SKKN : XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CẤU TẠO CỦA HỢP CHÁT HỮU CƠ

Với mục đích giúp học sinh ghi nhớ lý thuyết thật tốt trong quá trình giảng dạy tôi đã sử dụng một số phương pháp như khắc sâu kiến thức trọng tâm của mỗi bài, kiểm tra bài cũ thường xuy

PHẦN I: MỞ ĐẦU I.ĐẶT VẤN ĐỀ

Một trong những xu hướng phát triển của bài tập hoá học hiện nay là tăng cường khả năng tư duy hoá học cho sinh ở cả ba phương diện : lí thuyết, thực hành và ứng dụng Tuy nhiên , với hình thức thi trắc nghiệm hiện nay, những bài tập tính toán áp dụng các định luật các công thức tính nhanh không còn là vấn đề khó khăn đối với học sinh Kết quả của các kì thi , những bài kiểm tra cho thấy hầu hết học sinh đều làm sai những bài tập lý thuyết , đặc biệt là bài tập

lý thuyết hoá hữu cơ

Thật vây, hoá hữu cơ là một trong những môn học mới và khó đối với học sinh THPT, phần vì lượng kiến thức rộng, phần vì thời lượng ôn tập lăp lại trong quá trình học không nhiều , việc năm bắt và ghi nhớ của học sinh sẽ khó khăn Nếu trong quá trình học, học sinh không nắm vững tính chất của từng loại hợp chất thì việc vận dụng vào giải các bài tập sẽ không đạt kết quả

Với mục đích giúp học sinh ghi nhớ lý thuyết thật tốt trong quá trình giảng dạy tôi đã sử dụng một số phương pháp như khắc sâu kiến thức trọng tâm của mỗi bài, kiểm tra bài cũ thường xuyên và nghiêm túc hơn , tuy nhiên kết quả đưa lại không cao, học sinh vẫn không nắm được tính chất của từng hợp chất

Trong quá trình giảng dạy tôi nhận thấy khi sử dụng hệ thống bài tập lý thuyết , đặc biệt loại bài tập xác định công thức cấu tạo của chất dựa vào tính chất của hợp chất hữu cơ kích thích học sinh học lý thuyết và ghi nhớ lý thuyết một cách tích cực, hứng thú và có hiệu quả

Đó là lí do tôi muốn trao đổi một số kinh nghiệm về việc “SỬ DỤNG BÀI TẬP

XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CẤU TẠO CỦA CHẤT HỮU CƠ ĐỂ CŨNG CỐ TÍNH CHẤT

HÓA HỌC CỦA CHÚNG ‘

I.MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ

1 Mục đích

- Nắm vững tính chất của các hợp chất hữu cơ có nhóm chức

- Giải quyết nhanh và chính xác các bài tập xác định công thức cấu tạo của hợp chất hữu cơ

2 Nhiệm vụ

a/ Nghiên cứu tính chất hóa học của của các hợp chất hữu cơ có nhóm chức b/ Nghiên cứu các khái niệm liên quan đến hiện tượng đồng phân

c/ Từng bước xây dựng , lựa chọn , sắp xếp có hệ thống câu hỏi TNKQ về xác định công thức cấu tạo của chất dựa vào tính chất theo từng bài học

d/ Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở THPT, từ đó xác định hiệu quả của đề tài

e/ Đề xuất việc sử dụng đề tài vào các tiết học trong chương trình hóa học bậc trung học phổ thông

III.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Trong quá trình nghiên cứu đề tài tôi đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

1 Nghiên cứu lý luận

Nghiên cứu các vấn đề lý luận có liên quan đến đề tài

2 Điều tra cơ bản

 Trao đổi ý kiến với các đồng nghiệp

 Thăm dò ý kiến của học sinh sau khi sử đề tài trong quá trình thực nghiệm

3 Thực nghiệm sư phạm và xử lý kết quả

 Xác định nội dung, kiến thức, kỹ năng sử dụng bài tập xác định công thức cấu tạo của hợp chất hữu cơ

 Thực nghiệm kiểm tra, đánh giá phương pháp

 Xử lý kết quả bằng phương pháp thống kê

PHẦN 2: NỘI DUNG

I CƠ SỞ LÝ LUẬN

* Các dạng lý thuyết thường gặp

DẠNG 1 Những chất phản ứng được với dung dịch AgNO3/NH3

Những chất phản ứng được với AgNO3/NH3 gồm:

1 Ank – 1- in ( An kin có liên kết  đầu mạch) Phản ứng thế bằng ion kim

loại

Các phương trình phản ứng:

R-CCH + AgNO3 + NH3 → R-CAg + 2NH4NO3

Đặc biệt:

CHCH + 2AgNO3 + 2NH3 → AgCCAg + 2NH4NO3

Các chất thường gặp: axetilen( etin) C2H2 , propin CHC-CH3, Vinyl axetilen CH2=CH-CCH

Nhận xét: Chỉ có axetilen phản ứng theo tỉ lệ 1-2

Các ank-1-in khác phản ứng theo tỉ lệ 1-1

2 Anđehit: Phản ứng tráng bạc ( tráng gương ) trong phản ứng này anđehit

đóng vai trò là chất khử

Các phương trình phản ứng:

R(CHO)x + 2xAgNO3 + 3x NH3 + xH2O → R(COONH4)x + 2xNH4NO3 + 2xAg

Với anđehit đơn chức( x=1)

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O → RCOONH4 + 2NH4NO3 + 2Ag

Tỉ lệ mol: nRCHO : nAg = 1: 2

Riêng với HCHO theo tỉ lệ mol: nHCHO : nAg = 1: 4

HCHO + 4AgNO3 + 6NH3 + 2H2O → (NH4)2CO3 + 4NH4NO3 + 4Ag

3 Những chất có nhóm –CHO

Tỉ lệ mol: nRCHO : nAg = 1: 2

+ Axit fomic: HCOOH

+ Este của axit fomic: HCOOR

+ Glucôzơ: C6H12O6

+ Mantozơ: C12H22O11

DẠNG 2 Những chất phản ứng được với dung dịch brom

Dung dịch brom là dung dịch có màu nâu đỏ

Những chất phản ứng được với dung dịch brom gồm:

1 Hiđrocacbon bao gồm các loại hiđrocacbon sau:

+ Xiclo propan

+ Anken

+ Ankin

+ Ankađien

+ Stiren

2 Các hợp chất hữu cơ có chứa gốc hiđrocacbon không no Điển hình là gốc:

vinyl

CH2 = CH –

3 Anđehit ( Không tác dụng với dung dịch Br2 trong CCl4)

RCHO + Br2 + H2O → RCOOH + 2HBr

4 Các chất hữu cơ có nhóm chức anđehit

+ axit fomic

+ este của axit fomic

+ glucozơ

+ mantozơ

+ muối của axit fomic

5 phenol và anilin: Ph¶n øng thÕ ë vßng th¬m

OH

+ 3Br2 (dd)→

OH Br

Br

Br

+ 3HBr (kÕt tña tr¾ng) 2,4,6 tri brom phenol

Tương tự với anilin

DẠNG 3 Những chất có phản ứng cộng H2

1 Hiđrocacbon bao gồm các loại hiđrocacbon sau:

+ Xiclo propan, xiclo bu tan ( phản ứng cộng mở vòng )

+ Anken

+ Ankin

+ Ankađien

+ Stiren

2 Các hợp chất hữu cơ có chứa gốc hiđrocacbon không no Điển hình là gốc:

vinyl CH2 = CH –

3 Anđehit + H2 → ancol bậc I

RCHO + H2 → RCH2OH

CH3-CH = O + H2  t o,Ni CH3 -CH2 -OH

4 Xeton + H2 → ancol bậc II

CH3 - C - CH3 + H2

O

Ni, t o

CH3 - CH - CH3 OH

5 Các chất hữu cơ có nhóm chức anđehit

+ glucozơ: khử glucozơ bằng hiđro

CH2OH[CHOH]4CHO + H2  Ni,t0 CH2OH[CHOH]4CH2OH

Sobitol

+ Fructozơ

+ saccarozơ

+ mantozơ

DẠNG 4 Những chất phản ứng được với Cu(OH)2

Cu(OH)2 là 1 chất kết tủa và là 1 bazơ không tan

Những chất phản ứng được với Cu(OH)2 gồm

1 Ancol đa chức có nhóm – OH gần nhau tạo phức màu xanh lam với

Cu(OH)2

Ví dụ: etylen glycol C2H4(OH)2 và glixerol C3H5(OH)3

2 Những chất có nhóm –OH gần nhau

+ Glucôzơ

+ Fructozơ

2C6H12O6 + Cu(OH)2 → (C6H11O6)2Cu + 2H2O

+ Saccarozơ

+ Mantozơ

3 Axit cacboxylic

2RCOOH + Cu(OH)2 → (RCOO)2Cu + 2H2O

Đặc biệt: Những chất có chứa nhóm chức anđehit khi cho tác dụng với Cu(OH)2/ NaOH nung nóng sẽ cho kết tủa Cu2O màu đỏ gạch

+ Anđehit

+ Glucôzơ

+ Mantozơ

4 Peptit và protein

Peptit: Trong môi trường kiềm, peptit tác dụng với Cu(OH)2 cho hợp chất màu tím Đó là màu của hợp chất phức giữa peptit có từ 2 liên kết peptit trở lên với ion đồng

Protein: Có phản ứng màu biure với Cu(OH)2 cho hợp chất màu tím

DẠNG 5 Nhứng chất phản ứng được với NaOH

+ Dẫn xuất halogen

+ Phenol

+ Axit cacboxylic

+ este

+ muối của amin R – NH3Cl + NaOH → R – NH2 + NaCl + H2O

+ amino axit

+ muối của nhóm amino của amin

HOOC – R – NH3Cl + 2NaOH → NaOOC – R – NH2 + NaCl + 2H2O DẠNG 6 Những chất phản ứng được với HCl

Tính axit sắp xếp tăng dần:

Phenol < axit cacbonic < axit cacboxylic < HCl

Nguyên tắc: axit mạnh hơn đẩy axit yếu hơn ra khỏi muối

+ Phản ứng cộng của các chất có gốc hiđro cacbon không no Điển hình là gốc: vinyl CH2 = CH –

+ muối của phenol

+ muối của axit cacboxylic

+ Amin

+ Aminoaxit

+ Muối của nhóm cacboxyl của axit

NaOOC – R – NH2 + 2HCl → HOOC – R – NH3Cl + NaCl

DẠNG 7 Những chất phản ứng được với HCl và NaOH

+ Axit cacboxylic có gốc hiđrocacbon không no

+ Este không no

+ Aminoaxit

DẠNG 8 Những chất làm quỳ tím chuyển sang màu xanh,màu đỏ,không đổi màu

Những chất làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ ( thông thường là tính chất của axit ) gồm:

+ Axit cacboxylic

+ Muối của các bazơ yếu và axit mạnh

Những chất làm quỳ tím chuyển sang màu xanh ( thông thường là tính chất của bazơ ) gồm:

+ Amin ( trừ anilin )

+ Muối của axit yếu và bazơ mạnh

II SỬ DỤNG BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CẤU TẠO ĐỂ CỦNG CỐ

TÍNH CHẤT CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ Việc nghiên cứu tính chất của từng hợp chất hữu cơ và ghi nhớ chúng có hiệu quả là vần đề khó khăn , không mấy hứng thú đối với học sinh Để khắc phục điều này sau mỗi bài giảng về tính chất của từng hợp chất, tôi nhận thấy việc đưa một số bài tập lý thuyết , đặc biệt là dạng bài tập xác định công thức cấu tạo dựa vào tính chất của hợp chất, sẽ giúp học sinh ghi nhớ tích cực hơn, tăng thêm tình yêu môn hóa học

1 Phương pháp xác định công thức cấu tạo của hợp chất hữu cơ dựa vào

tính chất của chúng:

- Bước 1: Tính độ bất bão hòa :  = (( 2+ số nguyên tử ( hóa trị– 2))/ 2

- Bước 2 : Dựa vào tính chất của hợp chất viết các công thức cấu tạo phù hợp

Chú ý: Nắm vững các khái niệm đồng phân cấu tạo, đồng phân, chất

2 Ví dụ áp dụng

Ví dụ1: Cho X là hợp chất thơm có công thức phân tử C7H8O Số đồng phân của X tác dụng với Na giải phóng H2 là bao nhiêu ? Số đồng phân của X tác dụng với NaOH ? Số đồng phân của X không tác dụng với cả Na và NaOH ?

-Với công thức phân tử C7H8O chứa một nguyên tử oxi có thể là ancol,

phênol ,ete.Các công thức có thể có của X là:

C6H5- CH2OH (1) , o- OH-C6H4- CH3,(2) , p- OH-C6H4- CH3, (3),

m- OH-C6H4- CH3(4), C6H5-O-CH3(5)

- Tác dụng với Na: ancol, phenol (1, 2,3,4)

- Tác dụng với NaOH : chỉ có phenol (2,3,4)

- X không tác dụng với Na và NaOH: X là ete (5)

Ví dụ 2: Chất X và Y là đồng phân của nhau đều chứa vòng benzen, công thức phân tử là C7H8O Cả X và Y đều tác dụng với Na giải phóng H2 Y không tác dụng với dung dịch Br2 X tác dụng với dung dịch Br2 theo tỉ lệ mol 1:3 tạo kết tủa C7H5OBr3 Xác định công thức cấu tạo của X và Y?

Hướng dẫn:

- Tương tự ví dụ 1: X và Y là ancol và phênol

- Y không tác dụng với dung dịch Br2 => Y là ancol C6H5-CH2OH

- X tác dụng với dung dịch Br2 tỉ lệ mol 1:3 => X là phênol

Phân tích Nhóm OH có khả năng đẩy electron mạnh hơn nhom ankyl vì vậy

nhóm OH sẽ định hướng vị trí sản phẩm thế nguyên tử H trong vòng benzen

=> 3 vị trí ortho, para của nhóm OH chưa có nhóm thế Vậy X là m- metyl phenol

Ta có thể mở rộng : Nếu X tác dụng với dung dịch Br2 theo tỉ lệ mol 1:2 tạo sản phẩm có công thức C7H6OBr2 thì công thức cấu tạo của X ?

Phân tích: Một trong ba vị trí ortho, para đã có sẵn một nhóm thế Vậy công

thức của X là: Hoặc o- metyl phenol, hoặc p- metyl phenol

Ví dụ 3: Chất X có công thức C8H10O X tác dụng với NaOH Khi cho X tác dụng với dung dịch Br2 thu được kết tủaY có công thức C8H8OBr2 X có bao nhiêu công thức cấu tạo thoả mãn ?

b / Chương andehit và xeton

Ví dụ 1 : Số hợp chất hữu cơ mạch hở có cùng công thức phân tử C3H6O và có thể làm mất màu nước brom là

Hướng dẫn:

Với hợp chất hữu cơ dạng CnH2nO ( = 1) có thể là những hợp chất sau

- Anđehit no, đơn chức, mạch hở ( n1)

- Xeton no, đơn chức, mạch hở ( n  3)

- Ancol không no 1IIc-c, đơn chức, mạch hở ( n3)

- Ete không no 1IIc-c, đơn chức, mạch hở (n 3)

- Ancol no, đơn chức, mạch vòng ( n3)

- Ete no, đơn chức, mạch vòng ( n2)

Với bài này ta nên gợi ý để học sinh viết tất cả các đồng phân có thể có và yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi : đồng phân nào trong các đồng phân vừa viết có khả năng làm mất màu nước Br2 ? ( andehit, hợp chất không no hoặc vòng 3 cạnh)

Cụ thể các hợp chất đó là:

1/ CH3-CH2-CHO

2/ CH2=CH-CH2OH

3/ CH2=CH-O-CH3

Ví dụ2 : Hiđro hóa hoàn toàn anđehit X (xt Ni, t0) thu được ancol Y Mặt khác, oxi hóa X thu được axit cacboxylic Z Thực hiện phản ứng este hóa giữa

Y và Z (xt H2SO4 đặc) thu được este M có công thức phân tử là C6H10O2 Công thức của X là:

c/ Axit cacboxylic và este

Ví dụ 1: Hợp chất hữu cơ X đơn chức, mạch hở có công thức phân tử C4H6O2 X

có tất cả a đồng phân Khi cho X tác dụng với dung dịch NaOH có b đồng phân phản ứng với NaOH thu được sản phẩm có khả năng tráng gương Giá trị của a

và b lần lượt là:

A 8 và 4 B 7 và 4 C 10 và 5 D 5 và 5

Hướng dẫn: - Tính độ bất bão hoà = 2

- X đơn chức có 2 nguyên tử oxi => X có thể là axit hoặc este

X là axit hoặc este đơn chức không no 1IIc-c

Các công thức cấu tạo có thể có của X là

1.CH3- CH= CH – COOH

2.CH2=CH-CH2-COOH

3.CH2=C(CH3)-COOH

Đồng phân este:

4.HCOO- CH=CH- CH3

5.HCOO-CH2-CH= CH2

6.HCOO- C(CH3)=CH2

7.CH3-COO-CH=CH2

8 CH2=CH- COO-CH3

- Có 8 công thức cấu tạo thoã mãn ,vì vậy học sinh dễ chọn đáp án A Tuy nhiên, có tất cả 10 đồng phân của X (do công thức số 2, 4 có đồng phân hình học), có 5 đồng phân của X tác dụng với NaOH cho sản phẩm có khả năng

tham gia phản ứng tráng gương(đồng phân 4,5,6,7) Với ví dụ này ta khắc

sâu thêm một lần nữa khái niệm : đồng phân, khái niệm đồng phân cis- trans, phản ứng thuỷ phân của este và tính chất các hợp chất hữu cơ khác cho học sinh

Ví dụ 2: Hợp chất thơm X đơn chức ứng với công thức phân tử C8H8O2 có a đồng phân không tác dụng với Na nhưng tác dụng với NaOH và dung dịch Br2;

có b đồng phân không tác dụng với Na nhưng tác dụng với KOH theo tỉ lệ mol tương ứng 1:2 Tổng a+ b là:

Hướng dẫn: - Ta có thể gợi mở bằng cách đặt câu hỏi cho học sinh suy nghĩ: X

tác dụng với NaOH, vậy X có thể là hợp chất nào? Nếu là este thì este nào tác dụng với dung dịch Br2 (chỉ este của axit fomic) ? Este nào tác dụng với KOH tỉ

lệ mol 1:2(este 2chức hoặc este của phenol)? Với việc giải quyết các câu hỏi

học sinh tự khắc sâu thêm các tính chất của một số este đặc biệt

Cụ thể:

Tính độ bất bão hoà: = 5 Như vậy,

a/Tìm giá trị của a:

- X đơn chức, tác dụng với Na, NaOH, dung dịch Br2 =>

+ X có thể là axit HCOOH ( loại do không thoả mãn công thức phân tử )

+ X là este của HCOOR Các công thức của X là

HCOO- CH2-C6H5 , HCOO- C6H4- CH3 ( có 3 đông phân o,m,p) => a = 4 b/ Tìm giá trị của b

- X tác dụng với KOH tỉ lệ mol 1:2 , X đơn chức => X là este của phenol Các công thứccủa X thoả mãn là:

1/ o- HCOO- C6H4- CH3 ,

2/ p- HCOO- C6H4- CH3 ,

3/ m- HCOO-C6H4- CH3

4/ CH3- COO- C6H5

Vậy b = 4

Víd ụ 3 : Số đồng phân este của X có công thức phân tử C7H14O2, khi tham gia phản ứng xà phòng hoá thu được ancol không bị oxi hoá bởi CuO nung nóng là:

Gợi ý: Ancol nào không bị oxi hoá bởi CuO nung nóng ? ( ancol bậc 3)

Tính độ bất bão hoà = 1

Như vậy X là este no, đơn chức của axit cacboxylic với ancol bậc 3

X có các công thức cấu tạo là:

1/ HCOO- C(CH3)2- CH2- CH2 -CH3

2/ HCOO- C(CH3)2 –CH(CH3)- CH3

3/ HCOO-C(C2H5)2- CH3

4/ CH3- COO-C(CH3)2-CH2-CH3

5/ CH3-CH2-COO-C(CH3)2-CH3

Với ví dụ này ta khắc sâu cho học sinh tính chất của ancol bậc 3 và cách viết đồng phân của este

Ví dụ 4: Este X có công thức phân tử C5H8O2 Khi X tác dụng với NaOH tạo ra

2 sản phẩm đều có khả năng tham gia phản ứng tráng gương Số chất X thoả mãn điều kiện trên là:

liên kết đôi C=C

Vậy X có đặc điểm như thế nào để sản phẩm có khả năng tham gia phản úng tráng gương ? (este của axit fomic có dạng HCOO- CH=C(R1)-R2)

Các công thức cấu tạo của X thoả mãn là:

1/ HCOO-CH=CH-CH2-CH3

2/ HCOO- CH=C(CH3)-CH3

Học sinh sẽ chọn đáp án A, tuy nhiên đáp án đúng phải là C do công thức cấu tạo ( 1) có đồng phân cis- trans Nhắc nhở học sinh phân biệt rõ khái niệm công thức cấu tạo , chất và đồng phân

Ví dụ 5: Hợp chất X có chứa C,H,O có Mptử = 132 đvc, thuộc loại đa chức khi phản ứng với NaOH tạo ra muối và ancol Số hợp chất thoả mãn tính chất của X là:

Hướng dẫn: - X tác dụng với NaOH tạo ra muối và ancol, vậy X là este

- X là hợp chất đa chức , X có số nguyên tử oxi trong phân tử là 4,6,8…

- Đặt công thứccủa X là CxHyOz

- Xét Z = 4 => 12x + y = 68 => x = 5, y= 8 => C5H8O4 ( X là este 2 chức, no,mạch hở ,  = 2)

Các công thức cấu tạo của X là:

1/ CH3-OOC-COO- CH2-CH3

2/ CH3-OOC- CH2-COO-CH3

3/ HCOO-CH2-CH2-OOC-CH3

4/ HCOO-CH2-CH2-CH2-OOCH

5/ HCOO-CH2-CH(CH3)- OOCH

- Xét z= 6,8, … không có công thức nào thoả mãn

Khi làm bài này học sinh có thể mắc những sai lầm sau:

- Không phân biệt rõ khái niệm hợp chất đa chức và tạp chức nên tìm ra số công thức nhiều hơn

- Không nắm vững khái niệm este đa chức là este được hình thành giữa : ancol đa chức và axit đơn chức, axit đa chức và ancol đơn chức hoặc cả axit và ancol đa chức dẫn đến viết thiếu đồng phân

Với ví dụ này nhằm khắc sâu cho học sinh những kiến thức nêu trên

Ví dụ 6: Chất hữu cơ X C6H10O4 chỉ chứa một loại nhóm chức Đun nóng X với dung dịch NaOH dư thu được một muối của axit cacboxylic Y và một ancol Z Biết Y có mạch C không phân nhánh, không có phản ứng tráng bạc Số công thức cấu tạocủa X là:

- X tác dụng với dung dịch NaOH tạo 1 muối và 1 ancol

=> X là este no, hai chức , mạch hở ( và là este của 1 ancol đa chức và 1 axit đơn chức hoặc ngược lại)

Có các công thức sau của X thoả mãn:

1/ CH3-CH2-OOC-COO-CH2-CH3

2/ CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3

3/ CH3-OOC-CH2-CH2-COO-CH3

Ví dụ 7:X là hợp chất có CTPT C6H10O5:

X + 2 NaOH -> 2Y + H2O Y + HCl(loãng) -> Z + NaCl

Hãy cho biết khi cho 0,1 mol Z tác dụng với Na dư thu được bao nhiêu mol H2?

Hướng dẫn:

- Tính độ bất bão hòa = 2

Ví dụ 8: Hợp chất thơm X, có CTPT C8H8O2 vừa có khả năng tác dụng với Na, vừa có khả năng tác dụng với NaOH và làm quì tím chuyển màu hồng Số đồng phân cấu tạo của X là