SKKN Xây dựng hệ thống bài tập thông qua khái niệm đồng đẳng

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÔNG QUA KHÁI NIỆM ĐỒNG ĐẲNG" 1 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Khái niệm hoá học là một phần rất quan trọng trong quá trình dạy học và là nền tảng cho việc nghiên cứu, phân loại các vấn đề lý thuyết và bài tập hoá học. Hiểu, nắm bắt và vận dụng tốt khái niệm giúp cho việc lĩnh hội kiến thức được sâu hơn. Vận dụng khái niệm vào việc củng cố kiến thức lý thuyết, phân loại bài tập sẽ mang đến sự tích cực hoá trong việc dạy và học. Trong hóa học hữu cơ, khái niệm về đồng đẳng, đồng phân được xem là cơ sở để học sinh tiếp cận với việc học hoá hữu cơ. Nếu như khái niệm về đồng phân giải thích được sự đa dạng phong phú của hợp chất hữu cơ, thì khái niệm đồng đẳng đang còn là vấn đề chưa thực sự rõ ràng đối với học sinh. Trong sách giáo khoa có nêu khái niệm: “Những hợp chất có thành phần phân tử hơn kém nhau một hay nhiều nhóm CH 2 nhưng có tính chất hóa học tương tự nhau là những chất đồng đẳng, chúng hợp thành dãy đồng đẳng.” Khái niệm khai thác ở 2 nội dung là thành phần phân tử và cấu tạo. Nếu như về thành phần phân tử đã rất rõ ràng thì về tính chất đang còn thể hiện rất chung không cụ thể. Ở mức độ biết của học sinh thì không thể lĩnh hội một cách chủ động kiến thức ở vế hai của khái niệm. Mức độ vận dụng thì học sinh có thể suy luận từ tính chất tương tự suy ra cấu tạo tương tự. Nhưng việc khắc sâu kiến thức, vận dụng với những vấn đề cụ thể không phải dễ với đối tượng học sinh phổ thông. Để giúp học sinh vận dụng khái niệm, củng cố kiến thức về thuyết cấu tạo hoá học, sâu chuỗi tính chất của các hợp chất tương tự, nắm vững được công thức chung của các hợp chất , làm quen với các dạng toán hữu cơ tôi mạnh dạn khai thác xây dựng hệ thống bài tập xoay quanh khái niệm nhằm trang bị kiến thức cơ sở cho học sinh tiếp cận các bài toán hữu cơ một cách hệ thống hơn. 2 Đối với mỗi đối tượng học sinh có thể khai thác khái niệm ở các mức độ khác nhau. Học sinh lớp 11 bắt đầu tiếp cận và làm quen với kiến thức hoá hữu cơ, với các bài tập ban đầu tôi xây dựng hệ thống bài tập theo mức độ biết và vận dụng. Đối với học sinh lớp 12 và đối tượng học sinh lớp 11 sau khi học xong phần lý thuyết về hợp chất hữu cơ chứa nhóm chức tôi xây dựng hệ thống kiến thức ở mức độ tư duy và kỹ năng. Ngoài ra thông qua giải bài tập về đồng đẳng tôi xây dựng thêm hệ thống bài tập hữu cơ có phương pháp giải bằng cách sử dụng các đại lượng trung bình. Đây cũng là một dạng bài tập lớn trong hoá hữu cơ, đồng thời gợi ý cho học sinh khá giỏi tiếp thu thêm nhiều phương pháp giải bài tập. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ A. Cơ sở lý luận của vấn đề Từ nội dung của khái niệm đồng đẳng, qua thực tế giảng dạy ở nhiều đối tượng học sinh tôi nhận thấy việc triển khai kiến thức về đồng đẳng cho học sinh tương đối khó. Nếu chỉ để học sinh nắm được khái niệm đồng đẳng từ đó xây dựng một số dãy đồng đẳng thì học sinh nhanh quên, không vận dụng được cho việc tiếp thu lượng kiến thức lớn liên quan đến lý thuyết và bài tập hóa hữu cơ. Nhưng khai thác sâu hơn về khái niệm đồng đẳng, biến những phát biểu của khái niệm thành phạm trù kiến thức giúp học sinh hiểu và vận dụng thì chưa có nhiều tài liệu đề cập đến vấn đề này. Khái niệm đồng đẳng không chỉ đơn thuần là các phát biểu thuần túy thực nghiệm, mà bao hàm cả các giả thuyết định tính 3 trong đó. Việc xây dựng hệ thống bài tập nhằm tập chung phân dạng bài tập về định tính và định lượng từ mức độ dễ đến khó nhằm làm sáng tỏ khái niệm đồng đẳng, đồng thời giúp học sinh hiểu, vận dụng tốt kiến thức hoá học trong việc giải bài tập. B. Thực trạng của vấn đề Việc khai thác một khái niệm để trang bị kiến thức cho học sinh phụ thuộc nhiều và khả năng của giáo viên. Biến một khái niệm thành các hệ thống bài tập sẽ tạo thành chuẩn kiến thức để người dạy và người học tìm đến cái chung, cái bản chất của khái niệm. Hệ thống bài tập trong sáng kiến kinh nghiệm được xây dựng theo các phát biểu của khái niệm, và sự tương quan giữa các đại lượng như sau: - Các chất đồng đẳng có thành phần phân tử hơn kém nhau những nhóm –CH 2 - Các chất đồng đẳng có tính chất hoá học tương tự nhau và chúng có cấu tạo tương tự nhau. - Các chất đồng đẳng có cùng công thức chung - Các chất đồng đẳng có khối lượng mol lập thành cấp số cộng với công sai d=14. C. Giải pháp và tổ chức thực hiện Với cách đặt vấn đề trên việc tổ chức hệ thống bài tập của nội dung sáng kiến được xây dựng như sau: I. Các chất đồng đẳng có thành phần phân tử hơn kém nhau những nhóm –CH 2 Bài tập về lập công thức chung của dãy đồng đẳng thông qua thành phần phân tử hoặc qui tắc hoá trị. 1.1. Bài tập mẫu 4 Bài tập 1. Dựa vào định nghĩa về đồng đẳng xây dựng công thức chung (công thức tổng quát) của các chất trong dãy đồng đẳng với : a. CH 4 b. Stiren (C 6 H 5 C 2 H 3 ) c.HCHO Giải 1. Mức độ biết: Học sinh dựa vào khái niệm đồng đẳng, viết công thức các chất đồng đẳng tiếp theo của CH 4 thành dãy: CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10 , , Sau đó tìm mối quan hệ theo qui nạp: 4 = 1 x 2 + 2 6 = 2 x 2 + 2 Tổng quát: Số nguyên tử H = số nguyên tử C x 2 + 2 8 = 3 x 2 + 2 Vậy công thức chung: C n H 2n+2 (n >0) Học sinh dựa vào khái niệm đồng đẳng, viết công thức các chất đồng đẳng tiếp theo của C 6 H 5 C 2 H 3 thành dãy: C 6 H 5 C 2 H 3 , C 6 H 5 C 3 H 5 , C 6 H 5 C 4 H 7 , C 6 H 5 C 5 H 9 , , Sau đó nhận xét: Các chất đồng đẳng phải chứa nhóm C 6 H 5 , chỉ khác thành phần về C, H ở nhánh. Từ đó tìm mối quan hệ theo qui nạp: 3 = 2 x 2 - 1 5 = 3 x 2 -1 Tổng quát: số nguyên tử H(ở nhánh) = số nguyên tử C x 2 -1. 7 = 4 x 2 -1 Vậy công thức chung: C 6 H 5 C n H 2n-1 (n >1). 5 Khi học sinh đã học xong bài phân loại hợp chất hữu cơ (SGK -11- Chương trình nâng cao) tức là đã nắm được khái niệm nhóm chức. Từ công thức HCHO học sinh biết phân biệt 2 thành phần phần chức (CHO), phần gốc H. Học sinh dựa vào khái niệm đồng đẳng, viết công thức các chất đồng đẳng tiếp theo của HCHO thành dãy: HCHO, CH 3 CHO, C 2 H 5 CHO, C 3 H 7 CHO, , Sau đó tìm mối quan hệ theo qui nạp: 3 = 1 x 2 + 1 5 = 2 x 2 + 1 Tổng quát: số nguyên tử H (ở gốc) = số nguyên tử C x 2+ 1 7 = 3 x 2 + 1 Vậy công thức chung: C n H 2n+1 CHO (n >0) Ta có thể hướng dẫn học sinh vận dụng khái niệm đồng đẳng để xây dựng công thức chung cho một dãy đồng đẳng bất kì một cách dễ hiểu hơn như sau. 2. Mức độ vận dụng:  Theo định nghĩa công thức chung của các chất trong dãy đồng đẳng với CH 4 có dạng là: CH 4 (CH 2 ) k (trong đó k≥0) ↔ C 1+k H 2+2k đặt 1+k = n suy ra: 2+2k = n+2 Vậy công thức chung cho dãy là: C n H 2n+2 (n ≥1)  Theo định nghĩa công thức chung của các chất trong dãy đồng đẳng với C 6 H 5 C 2 H 3 có dạng là: C 6 H 5 C 2 H 3 (CH 2 ) k (trong đó k≥0) ↔ C 6 H 5 C 2+k H 3+2k đặt k+2 = n. Vậy công thức chung cho dãy là: C 6 H 5 C n H 2n-1 (n >1). 6  Theo định nghĩa công thức chung của các chất trong dãy đồng đẳng với HCHO có dạng là: H(CH 2 ) k (CHO) (trong đó k≥0) ↔ C k H 1+2k CHO đặt k = n suy ra: 1+2k = 2n+1 Vậy công thức chung cho dãy là: C n H 2n+1 CHO (n ≥0) Bài tập 2. A, B là các hiđrocacbon cùng dãy đồng đẳng đã học (M B >M A ). Khi đốt cháy hoàn toàn cùng lượng mol của A và B thì tỉ lệ (số mol CO 2 : số mol H 2 O) từ A nhỏ hơn tỉ lệ đó thu được từ B. Hỏi A, B thuộc dãy đồng đẳng nào. Giải Gọi công thức của A là C x H y . Theo định nghĩa đồng đẳng công thức của B là C x+k H y+2k . Phản ứng cháy : C x H y + (x+y/4)O 2 → xCO 2 +y/2H 2 O C x+k H y+2k + [x+k+(y+2k)/4]O 2 → (x+k)CO 2 +(y+2k)/2H 2 O Theo giả thuyết có: x /y < (x+k)/ (y+2k) Suy ra: y> 2x. (1) Mặt khác theo qui tắc hoá trị ta luôn có: 2≤y ≤ 2x + 2 (2) Từ (1), (2) suy ra : y =2x + 2. A, B thuộc dãy đồng đẳng của metan (các ankan) 1.2. Bài tập đề nghị. • Bài tập tự luận Bài tập 1. Dựa vào định nghĩa về đồng đẳng xây dựng công thức chung (công thức tổng quát) cho các hidrocacbon thuộc dãy đồng đẳng của a. etylen (C 2 H 4 ) b. axetilen (C 2 H 2 ) 7 c. benzen (C 6 H 6 ) Bài tập 2. Dựa vào định nghĩa về đồng đẳng xây dựng công thức chung (công thức tổng quát) cho mỗi dãy đồng đẳng khi biết công thức phân tử đơn giản nhất của chất đầu tiên trong mỗi dãy. a. CH 4 O b. CH 5 N c. C 2 H 2 O 2 d. C 2 H 2 O 4 Đáp án: Bài tập 1. Công thức chung (công thức tổng quát) của các hidrocacbon là a.C n H 2n (n ≥ 2) b.C n H 2n-2 (n ≥ 2) c. C n H 2n-2 (n ≥ 6) Bài tập 2. Công thức chung (công thức tổng quát) của các hợp chất hữu cơ chứa nhóm chức là a. C n H 2n+1 OH (n ≥ 1) b. C n H 2n+1 NH 2 (n ≥ 1) c. C n H 2n (CHO) 2 (n ≥ 0) d. C n H 2n (COOH) 2 (n ≥ 0) • Bài tập trắc nghiệm Bài tập 1. A, B là 2 hợp chất hữu cơ đơn chức cùng dãy đồng đẳng, phân tử chỉ chứa chức có H linh động (M B >M A ). Khi đốt cháy hoàn toàn cùng lượng mol của A và B thì tỉ lệ (số mol H 2 O : số mol CO 2 ) từ B nhỏ hơn tỉ lệ đó thu được từ A. A, B có thể thuộc dãy đồng đẳng là: A. ancol no, hở đơn chức B. ancol không no, hở đơn chức C. axit hữu cơ no, hở đơn chức D. phenol đơn chức Bài tập 2. A, B là 2 axit hữu cơ cùng dãy đồng đẳng (M B >M A ). Khi đốt cháy hoàn toàn cùng lượng mol của A và B thì tỉ lệ (số mol H 2 O : số mol CO 2 ) từ B lớn hơn tỉ lệ đó thu được từ A. Công thức chung của A, B là: 8 A. C n H 2n-2 O 2 B. C n H 2n-2 O 4 C. C n H 2n O 2 D. C n H 2n O 2 Bài tập 3. Khi đốt cháy một amin no mạch hở đơn chức thu được tỉ lệ số mol CO 2 /H 2 O là T. Giá trị T biến thiên trong khoảng nào sau đây. Chọn đáp án đúng nhất. A. 23 20 T 7 4 ≤≤ B. 0,4 ≤ T < 1 C. 0,4 ≤ T ≤ 1 D. 23 20 T 5 2 ≤≤ Câu 4. Lần lượt đốt cháy 4 chất hữu cơ thuộc dãy đồng đẳng của: Metan ; axetilen; benzen; stiren. Thu được tỉ lệ số mol H 2 O/CO 2 theo thứ tự lần lượt là: 1,25; 0,75; 0,625; 0,5. Nếu đốt cháy hỗn hợp cùng số mol 4 chất thu được tỉ lệ số mol H 2 O/CO 2 là A. 1,33 B. 0,45 C. 0,625 D. 0,75 Đáp án Câu 1 Câu 2 Câu 3 Câu 4 A C B D II. Các chất đồng đẳng có tính chất hoá học tương tự nhau và chúng có cấu tạo tương tự nhau. Bài tập về xác định cấu tạo của các chất đồng đẳng khi biết cấu tạo của một chất. 2.1. Bài tập mẫu. Bài tập 1. Cho dãy đồng đẳng gồm: C 2 H 4 , C 3 H 6 , C 4 H 8 , C 5 H 10 , Cho biết đặc điểm cấu tạo của cả dãy và số đồng phân cấu tạo của chất thứ 5 trong dãy. Giải Do C 2 H 4 là chất đầu tiên trong dãy và chỉ có cấu tạo: CH 2 = CH 2 . 9 Nên đặc điểm cấu tạo chung của các chất trong dãy: mạch hở, có 1 liên kết đôi (bao gồm δ, π). Chất thứ 5 có công thức phân tử: C 2 H 4 (CH 2 ) 4 hay C 6 H 12 . Có đồng phân cấu tạo gồm: Đồng phân mạch C, đồng phân vị trí liên kết đôi (1) CH 2 =CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 ; (2) CH 3 -CH=CH-CH 2 -CH 2 -CH 3 ; (3) CH 3 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH 3 ; (4)CH 2 =C(CH 3 )-CH 2 -CH 2 -CH 3 ; (5)CH 3 -C(CH 3 )=CH-CH 2 -CH 3 ; (6)CH 3 -CH(CH 3 )-CH=CH-CH 3 ; (7)CH 3 -CH(CH 3 )-CH 2 -CH=CH 2 ; (8)CH 3 -C(CH 3 ) 2 -CH=CH 2 ; (9)CH 2 =C(CH 3 )-CH(CH 3 ) –CH 3 ; (10)CH 3 -C(CH 3 )=C(CH 3 ) –CH 3 ; (11)CH 2 =C(CH 3 )-CH(CH 3 ) –CH 3 ; Đối với mức độ học sinh khá giỏi, hoặc học sinh đã học xong phần hợp chất hữu cơ chứa C, H, O. Có thể khai thác vế thứ hai về khái niệm đồng đẳng “ các chất đồng đẳng tính chất hoá học tương tự nhau” như sau. Bài tập 2. Cho các chất có công thức cấu tạo như sau: CH CH 3 CH 3 OH CH 3 CH 2 OH; ; CH 3 CH 2 CH 2 OH CH 2 OH CH 2 CH 2 CH 3 ; CH 3 CHOH CH 2 CH 3 ; CH 3 OH ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) Những chất nào là đồng đẳng của nhau. Sắp xếp chúng thành dãy đồng đẳng với thứ tự khối lượng mol tăng dần. Giải 10 [...]... Đáp án Bài 1 Bài 2 Bài 3 A B B III Các chất đồng đẳng có cùng công thức chung Bài tập về lập công thức phân tử, xác định số đồng phân của hợp chất trong dãy đồng đẳng khi biết công thức chung của dãy đồng đẳng 3.1 .Bài tập mẫu A là đồng đẳng của benzen, trong thành phần của A chứa 9,43%H về khối lượng Xác định công thức phân tử và số lượng đồng phân A thoả mãn Giải Học sinh đã biết dãy đồng đẳng của... CTPT A: C8H10 Các đồng phân của A thoả mãn : 3.2 Bài tập đề nghị: Bài tập 1 A là đồng đẳng của C2H4 Đốt cháy hoàn toàn 1,12 lít A (đktc) thu được sản phẩm có tổng khối lượng là 15,5 gam Công thức CTPT và số đồng phân cấu tạo của A thoả mãn là A C5H10; 5 đồng phân B C4H8; 3 đồng phân C C5H10; 6 đồng phân D C6H12 ; 7 đồng phân Bài tập 2 Có 2 amin bậc 1: A là đồng đẳng của anilin, B là đồng đẳng của metylamin... C.5,6 lít; C3H6 và C4H8 D 10,08 lít; C2H4 và C3H6 Đáp án Bài 1 Bài 2 Bài 3 Bài 4 Bài 5 A B A B A IV Các chất đồng đẳng có khối lượng mol lập thành cấp số cộng với công sai d=14 4.1 Lập công thức phân tử của hỗn hợp các chất hữu cơ đồng đẳng liên tiếp dựa theo khối lượng mol 4.1.1 Bài tập mẫu 14 Hỗn hợp A chứa một số hiđrocacbon mạch hở đồng đẳng liên tiếp Tổng khối lượng mol của chúng là 252, trong... tính chất khác nhau được gọi là A thù hình B đồng vị C đồng đẳng D đồng phân Câu 2 Phát biểu nào sau đây đúng A Các chất thuộc dãy đồng đẳng ankin đều tác dụng với dung dịch AgNO3/NH3 B Chỉ có dãy đồng đẳng anken khi đốt cháy mới thu được số mol CO 2 bằng số mol H2O C Chỉ có dãy đồng đẳng ankan khi đốt cháy mới thu được số mol CO 2 nhỏ hơn số mol H2O D Dãy đồng đẳng của ankađien gồm các chất có 2 liên... - 1- in, pent- 1- in Bài 1 Bài 2 Bài 3 C B B 4.2 Lập công thức phân tử của các chất đồng đẳng dựa vào đại lượng trung bình Khi 2 chất hữu cơ thuộc cùng dãy đồng đẳng thì về thành phần nguyên tử, khối lượng phân tử quan hệ: x< x< x+k y < y < y + 2k M < M < M + 14k Trong đó x ; y ; M lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, khối lượng mol trung bình, k là số nhóm CH2 4.2.1 Bài tập mẫu Đốt cháy hoàn... trong dãy đồng đẳng sau: a CH2O; C2H4O, C3H6O, b C2H2O4; C3H4O4; C4H6O4; c C2H2; C3H4; C4H6; Bài tập 2 X là đồng đẳng của CH2OH- CH2OH, công thức phân tử của X là C 3H8O2 Công thức cấu tạo của X là A CH2OH- CHOH- CH3 C CH2OH-CH2-O-CH3 B CH2OH-CH2-CH2OH D CH3- O- CH2 – O- CH3 Bài tập 3 Có bao nhiêu đồng phân cấu tạo thoả mãn với chất X có công thức phân tử là C7H8O Biết rằng X là đồng đẳng của phenol... sau khi được dạy hoặc đọc xong một khái niệm nên hình thành thói quen phân tích tìm mối liên hệ giữa các vấn đề lý thuyết với bài tập mẫu để trau rồi kiến thức và kỹ năng của mình Nội dung chỉ là một mảng đề tài nhỏ trong biển kiến thức về bộ môn Hoá học Các bài tập đưa ra có bài tham khảo ở nhiều thầy cô giáo có bề dày kinh nghiệm trong dạy và học, có bài được xây dựng trên cơ sở kiến thức của bản... hiệu quả của việc phân tích nội dung khái niệm, biến các phát biểu thuần tuý trong hoá học trở thành những dạng toán cơ bản 18 của hoá học Việc phân loại bài tập cũng nhằm hệ thống dạng bài tập trong hoá hữu cơ, giúp cho học sinh định hướng việc giải bài toán hữu cơ Trên đây là toàn bộ những nội dung kiến thức mà tôi tích luỹ và đúc kết kinh nghiệm trong quá trình học tập và giảng dạy Để kiểm tra mức độ... mạch hở đồng đẳng liên tiếp nên : an = a1 + (n-1) 14 = 2 a1 Suy ra: a1 = (n-1) 14 (1) Áp dụng công thức tính tổng: S = (a1 + an) n/2 = 252 Suy ra: a1.n = 168 (2) từ (1), (2) ta có phương trình: n2 – n – 12 = 0 Vậy n = 4; a1= 42 Công thức của chất đầu tiên là CxHy có : 12x + y = 42 Suy ra: x =3; y = 6 Công thức của 4 chất đồng đẳng liên tiếp là: C3H6; C4H8; C5H10 ; C6H12 4.1.2 Bài tập đề nghị Bài tập. .. C4H8; C6H12 D C4H8; C5H10 Bài tập 2 Có 3 hiđrocacbon X, Y, Z là đồng đẳng liên tiếp (thuộc dãy đồng đẳng đã học) có tỉ lệ khối lượng tương ứng trong hỗn hợp là: 6,57%; 30,97%; 62,46% và số mol của Y 15 bằng ½ tổng số mol X, Z Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp là 99u CTPT của chúng lần lượt là A C6H6, C7H8, C8H10 B C7H8, C8H10, C9H12 C C4H8, C5H10, C6H12 D C4H6, C5H8, C6H10 Bài tập 3 A, B là các ankin . chất hữu cơ chứa nhóm chức tôi xây dựng hệ thống kiến thức ở mức độ tư duy và kỹ năng. Ngoài ra thông qua giải bài tập về đồng đẳng tôi xây dựng thêm hệ thống bài tập hữu cơ có phương pháp giải. SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÔNG QUA KHÁI NIỆM ĐỒNG ĐẲNG" 1 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Khái niệm hoá học là một phần rất quan trọng trong quá trình dạy học và là. định tính 3 trong đó. Việc xây dựng hệ thống bài tập nhằm tập chung phân dạng bài tập về định tính và định lượng từ mức độ dễ đến khó nhằm làm sáng tỏ khái niệm đồng đẳng, đồng thời giúp học sinh