Giáo án NLS chuyên đề Hoá học 10 Bài 4: Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs

BÀI 4: ENTROPY VÀ BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO GIBBS

I. MỤC TIÊU

1. Kiến thức

 Học xong bài này, HS đạt các yêu cầu sau:

• Nêu được khái niệm về entropy.
• Nêu được ý nghĩa của dấu và trị số của biến thiên năng lượng tự do Gibbs .
• Tính được từ bảng cho sẵn các giá trị và của các chất.

2. Năng lực 

 Năng lực chung:

• Năng lực tự chủ và tự học trong tìm tòi khám phá
• Năng lực giao tiếp và hợp tác trong trình bày, thảo luận và làm việc nhóm
• Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong thực hành, vận dụng.

Năng lực riêng: 

• Rèn luyện năng lực sử dụng ngôn ngữ hóa học, nhận thức hóa học, tìm hiểu tự nhiên dưới góc độ hóa học, năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng đã học.

Năng lực số: 

• [1.2.NC1b]: Đánh giá dữ liệu, thông tin và nội dung số - HS tiến hành quan sát, đánh giá sự thay đổi mức độ hỗn loạn (entropy) thông qua việc phân tích dữ liệu video mô phỏng hạt vi mô trên không gian số thay vì chỉ nhìn hình ảnh tĩnh. 
• [2.1.NC1a]: Tương tác thông qua công nghệ số - HS sử dụng thiết bị điện thoại thông minh để truy cập và tương tác trực tiếp trên nền tảng Quizizz/Kahoot nhằm hoàn thành bài tập trắc nghiệm củng cố kiến thức ở phần Luyện tập. 
• [2.4.NC1a]: Hợp tác thông qua công nghệ số - HS chủ động đề xuất sử dụng công cụ số (Google Docs hoặc Google Sheets) tạo không gian làm việc chung để các thành viên hợp tác tính toán biến thiên năng lượng tự do Gibbs . 
• [3.1.NC1a]: Phát triển nội dung số - HS áp dụng phần mềm Canva để tạo và chỉnh sửa một Infographic tóm tắt kiến thức Nhiệt động học (sự phụ thuộc của vào và ), kết hợp định dạng văn bản và đồ họa. 
• [5.3.NC1b]: Sử dụng sáng tạo công nghệ số - HS áp dụng xử lý nhận thức tập thể bằng cách cùng nhau trao đổi, dự đoán chiều hướng phản ứng () trên không gian bảng ảo Padlet. 

Năng lực AI: 

• [10.A1.2]: Con người cần kiểm soát AI: HS giải thích được tại sao việc con người kiểm soát AI là quan trọng: Khi sử dụng AI để dự đoán các phản ứng tỏa nhiệt mạnh có khả năng tự phát () trong nhà máy hóa chất, con người phải kiểm soát chặt chẽ thông số đầu vào và hệ thống tự động để tránh các vụ nổ do AI đánh giá sai ngưỡng an toàn sinh thái.
• [10.C3.3]: Một số công nghệ trong AI: HS phân biệt được AI tạo sinh (Generative AI) với hệ thống AI phân loại/dự đoán (Classification/Prediction AI): Dùng ChatGPT để tóm tắt khái niệm Entropy là AI tạo sinh; Dùng phần mềm AI học máy phân tích dữ liệu nhiệt động học () để dự đoán một phản ứng có tự diễn biến hay không là AI dự đoán. 

3. Phẩm chất

• Có ý thức học tập, ý thức tìm tòi, khám phá và sáng tạo, có ý thức làm việc nhóm, tôn trọng ý kiến các thành viên khi hợp tác.
• Chăm chỉ tích cực xây dựng bài, có trách nhiệm, chủ động chiếm lĩnh kiến thức theo sự hướng dẫn của GV.

II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU 

1. Đối với GV

- SGK Chuyên đề Hóa học 10, Tài liệu giảng dạy, KHBD, đồ dùng dạy học, hình ảnh về sự biến đổi entropy của một số chất.

- Máy tính cá nhân/Laptop, màn hình máy chiếu/Tivi tương tác, kết nối Internet tốc độ cao. Các phần mềm ứng dụng: Quizizz/Kahoot (tạo câu hỏi trắc nghiệm), website kenhhoctap.edu.vn, nền tảng AI (ChatGPT/Gemini), ứng dụng Google Docs/ Padlet, Canva.

- Video AI tạo bằng công cụ AI được dùng để khởi động bài học. 

2. Đối với HS

- SGK Chuyên đề Hóa học 10, vở ghi, giấy nháp, đồ dùng học tập (bút, thước...), bảng nhóm, bút viết bảng nhóm.

- Điện thoại thông minh (Smartphone) hoặc máy tính bảng có kết nối Internet, cài sẵn trình duyệt web.

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

1. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG 

a) Mục tiêu: 

- HS được gợi mở về bài học.

b) Nội dung: HS đọc tình huống mở đầu, suy nghĩ trả lời câu hỏi.

c) Sản phẩm: HS trả lời được câu hỏi mở đầu.

d) Tổ chức thực hiện: 

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ: 

- GV đặt câu hỏi: “Dựa vào đại lượng nào để dự đoán phản ứng hóa học có thể xảy ra được hay không?”

- GV tiếp tục yêu cầu HS xem video AI được thiết kế để phục vụ bài dạy và trả lời câu hỏi xuất hiện trong video đó.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ: HS quan sát và chú ý lắng nghe, thảo luận nhóm đôi hoàn thành yêu cầu.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận: GV gọi một số HS trả lời, HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV đánh giá kết quả của HS, trên cơ sở đó dẫn dắt HS vào bài học mới. 

[2.1.NC1a]: HS quan sát, lắng nghe thiết bị hiển thị và thực hiện tương tác với nội dung số (Video AI) để nhận biết tình huống khởi động bài học. 

2. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI

Hoạt động 1: Entropy

a) Mục tiêu: 

- Nêu được khái niệm về entropy, biến thiên entropy.

b) Nội dung:

 HS đọc SGK, nghe giảng, thực hiện các nhiệm vụ được giao, đọc hiểu ví dụ, trả lời câu hỏi 1, 2.

c) Sản phẩm: HS hình thành được kiến thức bài học, tính được biến thiên entropy trong một số bài toán, so sánh được giá trị entropy trong một số trường hợp.

d) Tổ chức thực hiện:

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

Hoạt động 2: Năng lượng tự do Gibbs

a) Mục tiêu: 

- Nêu được ý nghĩa của dấu và trị số của biến thiên năng lượng tự do Gibbs .

- Tính được từ bảng cho sẵn các giá trị và của các chất.

b) Nội dung: HS đọc SGK để tìm hiểu nội dung kiến thức theo yêu cầu của GV, chú ý nghe giảng, thực hiện các nhiệm vụ.

c) Sản phẩm: HS nêu được ý nghĩa của biến thiên năng lượng tự do, tính được 

d) Tổ chức thực hiện: 

3. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

a) Mục tiêu: Học sinh củng cố lại kiến thức đã học.

b) Nội dung: HS vận dụng các kiến thức của bài học làm Câu hỏi 3, 4 (SGK -tr25), 5, 6 (SGK -tr27).

c) Sản phẩm học tập: HS giải được bài về entropy và năng lượng tự do Gibbs.

d) Tổ chức thực hiện:

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

4. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

a) Mục tiêu: 

- Học sinh thực hiện làm bài tập vận dụng để nắm vững kiến thức.

b) Nội dung: HS sử dụng SGK và vận dụng kiến thức đã học để làm bài tập.

c) Sản phẩm: HS vận dụng kiến thức đã học giải quyết được bài toán 

d) Tổ chức thực hiện: 

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

- Gv giới thiệu thêm các kiến thức 

1. Quá trình tự diễn biến và entropy:

Trong tự nhiên có nhiều quá trình tự xảy ra và cũng có quá trình không tự xảy ra.

Ví dụ: Mở lọ nước hoa, mùi nước hoa bay từ lọ ra khắp phòng, chứ mùi nước hoa không tự chui từ phòng vào lọ. Hai vật có nhiệt độ khác nhau để cạnh nhau, nhiệt chỉ có thể truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn mà không thể ngược lại.

Quá trình chuyển nước hoa từ lọ ra khắp phòng hay nói chung quá trình chuyển từ trạng thái lỏng thành khí làm cho hệ mất trật tự hơn (khi khoảng cách giữa các phân tử tăng lên, các phân tử sẽ chuyển động nhiều hơn dẫn đến hệ mất trật tự hơn). Tương tự, quá trình chuyển từ trạng thái lỏng về rắn làm cho hệ trật tự hơn.

Sự biến thiên của entropy được xác định bằng thực nghiệm dựa vào nhiệt của quá trình, nó là một hàm trạng thái: .

Quá trình chuyển trạng thái từ rắn lỏng khí là thu nhiệt và entropy tăng .

Quá trình chuyển trạng thái từ khí lỏng rắn là toả nhiệt và entropy giảm .

Biến thiên là độ đo tính không thuận nghịch của quá trình trong hệ cô lập và đăc trưng cho chiều diễn biến của các quá trình tự nhiên. (Hệ được gọi là cô lập nếu gồm hệ khảo sát và môi trường xung quanh).

Bài 1: Quá trình chuyển nhiệt của hệ ở cho môi trường xung quanh ở có tự xảy ra không?

Bài 2: Một mol nước đá tại nhiệt độ và áp suất 1 bar nếu hấp thụ nhiệt thì có tự chảy ra thành nước lỏng không?

2. Biến thiên năng lượng tự do Gibbs với cân bằng hóa học

Phản ứng: đạt tới trạng thái cân bằng hoá học có hằng số cân bằng .

Nhiệt động học đã chứng minh được quan hệ giữa năng lượng tự do Gibbs và hằng số cân bằng: .

(R là hằng số lí tưởng, R = 8,314 J/(mol.K)).

Bài 3: Phản ứng:           có các số liệu sau:

Tính hằng số cân bằng của K của phản ứng.

- Để tóm tắt chuyên đề một cách hệ thống, HS hãy áp dụng các cách tạo và chỉnh sửa nội dung ở các định dạng khác nhau: Thay vì viết bảng tóm tắt vào vở, sử dụng phần mềm đồ họa Canva (hoặc PowerPoint) để thiết kế một Infographic kĩ thuật số (Bản đồ tư duy Nhiệt động học). Trình bày sự phụ thuộc của chiều phản ứng () vào dấu của và bằng sơ đồ khối, kết hợp với các bài tập giải ở trên, xuất file (PNG/PDF) nộp cho GV.

- Sản phẩm Infographic (Canva): Trình bày ma trận đánh giá chiều phản ứng: Nếu (Luôn tự xảy ra); Nếu (Không bao giờ tự xảy ra)... Bố cục khoa học, màu sắc rõ ràng.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS suy nghĩ, trao đổi, thảo luận thực hiện nhiệm vụ.

- HS tính toán giải quyết bài tập hóa học.

- Thao tác phần mềm thiết kế đồ họa tạo ấn phẩm số hóa.

- GV điều hành, quan sát, hỗ trợ.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận

- Tiết học sau, HS nộp file thiết kế cho GV và trình chiếu giới thiệu cách học thông qua sơ đồ số.

- Bài tập: đại diện HS trình bày kết quả thảo luận, các HS khác theo dõi, đưa ý kiến.

Bước 4: Kết luận, nhận định

- GV nhận xét tính chính xác của phương trình logarit, đánh giá kĩ năng thiết kế nội dung số trực quan giúp hệ thống hóa kiến thức Hóa lí phức tạp.

- GV nhận xét, đánh giá, đưa ra đáp án đúng, chú ý các lỗi sai của học sinh hay mắc phải.

[3.1.NC1a]: Bằng việc sử dụng phần mềm đồ họa (Canva/PPT), HS làm việc với kiến thức Nhiệt động học trừu tượng, tiến hành tạo và chỉnh sửa định dạng nội dung số (kết hợp sơ đồ khối, văn bản và công thức toán học) để tạo ra một Infographic tóm tắt chuyên nghiệp, thay thế cho cách ghi chép bảng biểu truyền thống.

Đáp án:

Bài 1:
…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..