Giáo án Bài 4. Các nguyên tố hóa học và nước

Huy động vốn hiểu biết của HS về thành phần hóa học của cơ thể và tính chất của nước; xác định vấn đề cần giải quyết trong bài.

HS quan sát hình ảnh băng nổi trên mặt ao (hoặc cốc nước đá thả trong nước) và trả lời hai câu hỏi: (1) Theo em, cơ thể chúng ta được cấu tạo từ những nguyên tố hóa học nào? (2) Vì sao lớp băng lại nổi trên mặt nước, trong khi nhiều chất khác chìm xuống? Lớp băng có ý nghĩa gì với sinh vật dưới ao?

• HS nêu được ý kiến ban đầu về các nguyên tố chủ yếu (ví dụ: C, H, O, N) và dự đoán về tính chất của nước.
• HS ghi vào vở hai câu hỏi định hướng của bài: thành phần nguyên tố của tế bào và vì sao nước có tính chất đặc biệt.
• GV ghi nhận các dự đoán sai hoặc chưa đầy đủ để kiểm tra lại sau khi học.

HS nêu được các nguyên tố chiếm phần lớn khối lượng cơ thể, vai trò của P, S và nguyên tố vi lượng; giải thích được vì sao carbon là nguyên tố tạo bộ khung đa dạng; phân biệt nguyên tố với phân tử và ion.

HS làm việc nhóm 4 theo kỹ thuật khăn trải bàn, đọc nội dung bài học và hoàn thành Phiếu học tập số 1. Các câu hỏi trọng tâm:

• Kể tên các nguyên tố chiếm phần lớn khối lượng cơ thể.
• Nguyên tố P tham gia cấu tạo những thành phần nào? Nguyên tố S có trong loại chất nào?
• Vì sao nguyên tố vi lượng ít về lượng nhưng vẫn quan trọng?
• Vì sao carbon là nguyên tố tạo được nhiều bộ khung phân tử?
• Nguyên tố, phân tử và ion khác nhau như thế nào?

• Các nguyên tố chiếm phần lớn khối lượng cơ thể: C, H, O, N.
• P tham gia cấu tạo nucleotide và phospholipid; S có trong một số amino acid.
• Nguyên tố vi lượng cần với lượng nhỏ nhưng thiếu chúng có thể gây rối loạn; hàm lượng và vai trò là hai tiêu chí khác nhau.
• Carbon có bốn electron hóa trị, tạo được bốn liên kết cộng hóa trị, nên hình thành nhiều bộ khung phân tử đa dạng.
• Nguyên tố là loại nguyên tử cùng số proton; phân tử là nhóm nguyên tử liên kết với nhau; ion là nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử mang điện. Không đồng nhất ba khái niệm này.

HS giải thích được tính phân cực của nước và vai trò của liên kết hydrogen đối với tính kết dính, nhiệt dung riêng cao, khả năng hòa tan chất phân cực/ion; giải thích được vì sao nước đá nổi và dầu kị nước.

Kỹ thuật mảnh ghép: mỗi nhóm gốc (4 nhóm) được giao một đặc tính của nước và nghiên cứu sâu: (1) Cấu trúc phân cực; (2) Liên kết hydrogen, tính kết dính và nhiệt dung riêng cao; (3) Khả năng hòa tan chất phân cực và ion; (4) Nước đá nổi và dầu kị nước. Sau đó HS ghép sang nhóm mới để chia sẻ và hoàn thành Phiếu học tập số 2. Các câu hỏi trọng tâm: Oxygen và hydrogen trong phân tử nước mang điện tích như thế nào? Vì sao nước đá nhẹ hơn nước lỏng? Vì sao nước hòa tan được NaCl nhưng không hòa tan tốt dầu?

• Trong phân tử nước, oxygen mang điện tích âm một phần, hydrogen mang điện tích dương một phần, nên nước là dung môi phân cực.
• Liên kết hydrogen giữa các phân tử nước tạo tính kết dính, nhiệt dung riêng cao (hạn chế biến động nhiệt) và giúp hòa tan nhiều chất phân cực, chất ion.
• Nước đá có cấu trúc thưa hơn nước lỏng nên nhẹ hơn và nổi trên mặt, tạo lớp cách nhiệt cho nước bên dưới.
• Nước không hòa tan tốt mọi chất: dầu là chất kị nước, ít tương tác thuận lợi với nước nên tách thành lớp riêng.
• Phiếu học tập số 2 hoàn chỉnh: bảng đặc tính, cơ chế, ý nghĩa đối với sinh vật.

HS củng cố kiến thức về nguyên tố hóa học và nước; tính được phần trăm khối lượng nước trong mẫu tươi; giải thích được hiện tượng dầu nổi và băng nổi.

Luyện tập theo ba phần:

• Phần A (bài 1–4): trắc nghiệm nhanh, HS giơ thẻ A/B/C hoặc Đúng/Sai.
• Phần B (bài 5–6): tính toán và ghép đôi, làm theo cặp đôi.
• Phần C (bài 7–8): lập luận ngắn, làm cá nhân rồi chia sẻ với bạn cùng bàn.
  Nội dung cụ thể:

1. Nguyên tố tạo bộ khung đa dạng của nhiều phân tử hữu cơ? A. Calcium; B. Carbon; C. Sodium.
2. Nguyên tố có trong nhóm phosphate của ATP? A. Sulfur; B. Iron; C. Phosphorus.
3. Nước hòa tan tốt NaCl chủ yếu nhờ đặc tính nào? A. Tính phân cực; B. Tính hoàn toàn không phân cực; C. Chỉ vì không có màu.
4. Nhận định: "Nguyên tố vi lượng không cần thiết vì chiếm lượng nhỏ." Đúng hay Sai?
5. Một mẫu tươi 50 g, sau sấy khô còn 10 g. Nước chiếm bao nhiêu phần trăm khối lượng tươi?
6. Ghép đặc tính nước với ý nghĩa: nhiệt dung riêng cao; kết dính; nước đá nhẹ hơn nước lỏng.
7. Giải thích vì sao dầu nổi thành lớp riêng trên nước, không coi đó là bằng chứng dầu không chứa nguyên tử oxygen.
8. Ao có lớp băng nổi; giải thích lợi ích sinh thái của tính chất này và nêu giới hạn.

Đáp án và yêu cầu sản phẩm:

• Bài 1: B. Carbon (C có bốn electron hóa trị, hình thành nhiều liên kết cộng hóa trị).
• Bài 2: C. Phosphorus (nhóm phosphate chứa P, không phải S hay Fe).
• Bài 3: A. Tính phân cực (các đầu phân cực tương tác với ion $\mathrm{Na^+}$, $\mathrm{Cl^-}$).
• Bài 4: Sai (vai trò và hàm lượng là hai tiêu chí khác nhau; thiếu vi lượng có thể gây rối loạn).
• Bài 5: 80%. Khối lượng nước: $50 - 10 = 40$ g; phần trăm khối lượng tươi: $\dfrac{40}{50}\times 100 = 80\%$.
• Bài 6: Nhiệt dung riêng cao – hạn chế biến động nhiệt; kết dính – góp phần duy trì cột nước; nước đá nhẹ hơn nước lỏng – lớp băng nổi trên mặt.
• Bài 7 (thang điểm 1): kị nước và thiếu tương tác với nước 0,4; khối lượng riêng nhỏ hơn nước ở nhiều loại dầu 0,3; không suy sai thành phần từ tính tan 0,3. Gợi ý: dầu có nhiều vùng không phân cực nên tách lớp; tính tan không xác định chỉ từ có/không có nguyên tố oxygen.
• Bài 8 (thang điểm 1): băng nổi tạo cấu trúc cách nhiệt, nước bên dưới còn lỏng 0,4; nêu được lợi ích cho sinh vật thủy sinh 0,4; nêu giới hạn 0,2. Gợi ý giới hạn: oxygen, nhiệt độ và độ dày băng vẫn quan trọng, không bảo đảm mọi loài sống sót.

HS vận dụng tính chất của nước và cách tính phần trăm khối lượng để giải thích một hiện tượng thực tế; đề xuất hành động bảo vệ nguồn nước.

Tình huống: Gia đình bạn nuôi cá trong ao đất. Mùa đông, lớp băng mỏng xuất hiện trên mặt ao. Hãy trả lời: (1) Vì sao cá dưới lớp băng vẫn có thể sống qua đêm lạnh? (2) Nêu một điều kiện mà lớp băng không thể thay thế (ví dụ: oxygen). (3) Một loại rau tươi có khối lượng 200 g, sau sấy khô còn 20 g. Hãy tính phần trăm nước theo khối lượng tươi và nêu vì sao cần ghi rõ "khối lượng tươi" khi công bố kết quả. (4) Đề xuất một việc làm cụ thể để bảo vệ nguồn nước quanh nhà.

• Ý (1): Băng nổi tạo lớp cách nhiệt nên nước bên dưới có thể còn lỏng, giúp cá tồn tại.
• Ý (2): Oxygen hòa tan vẫn cần cho sinh vật; băng nổi không thay thế được điều kiện này; độ dày băng và nhiệt độ cũng quan trọng.
• Ý (3): Khối lượng nước: $200 - 20 = 180$ g; phần trăm nước theo khối lượng tươi: $\dfrac{180}{200}\times 100 = 90\%$. Cần ghi rõ "khối lượng tươi" vì số liệu tính theo khối lượng khô sẽ cho kết quả khác.
• Ý (4): Ví dụ: không xả dầu mỡ, rác thải xuống ao; thu gom chất thải đúng nơi quy định.