sáng kiến kinh nghiệm phương pháp giải bài tập polime

Trong quá trình giảng dạy môn Hóa học ở trường THPT, đặc biệt là trong quá trình ôn luyện cho học sinh thi ở các kì thi tốt nghiệp THPT, Đại học; chuyên đề polime là một chuyên đề hay và

MỤC LỤC

trang

A ĐẶT VẤN ĐỀ 2

I Mở đầu 2

II Thực trạng vấn đề nghiên cứu 2

1 Thực trạng 2

2 Kết quả 3

Với thực trạng đó làm ảnh hưởng không nhỏ tới kết quả học tập cũng như trong các kì thi, học sinh thường mất điểm trong các câu hỏi thuộc phần này và hiệu quả đạt được không cao 3

Kết quả nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế dạy học cho thấy có sự phân hóa rõ rệt với từng đối tượng học sinh và theo từng giai đoạn Từ hiểu, biết đến vận dụng để giải các dạng bài tập nâng cao Nhờ những ứng dụng thực tiễn của các vật liệu polime tạo cho học sinh hứng thú với việc nghiên cứu, tìm tòi thông tin liên quan Từ đó giúp cho học sinh tự nâng cao được kiến thức về polime 3

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 4

I Giải pháp thực hiện 4

II Các biện pháp tổ chức thực hiện 4

2.1 Tổng quan 4

2.1.1 Định nghĩa và phân loại [1,3,5] 4

2.2 Phân loại và phương pháp giải bài tập polime 6

2.2.1 Các bước thông thường giải một bài tập 6

2.2.2 Một số dạng bài tập thường gặp và phương pháp giải 6

12

C KẾT LUẬN 13

1 Kết luận kết quả nghiên cứu 13

ĐỀ KIỂM TRA 01-Test khi sử dụng phương pháp thông thường giảng dạy cho HS 13

Thời gian: 15 phút 13

ĐỀ KIỂM TRA 02-Test sau khi sử dụng phân loại và hướng dẫn giải chi tiết 14

Thời gian: 15 phút 14

C Metyl metacrylat D Axit -amino enantoic .14

Bảng 01: Thống kê điểm kiểm tra 15

2 Đề xuất 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

A ĐẶT VẤN ĐỀ

I Mở đầu.

Trong quá trình giảng dạy môn Hóa học ở trường THPT, đặc biệt là trong quá trình ôn luyện cho học sinh thi ở các kì thi tốt nghiệp THPT, Đại học; chuyên đề

polime là một chuyên đề hay và khá quan trọng nên các bài tập về polime thường có

mặt trong các kì thi lớn của quốc gia

Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay thì việc giải nhanh các bài toán Hóa học là yêu cầu hàng đầu của người học; yêu cầu tìm ra được phương pháp giải toán một cách nhanh nhất, đi bằng con đường ngắn nhất không những giúp người học tiết kiệm được thời gian làm bài mà còn rèn luyện được tư duy và năng lực phát hiện vấn

đề của người học

Trong thực tế tài liệu viết về polime còn ít và chưa có sự phân loại một cách cụ thể nên nguồn tư liệu để giáo viên nghiên cứu còn hạn chế do đó nội dung kiến thức và

kĩ năng giải các bài tập polime cung cấp cho học sinh chưa được nhiều Vì vậy, khi gặp các bài toán polime các em thường lúng túng trong việc tìm ra phương pháp giải phù hợp

Qua quá trình tìm tòi, nghiên cứu trong nhiều năm tôi đã hệ thống hóa các dạng bài tập polime và phương pháp giải các dạng bài tập đó cho học sinh một cách dễ hiểu,

dễ vận dụng, tránh được những lúng túng, sai lầm và nâng cao kết quả trong các kỳ thi

II Thực trạng vấn đề nghiên cứu

1 Thực trạng.

Chuyên đề polime và hợp chất cao phân tử là một phần nhỏ trong tổng thể chương trình hóa học và luôn là một trong những nội dung trong các kỳ thi tốt nghiệp THPT và Đại học

Đây là nội dung không đòi hỏi kiến thức khó đối với học sinh, tuy nhiên do chủ quan nên học sinh thường ít chú ý đến và với tâm lí chỉ là phần nhỏ của chương trình

học và thi nên khi gặp các bài tập này các em thường bị mất điểm, trong khi đó đây là nội dung “ghi điểm” Đặc biệt đối với học sinh thuộc nhóm không chuyên

2 Kết quả.

Với thực trạng đó làm ảnh hưởng không nhỏ tới kết quả học tập cũng như trong các kì thi, học sinh thường mất điểm trong các câu hỏi thuộc phần này và hiệu quả đạt được không cao

Kết quả nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế dạy học cho thấy có sự phân hóa rõ rệt với từng đối tượng học sinh và theo từng giai đoạn Từ hiểu, biết đến vận dụng để giải các dạng bài tập nâng cao Nhờ những ứng dụng thực tiễn của các vật liệu polime tạo cho học sinh hứng thú với việc nghiên cứu, tìm tòi thông tin liên quan Từ đó giúp cho học sinh tự nâng cao được kiến thức về polime

Trên cơ sở đó, tôi mạnh dạn chọn đề tài “Phương pháp giải bài tập polime”

làm sáng kiến kinh nghiệm cho mình Với hy vọng đề tài này sẽ là một tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập của các em học sinh 12 và cho công tác giảng dạy của các bạn đồng nghiệp

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I Giải pháp thực hiện

- Nghiên cứu tổng quan về polime và vật liệu polime trong khuôn khổ chương trình

- Phân loại một số dạng bài tập thường gặp

- Đề xuất phương pháp chung và hướng dẫn giải chi tiết một số dạng bài tập

- Ứng dụng vào thực tiễn dạy học ở nhà trường

II Các biện pháp tổ chức thực hiện

2.1 Tổng quan

2.1.1 Định nghĩa và phân loại [1,3,5]

2.1.1.1 Định nghĩa

- polime(hay hợp chất cao phân tử) là những hợp chất có phân tử khối rất lơn do nhiều đơn vị nhỏ gọi là mắt xích(monome) liên kết với nhau tạo nên.

- Số mắt xích(monome) ban đầu gọi là hệ số trùng hợp hay hệ số polime hóa

- Nếu n=2-10 người ta gọi hợp chất là oligome, bao gồm dime, trime

2.1.1.2 Phân loại

- Theo nguồn gốc:

+ Polime thiên nhiên: có nguồn gốc từ thiên nhiên(cao su thiên nhiên, xenlulozo, protein…)

+ Polime tổng hợp: do con người tổng hợp từ các monome: poli etilen, nhựa phenol fomandehit…

+ Polime bán tổng hợp: được điều chế bằng cách chế biến hóa học một phần nào các polime thiên nhiên( tơ Visco, tơ axetat…)

- Theo phương pháp tổng hợp:

+ Polime trùng hợp: poli vinylclorua, poli stiren…

+ Polime trùng ngưng: điều chế bằng phản ứng trùng ngưng: nilon-6; nilon-6,6…

- Theo thành phần cấu tạo mạch polime:

+ polime đồng mạch: mạch được cấu tạo bởi các nguyên tử cacbon

+ polime dị mạch: mạch được cấu tạo bởi các nguyên tử khác, ví dụ protein

2.1.2 Cấu trúc polime[4,5]

- cấu trúc hình học:

* dạng mạch thẳng: phân tử chỉ có một mạch polime duy nhất do nhiều mắt xích tạo

nên(từng mắt xích có thể có nhánh hoặc không nhánh), ví dụ: cao su thiên nhiên,

amilozo, …

* dạng phân nhánh: trên mạch polime có những nhánh cũng do các mắt xích liên kết với nhau: amolopectin,

* dạng mạng không gian: giữa các chuỗi polime có các cấu nối bền vững: cao su lưu hóa, nhựa bakelit…

- cấu trúc không gian: dạng cis-, trans-,…

2.1.3 Tính chất cơ –lí của polime

- polime có nhiệt độ nóng chảy không cố định, không bay hơi và rất khó tan

- nhiều polime có tính dẻo, tính đàn hồi, cách điện,…

2.1.4 Các phương pháp tổng hợp polime

2.1.4.1 Trùng hợp

- Nếu trùng hợp từ một loại polime thì gọi là trùng hợp, từ nhiều loại polime gọi là đồng trùng hợp

- Trong phân tử monome phải có liên kết đôi(và một số hợp chất mạch vòng không bền như etilen oxit, caprolactam…)

* Điều chế polietilen(PE)

nCH2=CH2

0 , ,

t p xt

* Điều chế poli(vinyl clorua) (PVC)

nCH2=CHCl →t p xt0 , , (CH2-CHCl)n

* Điều chế poli (metyl metacrylat)

COOCH3

nCH2=C- COOCH3

0 , ,

t p xt

→ CH2-C n

CH3 CH3

* Điều chế poli(vinyl axetat), poli butadien, poli stiren,

2.1.4.2 Trùng ngưng

- Là quá trình kết hợp nhiều monome thành polime đồng thời loại ra những phân tử nhỏ như H2O…

- monome tham gia trùng ngưng phải có nhiều nhóm chức

Vd: n H2N-(CH2)5COOH →-(HN-(CH2)5CO-)n

2.1.5 Vật liệu polime

- Chất dẻo: là những polime có tính dẻo Thành phần: polime, chất hóa dẻo, chất độn,

- Tơ:

+ tơ thiên nhiên: bông, len, tơ tằm…

+ tơ nhân tạo(bán tổng hợp): có nguồn gốc từ polime thiên nhiên nhưng được chế hóa thêm bằng phương pháp hóa học: tơ visco, tơ axetat

+ tơ tổng hợp: poliamit, poli este…

2.2 Phân loại và phương pháp giải bài tập polime

2.2.1 Các bước thông thường giải một bài tập

Bước 1: Xác định giả thiết và viết phương trình hóa học tạo thành polime hoặc sơ đồ của quá trình tạo thành

Bước 2 : Biểu diễn các đại lượng theo các phản ứng

Bước 3 : Tính theo yêu cầu của bài toán

Trong nhiều trường hợp, có thể dùng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên

tố để giải nhanh

2.2.2 Một số dạng bài tập thường gặp và phương pháp giải

Dạng 1 phương pháp điều chế và nhận dạng polime.

Yêu cầu:

- Biết tên gọi của các polime

- Phương pháp điều chế một số polime thông dụng

Câu 1.Thủy tinh hữu cơ có thể điều chế được bằng cách thực hiện phản ứng trùng hợp monome nào sau đây:

A Metylmetacrylat B Axit acrylic C Axit metacrylic D Etilen

HD: khi trùng hợp este metylmetacrylat ta được thủy tinh hữu cơ→ Đáp án A

Câu 2.Metyl acrylat được điều chế từ axit và ancol nào?

A CH2=C(CH3)COOH và C2H5OH B CH2=CH-COOH và C2H5OH

C CH2=C(CH3)COOH và CH3OHD CH2=CH-COOH và CH3OH

HD: Đáp án C

Câu 3. Tơ nilon – 6,6 là:

A Hexaclo xiclohexan B Poliamit của axit adipic và hexametylendiamin

C Poliamit củaε - aminocaproic D Polieste của axit adipic và etylenglycol

HD: nilon-6,6 được điều chế bằng phản ứng đồng trùng ngưng axit ađipic và hexa metylendiamin → Đáp án B

Câu 4. Nilon – 6,6 có công thức cấu tạo là:

A [ – NH – ( CH2)5 – C – ]n

║

O

B [ – NH – (CH2)6 – NH – C – (CH2)4 – C – ]n

║ ║

O O

C [– NH – (CH2)6 – NH – C – (CH2)6 – C – ]n

║ ║

O O

D [ – NH – ( CH2)6 – C – ]n

║

O

HD: Đáp án B

Câu 5. Polime thiên nhiên nào sau đây là sản phẩm của phản ứng trùng ngưng?

A Tinh bột (C6H10O5)n C Tơ tằm ( – NH – R – CO – )n

B Cao su ( C5H8)n D xenlulozơ

HD: polime là sản phẩm của phản ứng trùng ngưng, trong trường hợp này phải có liên kết peptit → Đáp án: C

Câu 6. Chất nào sau đây có khả năng trùng hợp thành cao su Biết rằng khi hiđrô hóa chất đó thu được isopentan?

HD: chất có khả năng trùng hợp tạo thành cao su thì phân tử phải có liên kết đôi liên hợp → Đáp án B

Câu 7. Điều nào sau đây không đúng ?

A tơ tằm , bông , len là polime thiên nhiên B tơ visco, tơ axetat là tơ tổng hợp

C Nilon-6,6 và tơ capron là poliamit D Chất dẻo không có nhiệt độ nóng chảy cố định

HD: Đáp án B(vì hai loại tơ này đều là tơ bán tổng hợp)

Câu 8. Chất nào trong phân tử không có nitơ ?

HD: Đáp án D(ba chất còn lại trong phân tử đều có liên kết peptit, tức là có chứa N)

Câu 9. Công thức nào sai với tên gọi?

C thủy tinh hữu cơ [-CH2-CH(COOC2H3)-]n D tơ enang [-NH-(CH2)6-CO-]n

HD: Đáp án C (thủy tinh hữu cơ: trùng hợp metyl metacrylat)

Câu 10.Polime nào có cấu trúc mạch phân nhánh ?

HD: Đáp án C

Dạng 2 Xác định số mắt xích của polime

- số mắt xích bằng tỉ lệ khối lượng phân tử của đoạn polime và khối lượng của mắt xích

- tính số mắt xích dựa vào phản ứng clo hóa hoặc phản ứng cộng

Câu 1. Polietilen có khối lượng phân tử 14000 đvC Hệ số trùng hợp n là:

HD: (CH 2 -CH 2 ) n

500 28

n = = → Đáp án: B

Câu 2.Polisaccarit ( C6H10O5)n có khối lượng phân tử là 162000 đvC có hệ số trùng hợp là:

HD: 162000

1000 162

Câu 3.Khối lượng phân tử của tơ Capron là 15000 đvc Số mắt xích trong công thức phân tử của loại tơ này là:

A 113 B 133 C 118 D 226

HD: tơ capron: [ NH-(CH 2 ) 5 -C] n

O

15000

133 113

Câu 4. Hệ số polime hóa trong mẫu cao su buna (M ≈ 40.000) bằng

HD: cao su buna [CH 2 -CH=CH-CH 2 ] n

40000

740 54

Câu 5. Polime X có phân tử khối M=280.000 đvC và hệ số trùng hợp n=10.000 X là

HD: phân tử khối của một mắt xích là X

28 10000

M

X

n

Câu 6.Clo hoá PVC được một loại tơ Clorin chứa 66,6% Clo Trung bình một phân tử Clo tác dụng với bao nhiêu mắc xích PVC?

A 1 B 2 C 3 D 4

HD:

Phản ứng clo hóa:

C n H 2n Cl n + Cl 2 →xt C n H 2n-1 Cl n+1 + HCl

n Cl

n

+

→ Đáp án: B

Dạng 3 Xác định khối lượng polime hoặc chất tham gia quá trình tạo polime

- lập sơ đồ điều chế polime từ chất đã cho

- nắm vững khái niệm hiệu suất và giải bài toán liên quan đến hiệu suất

- trong nhiều trường hợp kết quả tính toán không phụ thuộc vào đơn vị đo lường

do đó để giải nhanh ta có thể bỏ qua việc đổi đơn vị đo

Câu 1. Trùng hợp 5,6lít C2H4 (đktc), nếu hiệu suất phản ứng là 90% thì khối lượng polime thu được là

HD: số mol C 2 H 4 : 0,25 mol → khối lượng: 0,25.28=7,0g

h=90% → khối lượng polime: 7,0.0,9=6,3(g) → Đáp án: D

Câu 2. Polivinyl clorua được điều chế từ khí thiên nhiên (metan chiếm 95%) theo sơ

đồ chuyển hóa và hiệu suất mỗi giai đọan như sau

CH4 C2H2 C2H3Cl PVC

Muốn tổng hợp 1 tấn PVC thì cần bao nhiêu m3 khí thiên nhiên ( đktc) ?

HD: Khối lượng C 2 H 3 Cl: 100

90 = (tấn)=1,11.10 6 (g)

→ Số mol C 2 H 3 Cl:1,11 6 6

Theo sơ đồ tổng hợp(số mol CH 4 gấp đôi số mol C 2 H 3 Cl) và hiệu suất mỗi giai đoạn →

→ V CH4 =0,2493.10 6 22,4=5,5835.10 6 lit = 5583,5 m 3

Vậy thể tích khí thiên nhiên là: 100 3

95

Chú ý: Nếu bỏ qua việc đổi đơn vị đo(tấn → gam) thì việc giải sẽ nhanh hơn nhiều

Câu 3. Muốn tổng hợp 120 kg poli(metyl metacrylat) thì khối lượng của axit và ancol tương ứng cần dùng lần lượt là bao nhiêu ? Biết hiệu suất este hóa và trùng hợp lần lượt là 60% và 80%)

H=15% H=95% H=90%

A 215 kg và 80 kg B 171 kg và 82 kg

HD:

Khối lượng metyl metacrylat: 100

C 3 H 5 COOH + CH 3 OH→xt C 3 H 5 COOCH 3 + H 2 O

COOCH 3

nCH 2 =C- COOCH 3

0 , ,

t p xt

→ CH 2 -C n

CH 3 CH 3

→ số mol ancol bằng số mol axit:

3

150.10 100

Khối lượng ancol CH 3 OH: 2500.32=80000(g)=80(kg)

Khối lượng axit C 3 H 5 COOH: 2500.86=215000(g)=215(kg)→ Đáp án: A

Câu 4. PVC được điều chế từ khí thiên nhiên theo sơ đồ:

CH4 C2H2 CH2=CHCl PVC

Nếu hiệu suất toàn bộ quá trình điều chế là 20% thì thể tích khí thiên nhiên (đktc) cần lấy điều chế ra 1 tấn PVC là (xem khí thiên nhiên chiếm 100% metan)

HD:

Khối lượng C 2 H 3 Cl: 1(tấn)= 10 6 (g)

→ Số mol C 2 H 3 Cl: 1 6 6

Theo sơ đồ tổng hợp(số mol CH 4 gấp đôi số mol C 2 H 3 Cl)

→ số mol CH 4 : 2 0,016.10 6 =0,032.10 6 mol

→ V CH4 =0,032.10 6 22,4=0,7168.10 6 lit = 716,8 m 3

Vậy thể tích khí thiên nhiên là: 100 3

20

Câu 5. Xenlulozơ trinitrat là chất dễ cháy và nổ mạnh được điều chế từ xenlulozơ và axit nitric Tính thể tích dd axit nitric 99,67% (có khối lượng riêng 1,52g/ml) cần để sản xuất 59,4 kg xenlulozơ trinitrat Hiệu suất đạt 90%

HD: (C 6 H 10 O 5 ) n + 3nHNO 3→H SO2 4 [C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3 ] n + 3nH 2 O

Kết quả không phụ thuộc chỉ số n, để đơn giản khi tính toán ta bỏ qua giá trị này.

Số mol HNO 3 gấp 3 lần số mol xenlulozơtrinitrat:

→ Số mol HNO 3

59,4.1000

297 = mol → khối lượng: 600.63=37800(g)=37,8(kg)

Vì hiệu suất quá trình đạt: 90% → khối lượng axit: 100

Khối lượng dung dịch: 100

Thể tích dung dịch: 42,139

27,72

C KẾT LUẬN

1 Kết luận kết quả nghiên cứu

Trên đây là một số kỹ năng và phương pháp giải một số dạng bài toán cơ bản về polime Quá trình tìm tòi nghiên cứu tôi đã giải quyết được những vấn đề sau:

- Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của các quá trình xảy ra

- Từ đó rút ra các bước thông thường để giải một bài toán polime

- Sắp xếp một cách có hệ thống các dạng bài tập

- Đưa ra được các dạng bài tập cơ bản nhất và hướng dẫn giải chi tiết, ngắn gọn các dạng bài tập đó

Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm giảng dạy và tiến hành kiểm tra đánh giá tại

4 lớp có lực học tương đương nhau là: 12C6, 12C8, 12C9 và 12C10 với tổng số học

sinh: 170 em (trong đó 93,5% có học lực trung bình và yếu; 6,5% có học lực khá)

trường THPT Đặng Thai Mai

Đánh giá thông qua hai bài kiểm tra như sau:

ĐỀ KIỂM TRA 01-Test khi sử dụng phương pháp thông thường giảng dạy cho HS

Lớp 12C6, 12C8(ĐC)

Thời gian: 15 phút

Câu 1 Phân tử khối trung bình của poli etilen X là 420.000 Hệ số polime hoá của PE là:

A 12.000 B 13.000 C 15.000 D 17.000

Câu 2 Trùng hợp 1 mol etilen ở điều kiện thích hợp thì thu được bao nhiêu gam P.E(hiệu suất

đạt 80%) ? A 14g B 28g C 56g D 22,4g

Câu 3 Hệ số trùng hợp của PVC có phân tử khối trung bình là 250.000 đvc là:

A 400 B 4000 C 403,22 D 4032

Câu 4 Polime X có phân tử khối là 280.000 và hệ số trùng hợp n=10.000 X là:

A (-CH2-CH2-)n B (-CF2-CF2-)n C (-CH2-CHCl-)n D [-CH2-CH(CH3)-]n

Câu 5 Polime Y có phân tử khối là 5.040.000 và hệ số trùng hợp n=120.000 Y là:

A (-CH2-CH2-)n B (-CF2-CF2-)n C (-CH2-CHCl-)n D [-CH2-CH(CH3)-]n

Câu 6 Đốt cháy hoàn toàn một lượng poli etylen sản phẩm cháy lần lượt cho đi qua bình (1)

đựng H2SO4 đặc và bình (2) đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình (1) tăng m gam, bình (2) thu được 100 gam kết tủa Vậy m có giá trị là:

A 9g B 18g C 36g D 54g

Câu 7 Khi đốt cháy polime X chỉ thu được khí CO2 và hơi nước với tỉ lệ số mol tương ứng là 1:1 X là polime nào dưới đây?

A Poli propilen ( PP) B Tinh bột C Poli vinylclorua (PVC) D Poli stiren (PS)

Câu 8 Khi đốt cháy một loại polime chỉ thu được khí CO2 và hơi nước với tỉ lệ số mol

CO2: H2O bằng 1: 1 Polime trên thuộc loại nào trong số các polime sau: