nhiều nơi không còn nữa ?

Giải thích: Một số phân bón có thể tiêu diệt các loại sinh vật có hại này. Ví dụ trước khi trồng khoai tây một tuần người ta đưa vào đất một lượng urê (1,5 kg/m²) thì các mầm bệnh bị tiêu diệt hoàn toàn. Hiện tượng dễ thấy là không còn đỉa trong nước ở nhiều nơi như ngày trước nữa.

Câu 10: Tại sao để cải tạo đất ở một số ruộng chua người ta thường bón bột vôi ?

Giải thích: Thành phần của bột vôi  gồm CaO và Ca(OH)₂ và một số ít CaCO₃. Ở ruộng chua có chứa axit, pH < 7, nên sẽ có phản ứng giữa axit với CaO, Ca(OH)₂ và một ít CaCO₃ làm giảm tính axit nên ruộng sẽ hết chua.

NHÓM CACBON

Câu 1: Tại sao khi tô vôi lên tường thì lát sau vôi khô và cứng lại ?

Giải thích: Vôi là canxi hiđroxit, là chất tan ít trong nước nên khi cho nước vào tạo dung dịch trắng đục, khi tô lên tường thì Ca(OH)₂ nhanh chống khô và cứng lại vì tác dụng với CO₂ trong không khí theo phương trình:  Ca(OH)₂  +  CO₂  →CaCO₃ + H₂O

Câu 2: Tại sao không thể dập tắt đám cháy của các kim loại: K, Na, Mg bằng khí CO₂ ?

Giải thích:  Do các kim loại trên có tính khử mạnh nên vẫn cháy được trong khí CO₂

                              Mg + CO₂  →   MgO  +  C

Câu 3: “Hiệu ứng nhà kính” là gì?

Giải thích: Khí cacbonic CO₂ trong khí quyển chỉ hấp thụ một phần những tia hồng ngoại (tức là những bức xạ nhiệt) của Mặt Trời và để cho những tia có bước sóng từ 50000 đến 100000 Å đi qua dễ dàng đến mặt đất. Nhưng những bức xạ nhiệt phát ra ngược lại từ mặt đất có bước sóng trên 140000 Å bị khí CO₂ hấp thụ mạnh và phát trở lại Trái Đất làm cho Trái Đất ấm lên. Theo tính toán của các nhà khoa học thì nếu hàm lượng CO₂ trong khí quyển tăng lên gấp đôi so với hiện tại thì nhiệt độ ở mặt đất tăng lên 4^oC.

Về mặt hấp thụ bức xạ, lớp CO₂ ở trong khí quyển tương đương với lớp thủy tinh của các nhà kính dùng để trồng cây, trồng hoa ở xứ lạnh. Do đó hiện tượng làm cho Trái Đất ấm lên bởi khí CO₂ được gọi là hiệu ứng nhà kính.

Áp dụng: Ngày nay hiện tượng “Hiệu ứng nhà kính” trở thành một vấn đề có ảnh hưởng mang tính toàn cầu. Mục đích vấn đề giúp học sinh biết được nguyên nhân và tác hại của hiệu ứng nhà kính nhằm nâng cao ý thức bảo vệ môi trường. Giáo viên có thể đặt vấn đề này khi dạy tích hợp môi trường ở

Câu 4: Vì sao than chất thành đống lớn có thể tự bốc cháy ?

Giải thích: Do than tác dụng với O₂ trong không khí tạo CO₂, phản ứng này tỏa nhiệt. Nếu than chất thành đống lớn phản ứng này diễn ra nhiều nhiệt tỏa ra được tích góp dần khi đạt tới nhiệt độ cháy của than thì than sẽ tự bốc cháy.

Câu 5: Tại sao khi cơm bị khê, ông bà ta thường cho vào nồi cơm một mẫu than củi ?

Giải thích: Do than củi xốp, có tính hấp phụ nên hấp phụ hơi khét của cơm làm cho cơm đỡ mùi khê.

Câu 6: Làm thế nào để biết dưới giếng có khí độc CO hoặc khí thiên nhiên CH₄ không có oxi để tránh khi xuống giếng bị chết ngạt ?

Giải thích: Trong các giếng sâu ở một số vùng đồng bằng thường có nhiều khí độc CO và CH₄ và thiếu oxi. Vì một lí do nào đó mà ta xuống giếng thì rất nguy hiểm. Đã có rất nhiều trường hợp tử vong do trèo xuống giếng gặp nhiều khí độc và chết ngạt do thiếu oxi. Điều tốt nhất là tránh phải xuống giếng, nếu có xuống thì nên mang theo bình thở oxi.

Trước khi xuống giếng cần thử xem trong giếng có nhiều khí độc hay không bằng cách cột một con vật như gà, vịt rồi thả xuống giếng. Nếu gà, vịt chết thì chứng tỏ dưới giếng có nhiều khí độc.

Áp dụng: Đây là hiện tượng hay xảy ra vào mùa khô. Mọi người không hề biết được sự nguy hiểm khi xuống giếng sâu. Thực tế là đã có nhiều cái chết thương tâm xảy ra mà báo đài đã nêu trong thời gian qua. Giáo viên cần đưa vào bài giảng để nhắc nhở học sinh và mọi người.

Câu 7: Câu tục ngữ: “ Nước chảy đá mòn” mang ý nghĩa hóa học gì?

Giải thích: Thành phần chủ yếu của đá là CaCO₃. Trong không khí có khí CO₂ nên nước hòa tan một phần tạo thành axit H₂CO₃. Do đó xảy ra phản ứng hóa học

                                        CaCO₃  +  CO₂  + H₂O  ⇔ Ca(HCO₃)₂

Khi nước chảy cuốn theo Ca(HCO₃)₂, theo nguyên lí dịch chuyển cân bằng thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo phía phải. Kết quả là sau một thời gian nước đã làm cho đá bị bào mòn dần.
Áp dụng: Hiện tượng này thường thấy ở những phiến đá có ḍòng nước chảy qua. Do hiện tượng xảy ra chậm nên phải thật sự chú ý chúng ta mới nhận ra điều này. Hiểu được điều này giúp học sinh biết được dụng ý khoa học của câu tục ngữ có từ xa xưa và làm cho hóa học trở nên rất gần gũi hơn trong cuộc sống đời thường.

Câu 8: Nham thạch do núi lửa phun ra là chất gì ?

Giải thích: Bên dưới vỏ trái đất là lớp dung nham gọi là macma ở độ sâu từ 75 km – 3000 km. Nhiệt độ của lớp dung nham này rất cao 2000 – 2500⁰C và áp suất rất lớn. Khi vở trái đất vận động, ở những nơi có cấu tạo mỏng, có vết nứt gãy thì lớp dug nham này phun ra ngoài sau một tiếng nổ lớn. Macma cấu tạo ở dạng bán lỏng gồm silicat của sắt và mangie. Dung nham thoát ra ngoài sẽ nguội dần và rắn lại thành nham thạch.

Câu 9:Tại sao không dùng bình thủy tinh đựng dung dịch HF ?

Giải thích: Tuy dung dịch axit HF là một axit yếu nhưng nó có khả năng đặc biệt là ăn mòn thủy tinh. Do thành phần chủ yếu của thủy tinh là silic đioxit SiO₂ nên khi cho dung dịch HF và thì có phản ứng xảy ra:

SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O

Áp dụng: Đây là phần kiến thức mà bất kì học sinh nào cũng phải biết được sau khi học bài Flo và hợp chất của nó. Học sinh biết giải thích và vận dụng trong thực tiễn tránh việc dùng bình thủy tinh đựng dung dịch HF.

ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỌC HỮU CƠ

Câu 1: Vì sao trong một ngày hoa phù dung có thể đổi màu tới 3 lần ?

Giải thích: Hoa phù dung đổi màu 3 lần trong ngày. Buổi sáng màu trắng, buổi trưa màu phớt hồng, buổi chiều màu hồng đậm hơn.Loài hoa, trước sau chỉ biến đổi thay nhau giữa các màu trắng, hồng, vàng, da cam, đỏ.

 Đó là sự thay đổi của chất caroten có trong thực vật.

Caroten là một loại sắc tố thường thấy trong mọi đóa hoa. Trong sữa động vật, trong chất béo cũng có sắc tố này nhưng nhiều hơn cả là trong của cà rốt ( chất màu vàng da cam). Caroten là một hiđrocacbon có CTPT C₄₀H₅₆.

Câu 2: Vitamin A, Vitamin C, Vitamin D có công thức hóa học như thế nào?

Trả lời: Vitamin A(retinol) có công thức phân tử là C₂₀H₃₀O, Vitamin C có công thức phân tử là C₆H₈O₆, Vitamin D có công thức phân tử là C₂₈H₄₄O.

 Áp dụng: Đây là những loại vitamin cần thiết cho cơ thể.

Câu 3:  Cơ thể chúng ta cần những hợp chất hữu cơ thiết yếu nào ?

Giải thích: Cơ thể chúng ta cũng chứa hàng nghìn loại các phân tử hữu cơ và vô cơ nên cũng được sắp xếp thành loại thiết yếu và không thiết yếu để chú ý khi nuôi dưỡng.

Có 24 hợp chất hữu cơ thiết yếu là: 9 amino axit, 2 axit béo và 13 vitamin. Có 15 thành phần thiết yếu vô cơ là: canxi, photpho, iôt, magie, kẽm, đồng, kali, natri, clo, coban, crom, mangan, molipđen và selen (có thể kể cả asen, vanađi và thiếc).

Các chất trên cơ thể lấy từ thực phẩm như amino axit lấy từ thịt, trứng, sữa… axit béo không no lấy từ đậu nành… vitamin lấy từ rau quả như vitamin A trong quả gấc, vitamin C trong quả chanh, cam, bưởi

II.5: Hệ thống các hiện tượng sử dụng trong những bài giảng Chương V: HYDROCARBON NO

Câu 1: Vì sao có khí metan thoát ra từ ruộng lúa hoặc các ao (hồ)?

Giải thích: Trong ruộng lúa, ao (hồ) thường chứa các vật thể hữu cơ. Khi các vật thể này thối rữa (hay quá trình phân hủy các vật thể hữu cơ) sinh ra khí metan. Người ta ước chừng 1/7 lượng khí methane thoát vào khí quyển hàng năm là từ các hoạt động cày cấy.

Lợi dụng hiện tượng này người ta đã làm các hầm biogas trong chăn nuôi heo tạo khí metan  để sử dụng đun nấu hay chạy máy …

Áp dụng: Đây là hiện tượng thường gặp và là cơ sở giải quyết các vấn đề về môi trường ở các địa phương chăn nuôi nhỏ lẽ. Giáo viên đưa vấn đề này vào trong phần liên hệ thực tế bài alkane

Câu 2. Khí methane gây nguy hiểm như thế nào khi làm trong hầm mỏ?

Giải thích:  Nổ khí metan và tiếp theo nữa là nổ bụi than là một trong những mối hiểm họa nguy hiểm nhất trong ngành công nghiệp khai thác mỏ. Khí methane là nguyên nhân của các tai nạn hầm mỏ lớn. Vụ tai nạn lớn nhất liên quan đến methane xảy ra vào năm 1903 tại Hoa Kỳ với 1.234 thợ mỏ thiệt mạng. Ở Ba Lan, vào năm 1974, tại mỏ Silesia đã xảy ra một vụ nổ khí metan,  tổn thất cho 34 thợ mỏ. Khí methane đặc biệt nguy hiểm khi tiến hành khai thác than hầm lớn mà không tuân thủ quy trình kỹ thuật và quy phạm an toàn. Nguyên  nhân đó là do phản ứng:

CH₄ + 2O₂ → CO­₂ + 2H₂O tỏa nhiệt lớn và gây ra nổ.

II.6: Hệ thống các hiện tượng sử dụng trong những bài giảng Chương VI: HYDROCARBON KHÔNG NO

Câu 1: Làm cách nào để quả mau chín ?

Giải thích: Từ lâu người ta đã biết xếp một số quả chín vào giữa sọt quả xanh thì toàn bộ sọt quả xanh sẽ nhanh chóng chín đều. Tại sao vậy ?

       Bí mật của hiện tượng này đã được các nhà khoa học phát hiện khi nghiên cứu quá trình chín của trái cây. Trong quá trình chín trái cây đã thoát ra một lượng nhỏ khí ethylene. Khí này sinh ra có tác dụng xúc tác quá trình hô hấp của tế bào trái cây và làm cho quả mau chín.Nắm được bí quyết đó người ta có thể làm chậm quá trình chín của trái cây bằng cách làm giảm nồng độ etilen do trái cây sinh ra. Điều này đã được sử dụng để bảo quản trái cây không bị chín nẫu khi vận chuyển xa. Ngược lại khi cần cho quả mao chín, người ta thêm ethylene vào kích thích quá trình hô hấp của tế bào trái cây.Ngày nay người ta dùng khí đá cho vào thùng trái cây để làm trái cây mau chín vì khi có hơi nước khí đá tác dụng trong môi trường ẩm sinh ra etilen làm trái cây mau chín.

Áp dụng: Đây là hiện tượng đã được sử dụng rất lâu nhưng không phải ai cũng biết giải thích được. Giáo viên có thể sử dụng hiện tượng trên liên hệ thực tế trong phần ứng dụng của etilen ở bài ALKENE.

Câu 2: Vì sao ném đất đèn xuống ao làm cá chết ? 

Giải thích: Đất đèn có thành phần chính là canxi cacbua CaC₂, khi tác dụng với nước sinh ra khí acetylene và calcium hidroxide

                                        CaC₂ + 2H₂O  → C₂H₂ + Ca(OH)₂

acetylene có thể tác dụng với nước tạo ra aldehyde acetic, chính chất này làm tổn thương đến hoạt động hô hấp của cá vì vậy có thể làm cá chết

Áp dụng: Giáo viên dùng hiện tượng này mở rộng cho phần điều chế nhằm cũng cố lại tính chất của acetylene phần alkyne.

Câu 3:Ttại sao người ta dùng khí acetylene để hàn và cắt kim loại?

acetylene cháy trong O₂ tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ khoảng 3000 độ C nên được dùng trong đèn xì acetylen-oxy dùng để hàn và cắt kim loại.

2C₂H₂ + 5O₂ —-> 4CO₂ + 2H₂O

Áp dung: Khi dạy phần ứng dụng của acetylene phần alkyne.