Tổng quan về giáo trình
Giáo trình Hóa đại cương (Mã môn học: CNH19MH09) là tài liệu đào tạo nội bộ do Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) biên soạn và ban hành kèm theo Quyết định số 196/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020. Giáo trình do nhóm tác giả gồm Ks. Phạm Thị Hải Yến (Chủ biên), Ths. Nguyễn Thị Thùy và Phạm Công Quang thực hiện. Trong chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Trung cấp, môn học có thời lượng 2 tín chỉ (tổng cộng 30 giờ đào tạo, gồm 28 giờ lý thuyết và 2 giờ kiểm tra định kỳ/kết thúc), thuộc khối Môn học, mô đun cơ sở (Mã phân nhóm II.1). Về mặt tiến trình đào tạo, môn học này được bố trí giảng dạy trước các mô đun chuyên môn nghề như Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01), Gá lắp kết cấu hàn (HAN19MĐ02), Hàn hồ quang tay (HAN19MĐ03, HAN19MĐ04), Hàn MIG/MAG (HAN19MĐ05), Hàn FCAW (HAN19MĐ06) và Hàn TIG (HAN19MĐ07).
Mục tiêu học tập của giáo trình được thiết lập cụ thể theo ba nhóm chuẩn đầu ra:
- Về kiến thức (A1): Trình bày có hệ thống các nguyên lý cơ bản của hóa học vô cơ và hóa học hữu cơ; giải thích tính chất lý - hóa của các nguyên tố quan trọng cùng hợp chất tương ứng; trình bày phương pháp điều chế và ứng dụng thực tiễn của các đơn chất, hợp chất phổ biến.
- Về kỹ năng (B1): Viết chính xác các phương trình phản ứng hóa học; thực hiện các phép tính toán định lượng liên quan đến phản ứng hóa học; vận dụng bản chất các biến đổi hóa học để giải thích hiện tượng và phục vụ việc tiếp thu các môn học, mô đun chuyên môn nghề Hàn.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Hình thành thái độ làm việc nghiêm túc, cẩn trọng, tuân thủ kỷ luật và an toàn lao động trong môi trường kỹ thuật.
Cấu trúc giáo trình được phân chia thành 6 chương với cách tiếp cận logic từ lý thuyết cấu tạo nguyên tử, bảng hệ thống tuần hoàn đến tính chất của các đơn chất, hợp chất vô cơ và các nhóm hydrocacbon. Điểm đặc thù của tài liệu là việc chọn lọc các kiến thức hóa học gắn liền với đặc thù vật liệu cơ khí, luyện kim hàn và kỹ thuật chế biến khí dầu mỏ.
Nội dung kiến thức cốt lõi
Các chương và chủ đề chính
Giáo trình phân bổ toàn bộ khối lượng kiến thức trong 6 chương chuyên đề:
- Chương 1: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học (4 giờ lý thuyết): Giới thiệu lịch sử thiết lập bảng tuần hoàn của Đ. Mendeleev (1869) dựa trên nguyên tử khối và hệ thống hiện đại sắp xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân. Khảo sát cấu trúc bảng dạng dài (7 chu kỳ, 18 nhóm phân chia thành nhóm A và nhóm B) và dạng ngắn (7 chu kỳ, 8 nhóm phân chia thành phân nhóm chính và phân nhóm phụ, hai họ lantan và actini). Trình bày quy luật biến thiên tuần hoàn về bán kính nguyên tử, độ âm điện, tính kim loại - phi kim, hóa trị cao nhất với oxi và hóa trị với hiđro.
- Chương 2: Các hợp chất phi kim đặc trưng (6 giờ lý thuyết): Khảo sát chi tiết ba nhóm nguyên tố phi kim:
- Oxi và hợp chất: Cấu tạo $1s^2 2s^2 2p^4$, các dạng đồng vị ($^{16}O$), tính chất của $O_2$ và dạng thù hình ozon ($O_3$), ứng dụng và phương pháp điều chế.
- Lưu huỳnh và hợp chất: Hai dạng thù hình ($S_\alpha, S_\beta$), tính chất của $H_2S$, lưu huỳnh đioxit ($SO_2$), lưu huỳnh trioxit ($SO_3$) và axit sunfuric ($H_2SO_4$). Trình bày quy trình 3 công đoạn sản xuất $H_2SO_4$ bằng phương pháp tiếp xúc thông qua chất xúc tác $V_2O_5$ và tạo sản phẩm trung gian oleum ($H_2SO_4 \cdot nSO_3$).
- Cacbon và hợp chất: Các dạng thù hình (kim cương, than chì, fuleren $C_{60}/C_{70}$, cacbon vô định hình), tính chất oxit $CO$, $CO_2$ và hệ thống muối cacbonat, hiđrocacbonat.
- Chương 3: Các hợp chất kim loại đặc trưng (6 giờ: 5 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra):
- Kim loại kiềm và kiềm thổ: Khảo sát natri ($Na$), canxi ($Ca$) cùng các hợp chất quan trọng ($NaOH, NaCl, NaHCO_3, Na_2CO_3, CaO, Ca(OH)_2, CaCO_3$).
- Nhôm và hợp chất: Cấu tạo nhóm IIIA ($1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1$), tính chất khử, tính lưỡng tính của $Al_2O_3$ và $Al(OH)_3$, phản ứng nhiệt nhôm, sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân nóng chảy quặng boxit với phụ gia criolit ($Na_3AlF_6$), muối phèn chua $KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$.
- Sắt và hợp chất: Cấu hình $[Ar]3d^6 4s^2$, tính chất biến đổi giữa mức oxi hóa $+2$ (tính khử) và $+3$ (tính oxi hóa), các hợp chất oxit/hiđroxit ($FeO, Fe_2O_3, Fe(OH)_2, Fe(OH)_3$), hiện tượng thụ động hóa của $Fe$ và $Al$ trong $H_2SO_4$ đặc nguội và $HNO_3$ đặc nguội.
- Chương 4: Các hợp chất hydrocacbon no (4 giờ lý thuyết): Khảo sát cấu trúc tứ diện liên kết $C-C$, $C-H$ với góc liên kết $109,5^\circ$; hai cấu dạng che khuất và xen kẽ của etan; danh pháp IUPAC; bậc cacbon (I, II, III, IV); gốc ankyl; quy luật tăng số lượng đồng phân từ metan ($CH_4$: 1 đồng phân), butan ($C_4H_{10}$: 2 đồng phân) đến tricozan ($C_{30}H_{62}$: $4,11 \cdot 10^9$ đồng phân); giới thiệu xycloankan.
- Chương 5: Các hợp chất hydrocacbon không no (6 giờ lý thuyết): Khảo sát anken (olephin) với đồng phân hình học cis/trans (như cis-buten-2 và trans-buten-2), tính chất hóa lý, phương pháp điều chế và ankin (tiêu biểu là axetilen $C_2H_2$).
- Chương 6: Các hợp chất hydrocacbon thơm (4 giờ: 3 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra): Cấu tạo phân tử benzen ($C_6H_6$), danh pháp, tính chất hóa học đặc trưng, phương pháp điều chế và các sản phẩm ứng dụng chế tạo polyme, nhựa tổng hợp, cao su buna-S.
Kiến thức nền tảng được xây dựng
- Các lý thuyết nền tảng: Định luật tuần hoàn và quy luật biến thiên tính chất nguyên tố; thuyết liên kết hóa học (liên kết cộng hóa trị có cực, không cực, liên kết ion); cấu tạo không gian phân tử.
- Nguyên lý cốt lõi: Bản chất phản ứng oxi hóa - khử; tính chất lưỡng tính của oxit và hiđroxit kim loại; nguyên lý chuyển dịch cân bằng trong phân hủy nhiệt cacbonat; quy luật thế và cộng của hydrocacbon mạch hở và mạch vòng.
- Khung phân loại chuẩn mực: Hệ thống danh pháp quốc tế IUPAC; bảng phân loại đồng phân cấu tạo và đồng phân hình học; bảng đối chiếu hằng số vật lý (nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, tỷ khối $d_4^{20}$).
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng kỹ thuật: Viết đúng các phương trình phản ứng phân tử và ion thu gọn; mô tả sơ đồ công nghệ sản xuất axit, luyện kim nhôm và tổng hợp hydrocacbon.
- Kỹ năng phân tích: Xác định cấu hình electron của nguyên tố theo số hiệu $Z$; so sánh tính axit - bazơ và tính oxi hóa - khử của các chất; nhận biết hóa chất bằng phương pháp hóa học (thử màu ngọn lửa của ion $Na^+$, kết tủa $PbS$ đen để nhận biết ion $S^{2-}$).
- Năng lực tính toán định lượng: Giải các bài toán phản ứng khử oxit kim loại bằng $CO, H_2$, phản ứng của kim loại với axit $HCl, H_2SO_4$, xác định công thức kim loại và nồng độ phần trăm dung dịch.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Giáo trình quy định cụ thể định hướng sư phạm và phương thức tổ chức dạy học nhằm đảm bảo chuẩn đầu ra:
- Cách tiếp cận sư phạm: Đối với người dạy, áp dụng phương pháp dạy học tích cực gồm nêu vấn đề, hướng dẫn nghiên cứu tài liệu, giải quyết bài tập tình huống và phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo chủ đề bài học.
- Tổ chức bài tập và tự học: Mỗi chương đều tích hợp hệ thống câu hỏi lý thuyết và bài tập định lượng (ví dụ: tính toán phần trăm khối lượng hỗn hợp $Cu-Fe$ tác dụng với oxi, tính nồng độ $% H_2SO_4$ từ lượng khí $H_2$ giải phóng, khử oxit sắt bằng khí $CO$). Quá trình tự học được tổ chức theo nhóm 2 - 3 người học, phân công từng thành viên nghiên cứu nội dung chuyên biệt trước khi tổng hợp thành báo cáo chung.
- Phương pháp đánh giá kết quả học tập: Thực hiện theo Quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội:
- Điểm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (Trọng số 40%): Bao gồm 1 bài kiểm tra thường xuyên (hình thức quan sát/vấn đáp/bảng kiểm sau 5 giờ) và 2 bài kiểm tra định kỳ (hình thức tự luận/trắc nghiệm sau 15 giờ).
- Điểm thi kết thúc môn học (Trọng số 60%): Thực hiện bằng hình thức tự luận hoặc trắc nghiệm trên máy tính sau 45 giờ học (bao gồm tổng thời lượng môn học và chuẩn bị), đánh giá toàn diện chuẩn đầu ra A1-A3, B1-B2, C1-C2.
- Quy chuẩn tính điểm: Sử dụng thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân.
- Yêu cầu chuyên cần đối với người học: Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% tổng số giờ lý thuyết trên lớp. Trường hợp vắng mặt quá 30% thời lượng quy định, sinh viên bắt buộc phải đăng ký học lại môn học ở kỳ đào tạo tiếp theo.
Điểm nổi bật và cập nhật
Nội dung giáo trình phản ánh các nội dung chuyên ngành gắn liền với thực tiễn sản xuất:
- Tích hợp quy trình công nghệ khí và dầu mỏ: Giáo trình trình bày chi tiết công nghệ làm sạch khí thiên nhiên khỏi các hợp chất lưu huỳnh có hại ($COS, CS_2, RSH$, thiophen, $H_2S$) và khí $CO_2$ bằng phương pháp hấp thụ sử dụng hỗn hợp etanol amin và etylen glycol. Nội dung này liên kết trực tiếp với các quá trình chế biến sâu như chưng cất, ngưng tụ để tạo ra các sản phẩm công nghiệp: sale gas (khí thương phẩm), LPG, LNG, metan, etan, propan, butan và condensat.
- Ứng dụng hóa học trong kỹ thuật hàn và luyện kim:
- Giới thiệu phản ứng nhiệt nhôm giữa bột nhôm và $Fe_2O_3$ để tạo hỗn hợp tecmit phục vụ hàn đúc kim loại.
- Phân tích cơ chế ăn mòn điện hóa của sắt trong không khí ẩm và hiện tượng thụ động hóa của sắt, nhôm trong axit đặc nguội, cung cấp cơ sở hóa học cho việc bảo vệ bề mặt phôi hàn.
- Trình bày ứng dụng của axetilen ($C_2H_2$) và các hydrocacbon làm khí cháy trong công nghệ hàn cắt kim loại.
- Hệ thống dữ liệu trực quan: Tài liệu cung cấp bảng hằng số vật lý chuẩn xác (Bảng 4.2, Bảng 5.2, Bảng 5.4), sơ đồ cấu dạng xen kẽ - che khuất của etan, mô hình phân tử lập thể cis/trans của buten-2 và các bảng phân loại đồng phân.
Đối tượng sử dụng giáo trình
- Đối tượng người học: Học sinh, sinh viên theo học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn thuộc Trường Cao đẳng Dầu khí và các trường đào tạo nghề kỹ thuật cơ khí, dầu khí.
- Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần có kiến thức khoa học tự nhiên cơ bản ở cấp Trung học cơ sở/Trung học phổ thông, bao gồm khái niệm về nguyên tử, phân tử, hóa trị, phản ứng hóa học thông thường và các phép tính số mol, khối lượng, thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn.
- Mục đích sử dụng của giảng viên: Làm căn cứ biên soạn giáo án lý thuyết, thiết kế câu hỏi thảo luận nhóm, xây dựng đề kiểm tra định kỳ và ngân hàng câu hỏi thi kết thúc môn học theo mã môn học CNH19MH09.
- Mục đích tham khảo: Dành cho kỹ thuật viên cơ khí, thợ hàn và công nhân vận hành các trạm xử lý khí, xưởng chế tạo cơ khí cần tra cứu tính chất hóa lý của kim loại, khí bảo vệ hàn và dung môi công nghiệp.
Câu hỏi thường gặp
1. Giáo trình này được biên soạn cho đối tượng nào?
Giáo trình phục vụ trực tiếp cho học sinh - sinh viên học nghề Hàn trình độ Trung cấp và Cao đẳng tại Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời là tài liệu nền tảng cho người học các khối ngành kỹ thuật liên quan đến cơ khí và dầu khí.
2. Người học cần đáp ứng điều kiện tiên quyết nào trước khi học giáo trình này?
Người học cần có kiến thức hóa học phổ thông cơ bản (cách viết phương trình phản ứng hóa học, lập công thức phân tử, tính toán khối lượng mol và tính toán nồng độ dung dịch).
3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các giáo trình Hóa đại cương tổng quát?
Tài liệu được tinh giản thành 30 giờ (2 tín chỉ), không đi sâu vào hóa lý trừu tượng mà tập trung vào các kiến thức gắn liền với nghề: các kim loại hàn quan trọng (Fe, Al), phản ứng nhiệt nhôm tecmit, hiện tượng thụ động hóa, xử lý tạp chất lưu huỳnh ($H_2S, COS$) trong dòng khí và các hydrocacbon ứng dụng trong hàn cắt, tổng hợp polymer.
4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả?
Người học cần nghiên cứu nội dung bài học trước khi lên lớp, phân tích hệ thống bảng biểu và mô hình cấu trúc, hoàn thành đầy đủ 10 - 14 câu hỏi/bài tập tình huống ở cuối mỗi chương và tham gia thảo luận nhóm nhỏ từ 2 - 3 người.
5. Giáo trình có những tài liệu tham khảo chính thức nào?
Giáo trình trích dẫn 5 tài liệu tham khảo học thuật chính:
- Giáo trình Hóa học vô cơ - Nguyễn Thế Ngôn, NXB Đại học Sư phạm.
- Bài tập Hóa vô cơ - Ngô Thị Thuận, NXB Giáo dục.
- Hóa học vô cơ (Tập 1, 2, 3) - Hoàng Nhâm, NXB Giáo dục.
- Hóa học hữu cơ (Tập 1, 2, 3) - Nguyễn Hữu Đĩnh, Đỗ Đình Rãng, NXB Giáo dục.
- Giáo trình cơ sở hóa học hữu cơ (Tập 1) - Trần Quốc Sơn, Đặng Văn Liếu, NXB Đại học Sư phạm.
Kết luận
Giáo trình Hóa đại cương (Mã môn học: CNH19MH09) của Trường Cao đẳng Dầu khí cung cấp khối kiến thức nền tảng có hệ thống về bảng tuần hoàn, các hợp chất phi kim, kim loại và ba nhóm hydrocacbon cốt lõi. Cấu trúc nội dung 30 giờ được tinh giản hợp lý, đáp ứng chuẩn đầu ra kỹ thuật theo quy định của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội. Đây là học phần cơ sở mang tính cầu nối, trang bị nền tảng lý thuyết trực tiếp cho các mô đun kỹ thuật chuyên ngành như Chế tạo phôi hàn, Gá lắp kết cấu hàn, Hàn hồ quang tay, Hàn MIG/MAG, Hàn TIG và Thực tập sản xuất.