Skkn chuyên đề sáng kiến kinh nghiệm và học thuật chuyên môn về phương pháp giảng dạy môn hóa học

THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm MỞ ĐẦU Có nhiều người nhận xét hóa học mơn trí nhớ, hóa học phải nhớ nhiều thứ… Điều đúng, chưa phải tất Hóa học giấu lớp áo nặng nề công thức, phản ứng phức tạp vẻ đẹp tinh tế tư logic Vẻ đẹp đặc biệt diện qua toán hóa, tốn cho bạn nhiều đường, có đường đẹp nhất, ngắn để đến chân lí Nhiệm vụ người học hóa phải vận dụng thao tác đánh giá, phán đốn để tìm đường Hóa học chia làm hai lĩnh vực chính, hóa học vơ hóa học hữu Theo kinh nghiệm nhiều năm dạy tơi nhận điều hầu hết học sinh trung học phổ thơng nói chung học sinh đội tuyển quốc gia nói riêng, cảm thấy phần hữu có lượng kiến thức lớn nhiều so với phần vô Nếu ta xét phạm vi thi Đại học giả sử hữu kiến thức cần nắm phạm vi thi học sinh giỏi quốc gia kiến thức năm Chính với kiến thức khổng lồ việc học sinh trung học phổ thông nhớ vận dụng điều thầy cô để giải toán hữu đề thi học sinh giỏi điều không đơn giản học sinh khơng biết cách học Sau nhiều năm dạy đội tuyển nhận phần hữu chia nhiều chủ đề khác nhau, theo tơi học sinh muốn có bước vững trước nghiên cứu sâu vào tập phức tạp học sinh phải hiểu nắm thật sâu kiến thức quan trọng “ Hiệu Ứng Hóa Học ” Chủ đề chủ đề mà đề thi học sinh giỏi hay cho, chủ đề kiến thức bổ trợ quan trọng cho học sinh học chủ đề phần hữu ( giải thích chế phản ứng…) Đó lý tơi chọn đề tài sáng kiến kinh nghiệm  NGUYỄN MINH TRÍ -1- skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm NỘI DUNG Trước làm tập hiệu ứng hóa học học sinh phải nắm rõ hiệu ứng cảm ? hiệu ứng cộng hưởng Đây hai hiệu ứng quan trọng hiệu ứng hóa học Vì phần nội dung tơi chia ba phần PHẦN MỘT: TĨM TẮT NHỮNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CỦA HIỆU ỨNG CẢM VÀ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG PHẦN HAI: PHÂN DẠNG CÁC BÀI TẬP VỀ HIỆU ỨNG VÀ HƯỚNG DẪN CÁCH GIẢI PHẦN BA: HƯỚNG DẪN GIẢI MỘT SỐ CÂU HỎI KHÓ TRONG ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI  NGUYỄN MINH TRÍ -2- skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm PHẦN MỘT TÓM TẮT NHỮNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CỦA HIỆU ỨNG CẢM VÀ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG HIỆU ỨNG CẢM - Là hiệu ứng nối đơn б sinh sai biệt độ âm điện hai nhóm Các anion nhóm ankyl (CH3-, C2H5-….) nhóm nhả điện tử gây hiệu ứng cảm dương +I Ngồi nhóm trên, gần tất nhóm khác nhóm rút điện tử (gây hiệu ứng cảm -I mang điện tích dương, có độ âm điện lớn có hiệu ứng cộng hưởng) Ví dụ: Vì có độ âm điện lớn Vì có cộng hưởng nhóm tạo C nhiều điện tử HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG 2.1 Định nghĩa - Đó hiệu ứng nối π hai nhóm tạo nên phân phối khơng đồng nhị liên hóa trị π khác độ âm điện Xem nhóm axeton O có độ âm điện lớn C, nhị liên π bị kéo O nhiều Sự phân cực nối π biểu diễn mũi tên cong hướng từ nhóm có độ âm điện nhỏ đến nhóm có độ âm điện lớn  NGUYỄN MINH TRÍ -3- skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Nhị liên π khơng bị kéo hồn tồn nhóm, cơng thức thực công thức trung gian hai công thức giới hạn sau Sự di chuyển điện tử π có tác dụng làm giảm lượng chất tạo tượng cộng hưởng hiệu ứng gây nên di chuyển điện tử π gọi hiệu ứng cộng hưởng Hai công thức giới hạn khác phân phối điện tử hóa trị gọi cơng thức cộng hưởng Để có cộng hưởng, người ta nối liền công thức giới hạn mũi tên hai đầu dùng mũi tên cong hướng di chuyển điện tử 2.2 Đặc tính 2.2.1 Hiệu ứng cộng hưởng xảy có diện nối π 2.2.2 Hiệu ứng cộng hưởng truyền dây có Nối đa tiếp cách (cộng hưởng π – π ) Nối đa nối với ngun tử có điện tử p lập (cộng hưởng p – π ) Nối đa nguyên tử có vân đạo p trống (cộng hưởng p – π)  NGUYỄN MINH TRÍ -4- skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm 2.2.3 Qui ước viết công thức cộng hưởng Các cơng thức cộng hưởng có vị trí tương đối nguyên tử phân tử giống Ví dụ: khơng phải cơng thức cộng hưởng cùa axeton Các công thức cộng hưởng phải có số điện tử kết đơi Ví dụ: công thức cộng hưởng acrolein Trong cách viết công thức cộng hưởng phải trọng đến cấu điện tử ngoại biên nguyên tử - Hidrogen có tối đa điện tử ngoại biên - Các nguyên tử hàng bảng tuần hồn có tối đa điện tử ngoại biên - Những nguyên tử hàng lớn thường theo quy tắc bát tử, số trường hợp chúng sử dụng thêm vân đạo d có nhiều điện tử  NGUYỄN MINH TRÍ -5- skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Ví dụ: Cơng thức có số nối cộng hóa trị nhiều bền, nói chung cơng thức cộng hưởng mang điện tích bền bền Trong trường hợp tổng quát, công thức cộng hưởng bền với điện tích âm nằm ngun tử có độ âm điện lớn bền Công thức cộng hưởng với điện tích dấu nguyên tử kế cận không bền Trên nguyên tắc chất bền công thức cộng hưởng gần tương đương  NGUYỄN MINH TRÍ -6- skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Ví dụ: anion xiclopentadienil có công thức cộng hưởng tương đương  NGUYỄN MINH TRÍ -7- skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm PHẦN HAI PHÂN DẠNG CÁC BÀI TẬP VỀ HIỆU ỨNG VÀ HƯỚNG DẪN CÁCH GIẢI DẠNG 1: Viết hiệu ứng cộng hưởng Viết công thức cộng hưởng công thức cho sau Hướng dẫn giải : Bài tập tương tự: Hướng dẫn giải:  NGUYỄN MINH TRÍ -8- skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm DẠNG 2: So Sánh độ bền ion Dựa vào hiệu ứng cảm hay hiệu ứng cộng hưởng, so sánh độ bền ion sau Hướng dẫn giải: Ion carbonium bền điện tích dương C trung hòa phần nhóm nhả điện tử (+I hay +C) Ta nói carbonium an định nhóm gây hiệu ứng +I hay +C Ion carbanion bền điện tích âm C bị rút bớt nhóm rút điện tử (-I hay –C) Ta nói carbanion an định nhóm gây hiệu ứng –C hay –I (a) Do hiệu ứng cảm dương tăng dần nhóm CH 3, ion carbonium tam cấp an định C nhị cấp cấp (b) Cả ion carbonium cấp ion sau an định nhờ hiệu ứng cộng hưởng đôi điện tử p O N Ngồi N cịn có độ âm nhỏ O, giữ điện tử chặt , cộng hưởng xảy dễ nên ion ion theo thứ tự bền ion Bài tập tương tự:  NGUYỄN MINH TRÍ -9- skkn Vậy độ bền THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Hướng dẫn giải: (a) Cả ion có hiệu ứng cộng hưởng Ion (B) nhờ cho nhiều hiệu ứng cộng hưởng nên bền Công thức cộng hưởng ion (C) với điện tích dương nằm nguyên tử có độ âm điện lớn, bền nên đóng góp vào cơng thức thật Vậy ta có thứ tự độ bền sau Hướng dẫn giải :(b) Carbanion Với ion an định nhờ hiệu ứng cộng hưởng ta khơng có hiệu ứng cộng hưởng với O có độ âm điện lớn rút điện tử nên an định phần điện tích âm C Do bền sau DẠNG 3: So sánh độ mạnh axit bazo Sắp theo thứ tự độ mạnh tăng dần axit sau (a) C6H5OH, p-CH3-O-C6H4OH, p-NO2-C6H4-OH, p-CH3-CO-C6H4OH, p-CH3C6H4-OH, p-ClC6H4-OH (b) CH3-CH2-COOH, CH2Cl-COOH, CH2I-COOH, CH2Cl-CH2-COOH, CH2ICH2-COOH (c)  NGUYỄN MINH TRÍ - 10 - skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Hướng dẫn giải: (a) Với nhóm nhả điện tử hiệu ứng cảm CH 3- hay cộng hưởng (CH3O-) nhị liên O H bị kéo phía O tính axit yếu Hiệu ứng cộng hưởng quan trọng hiệu ứng cảm nên Có tính axit yếu pCH3-C6H4-OH chất có tính axit yếu phenol C6H5OH pCH3-O-C6H4-OH < pCH3-C6H4-OH < C6H5OH (1) (2) (3) Với nhóm rút điện tử hiệu ứng cảm (Cl-) hay cộng hưởng (-NO 2, CH3CO-) nhị liên hóa trị O H bị kéo mạnh phía O, tính axit mạnh Hiệu ứng cảm –I hiệu ứng cộng hưởng –C nhóm –NO mạnh nhóm CH3-CO- nên tính axit p-NO2-C6H4-OH mạnh nhất, p-CH3-CO-C6H4OH Đặc biệt với Cl dù có cho hiệu ứng cộng hưởng p- π Nhưng hiệu ứng cảm lấn áp hiệu ứng cộng hưởng Vậy độ mạnh axit cac phenol theo thứ tự C6H5OH < p-ClC6H4OH < pCH3-CO-C6H4OH < p-NO2-C6H4-OH (3) (4) (5) (6) Tóm lại ta có: (1) < (2) < ( 3) < (4) < (5) < (6) Hướng dẫn giải: (b) Hiệu ứng cảm âm Cl mạnh I ( Cl có độ âm điện lớn I) nhóm – CH2-Cl có hiệu ứng cảm âm mạnh – CH 2-CH2-Cl (càng xa tâm hiệu ứng, hiệu ứng giảm) nên CH3-CH2-COOH < CH2I –CH2-COOH < CH2Cl – CH2 – COOH < CH2I –COOH < CH2Cl – COOH Hướng dẫn giải: (c) Là axit liên hợp bazo H 2O, NH3, CH3-NH2, (CH3)2NH CH3COOH Do muốn so sánh độ mạnh axit chất ta so sánh độ mạnh bazo liên hợp  So sánh H2O NH3 O có độ âm điện lớn N, giữ điện tử chặt hơn, khó nhường điện tử nên H2O có tính bazo yếu NH3  So sánh NH3, CH3-NH2, (CH3)2NH Do hiệu ứng cảm dương nhóm CH2 tăng dần, tính bazo tăng dần Do NH3 < CH3- NH2 < (CH3)2NH  NGUYỄN MINH TRÍ - 11 - skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Chất CH3COOH có tính bazo yếu Vậy độ mạnh bazo ta có thứ tự CH3COOH < H2O < NH3 < CH3-NH2 < (CH3)2NH Do độ mạnh axit liên hợp ta có thứ tự Bài tập tương tự Sắp theo thứ tự độ mạnh tăng dần bazo sau (a) CH3OH , CF3OH , (CH3)3C-OH , CH3-O-CH=CH2, C6H5-O-CH3 (b) C6H5NH2, p-NO2-C6H4-NH2, m-NO2-C6H4-NH2, p-CH3- O-C6H4-NH2, p-ClC6H4-NH2 (c) C6H5NH2, C6H5-NH-C6H5, C6H5-NH-CH3 Hướng dẫn giải: (a) -CH3 nhóm gây hiệu ứng cảm dương -C(CH3)3 gây hiệu ứng cảm dương mạnh CH3 - CF3 nhóm gây hiệu ứng cảm âm Với nhóm –CH=CH2 – C6H5 gắn vào O, ta có hiệu ứng cộng hưởng p- π O giàu điện tử, tính bazo mạn, ta có thứ tự tăng dần độ mạnh bazo sau C6H5-O-CH3 < CH2=CH-O-CH3 < CF3-OH < CH3-OH < (CH3)3C-OH Hướng dẫn giải: (b) Với nhóm NO2 rút điện tử vị trí para, hiệu ứng cộng hưởng –C lan rộng đến N, đơi điện tử N khơng cịn bị kéo nhân nên tính bazo p-NO 2C6H4-NH2 yếu m- NO2-C6H4-NH2 Với nhóm CH3-O- vị trí para, nhả điện tử hiệu ứng cộng hưởng Với Cl- rút điện tử yếu NO2-, ta có thứ tự độ mạnh bazo sau p-NO2-C6H4-NH2 < m-NO2- C6H4-NH2 < p-Cl-C6H4-NH2 < C6H5NH2 < p-CH3-OC6H4-NH2 < p-CH3-O-C6H4-NH2 Hướng dẫn giải: (c) Với nhóm CH3 nhả điện tử làm cho N giàu điện tử nhóm –C 6H5 rút điện tử (hiệu ứng cộng hưởng p- π) nên ta có thứ tự độ mạnh bazo sau C6H5NHC6H5 < C6H5NH2 < C6H5NHCH3  NGUYỄN MINH TRÍ - 12 - skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm PHẦN BA HƯỚNG DẪN GIẢI MỘT SỐ CÂU HỎI KHÓ TRONG ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI Câu 1: Dựa vào tượng cộng hưởng, viết cơng thức giới hạn (nếu có) chất sau đây: a CH2=CH-CH2-Cl c C6H5-CN b p-NO2-C6H4-NH2 d C6H5-CH3 Hướng dẫn giải: a Chất (a) khơng có cơng thức giới hạn b Công thức giới hạn (b) c Công thức giới hạn (c) d Công thức giới hạn (d)  NGUYỄN MINH TRÍ - 13 - skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Câu 2: Xác định tâm base mạnh alkaloid sau: Nicotine Vindoline Hướng dẫn giải: Alkaloid base tự nhiên, tính base tập trung dị tố N ngun tử N giàu electron tính base mạnh Với Vindoline N(b) nhân indole có tham gia trình cộng hưởng nên nghèo electron N(a) nên tâm base mạnh vindoline N(a) Với Nicotine tính base N(a) N(b) gần nhiên N(a) tham gia vào trình cộng hưởng tâm base mạnh Nicotine N(b) Câu 3: So sánh độ dài liên kết C-Cl CH3CH2Cl CH2=CH-Cl Giải thích Hướng dẫn giải: - Độ dài liên kết C-Cl CH2=CH-Cl ngắn CH3-CH2-Cl vì: CH3-CH2→Cl có hiệu ứng -I Ngồi hiệu ứng -I cịn có thêm hiệu ứng +C làm giảm độ dài liên kết C-Cl (làm độ dài liên kết C-Cl ngắn liên kết C-Cl bình thường đồng thời làm liên kết C=C dài độ dài liên kết C=C bình thường) Câu 4: Tổng hợp chất hữu cơ, so sánh nhiệt độ sơi, Nhiệt độ nóng chảy, Tính AxitBazơ a So sánh tính axit của: Axit bixiclo[1.1.1]pentan-1-cacboxylic (A) axit 2,2-đimetyl propanoic (B) b So sánh tính bazơ của:  NGUYỄN MINH TRÍ - 14 - skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Hướng dẫn giải: a Tính axit: A > B do: Bị solvat hóa tốt Bị solvat hóa hiệu ứng khơng gian b Tính bazơ: Tính bazơ piperiđin mạnh N chịu ảnh hưởng đẩy e gốc hiđrocacbon no, làm tăng mật độ e nguyên tử N nên làm tăng tính bazơ Với pyriđin, N lai hóa sp2, song đơi e riêng N có trục song song với mặt phẳng vòng thơm nên cặp e riêng khơng liên hợp vào vịng, đơi e riêng N gần bảo tồn, pyriđin thể tính chất bazơ Với pyrol, cặp e riêng N liên hợp với liên kết vòng, liên hợp làm cho mật độ e nguyên tử N giảm mạnh, pyrol gần không Câu 5: Viết cấu tạo gọi tên sản phẩm hình thành cho anken (4 – metylhex-2-en) tác dụng với dung dịch nước brom có lượng nhỏ muối natri clorua Hướng dẫn giải:  NGUYỄN MINH TRÍ - 15 - skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Cơ chế sản phẩm: Câu 6: Cho hai hợp chất hữu A B: So sánh tính axit A B Giải thích? Hướng dẫn giải: Tính Axit A < B Do B có hiệu ứng –I nhóm –OH độ âm điện C lai hóa sp2 lớn C lai hóa sp3  NGUYỄN MINH TRÍ - 16 - skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Câu 7: Sắp xếp tăng dần tính bazơ (có giải thích) chất dãy sau: (a) CH3-CH(NH2)-COOH, CH2=CH-CH2-NH2, CH3-CH2-CH2-NH2, CHC-CH2-NH2 (b) -NH-CH3 , -CH2-NH2 , C6H5-CH2-NH2, p-O2N-C6H4-NH2 Hướng dẫn giải: Trật tự tăng dần tính bazơ : (a) CH3-CH-COOH < CHC-CH2-NH2 < CH2=CH-CH2-NH2 < CH3-CH2-CH2NH2 NH2 Tồn dạng Độ âm điện CSP > CSP2 > CSP3 ion lưỡng cực (b) O2N-NH2 < -CH2-NH2 < -CH2-NH2 < -NH-CH3 (A) (B) Nhóm p-O2N-C6H4hút electron mạnh có nhóm -NO2 (-I -C) làm giảm nhiều mật độ e nhóm NH2 (C) Nhóm -C6H4-CH2hút e yếu (D) Nhóm -CH2-C6H11 Nhóm C6H11 đẩy e, làm tăng -CH đẩy e, mật độ e - Amin bc II nhúm NH2 Cõu 8: Sắp xếp (có giải thích) theo trình tự tăng dần tính axit chÊt tõng d·y sau: Axit: benzoic, phenyletanoic, 3phenylpropanoic, xiclohexyletanoic, 1-metylxiclohexan-cacboxylic Hướng dẫn giải: H3C COOH +I +I CH2COOH < < +I -I1CH2CH2COOH < CH2COOH -I < < -I +I COOH -I < -I < -I Các gốc hiđrocacbon có hiệu ứng +I lớn Ka giảm -I lớn Ka tăng NGUYN MINH TR - 17 - skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm KẾT LUẬN Đề tài sáng kiến kinh nghiệm giúp học sinh hệ thống cách tổng quát lý thuyết quan trọng hiệu ứng hóa học giúp học sinh có nhìn tổng qt dạng tập mà đề thi thường xuyên hỏi, từ kiến thức đề tài bổ trợ nhiều cho học sinh để chuẩn bị học chuyên đề hữu tiếp theo: Cơ chế phản ứng, tính chất hóa học anken, andehit…từ đề tài học sinh hiểu chất phản ứng sách giáo khoa 11 chưa giải thích kĩ (phenol tác dụng với dung dịch brom…) nhờ học sinh nhớ kĩ lâu Trên sở đề tài sáng kiến kinh nghiệm học sinh tự thiết kế đề tài cho cá nhân bố cục tương tự đề tài phát huy tính tích cực chủ động chiếm lĩnh tri thức học sinh  NGUYỄN MINH TRÍ - 18 - skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO CHU PHẠM NGỌC SƠN, Bài tập hóa học hữu PGS-TS NGUYỄN KIM PHI PHỤNG, Hóa hữu cơ, 2006 PGS-TS THÁI DOÃN TĨNH, Cơ sơ hóa hữu tập CAO CỰ GIÁC, Tuyển tập giảng hóa hữu cơ, 2001 NGUYỄN NGỌC SƯƠNG, Bài tập sở lý thuyết hóa hữu 2, 2000  NGUYỄN MINH TRÍ - 19 - skkn ... MINH TR - 17 - skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm KẾT LUẬN Đề tài sáng kiến kinh nghiệm giúp học sinh hệ thống cách tổng quát lý thuyết quan trọng hiệu ứng hóa học giúp học sinh có... TRÍ -6- skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm Ví dụ: anion xiclopentadienil có công thức cộng hưởng tương đương  NGUYỄN MINH TRÍ -7- skkn THPT Chuyên Tiền Giang Sáng kiến kinh nghiệm. .. dạng tập mà đề thi thường xuyên hỏi, từ kiến thức đề tài bổ trợ nhiều cho học sinh để chuẩn bị học chuyên đề hữu tiếp theo: Cơ chế phản ứng, tính chất hóa học anken, andehit…từ đề tài học sinh hiểu