Phát triển tư duy học sinh thông qua phương pháp giá trị trung bình

Định hướng đổi mới PPDH đã được cụ thể hóa trong chỉ thị của Bộ giáo dục và đào tạo đã nêu: “ Phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh , phù hợp với đặc trưn

Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lí do chọn đề tài

Do yêu cầu đổi mới về phương pháp dạy học ( PPDH) và chương trình hóa học phổ thông Đổi mới chương trình sách giáo khoa (SGK) trong giáo dục phổ thông được đặt trọng tâm vào việc đổi mới PPDH Định hướng đổi mới PPDH đã được cụ thể hóa trong chỉ thị của Bộ giáo dục và đào tạo đã nêu: “ Phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh , phù hợp với đặc trưng của môn học, đặc điểm đối tượng học sinh, điều kiện của từng lớp học ; bồi dưỡng cho học sinh phương pháp tự học, khả năng hợp tác ; rèn luyện

kĩ năng vận dụng kiến thức vào thwucj tiễn , tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú và trách nhiệm học tập cho học sinh

Hóa học là bộ môn khoa học quan trọng trong nhà trường phổ thông Môn hóa học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thông, cơ bản và thiết thực Giáo viên bộ môn hóa học cần hình thành ở các em một kỹ năng và thói quen học tập khoa học để làm nền tảng cho việc giáo dục và phát triển năng lực nhận thức, năng lực tư duy Qua đó giáo dục cho học sinh những đức tính cần thiết như: tính cẩn thận, kiên trì trung thực, chính xác , yêu chân lí khoa học , có ý thức trách nhiệm với bản thân, gia đình, xã hội

Trong dạy học hóa học, việc giải bài tập có một ý nghĩa rất quan trọng Ngoài việc rèn luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học bài tập hóa học còn là phương tiện cơ bản để rèn luyện các thao tác tư duy một

số kỹ năng về hóa học Thông qua giải bài tập, giúp học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh, sáng tạo, nâng cao hứng thú trong học tập

Hiện nay việc sử dụng thi trắc nghiệm khách quan (TNKQ) trong các kì thi THPT quốc gia đòi hỏi người giáo viên dạy hóa học cần có những phương pháp giải phù hợp với từng dạng toán để làm sao phát triển được tối đa tư duy của học sinh thông qua những bài tập rèn luyện khả năng suy luận giúp cho các em đạt được kết quả tốt nhất trong các kì thi

Tuy nhiên việc sử dụng phương pháp giá trị trung bình để phát triển tư duy cho học sinh đang còn hạn chế, các đề tài nghiên cứu về vấn đề này đang còn ít Với các lí do trên cùng với thực tế dạy học hóa học ở trường THPT tôi chọn

đề tài: “ Phát triển tư duy học sinh thông qua phương pháp giá trị trung

bình”.

2 Mục đích nghiên cứu.

- Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn một số dạng toán hay gặp, từ đó đề

xuất phương pháp giải phù hợp với tư duy để làm bài tập một cách có hiệu quả

- Sử dụng phương pháp giá trị trung bình trong quá trình dạy học một số dạng toán trong chương trình hóa học 11 theo hướng phát triển tư duy cho học sinh

- Đánh giá tính khả thi thông qua khả năng nhận thức của HS và hiệu quả của phương pháp giá trị trung bình thông qua các bài tập hóa học

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng:

- Một số dạng bài tập hóa hữu cơ trong chương trình hóa học lớp 11

Khách thể: Học sinh lớp 11- THPT

Phạm vi nghiên cứu:

- Đề tài chỉ nghiên cứu một số dạng toán thuộc chường trình hóa học 11

- Nghiên cứu và đổi mới một số dạng bài tập và đề xuất phương pháp giải nhằm phát triển khả năng tư duy đạt hiệu quả

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết : thu thập, nghiên cứu, hệ thống, phân tích, tổng hợp các nguồn tài liệu có liên quan đến đề tài

4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm:

- Tìm hiểu , quan sát quá trình học tập , giải BTHH của học sinh

- Khảo sát tính khả thi của phương pháp giá trị trung bình trong một số dạng bài tập

4.3 Phương pháp thống kê xử lí số liệu:

Sử dụng công thức toán thống kê để xử lí số liệu thu thập được nhằm đánh giá kết quả thực nghiệm

5 Những điểm mới của SKKN:

- Tổng hợp lí thuyết phương pháp giá trị trung bình làm cơ sở để giải một số dạng bài tập hóa học

- Hệ thống một số dạng bài tập hóa lớp 11 mà học sinh chưa tìm được cách giải

có tính tư duy cao

- Đề xuất những cách giải sử dụng phương pháp giá rị trung bình nhằm nâng cao năng lực nhận thức và phát triển tư duy cho học sinh

Phần 2: NỘI DUNG

1 Cơ sở lí luận của việc sử dụng phương pháp giá trị trung bình ở trường THPT.

Như chúng ta đã biết để giải nhanh được một bài toán hóa học tính theo phương trình hóa học thì việc đầu tiên là phải viết chính xác phương trình sau đó mới tính đến các bước tiếp theo

Đối với dạng bài tập liên quan đến hiđrocacbon, học sinh muốn giải được nhanh các bài tập thì điều đầu tiên là phải hiểu rõ được bản chất của các phản ứng xảy

ra như thế nào, xác định đúng chất phản ứng và sản phẩm được sinh ra Sau đó các em phải xây dựng được cho mình kĩ năng giải toán, tức là phải hình thành cho mình thói quen phân tích đề và định hướng được cách giải Điều này vô cùng quan trọng với học sinh Do đó trong quá trình dạy học về hiđrocac bon cần phải day cho hoạc sinh biết vận dụng được phương pháp giá trị trung bình Muốn sử dụng linh hoạt phương pháp giá trị trung bình để giải toán cần lưu ý các điểm sau:

- Đối với một hỗn hợp chất bất kì ta luôn có thể biểu diễn chúng qua một đại lượng tương đương, thay thế cho cả hỗn hợp, là giá trị trung bình (như: khối lượng mol trung bình, số nguyên tử trung bình, số nhóm chức trung bình, số liên kết π trung bình ) được biểu diễn qua biểu thức:

X = ( 1 )

.

1

1

i

n

i

n

i i i

n

n

X

=

=

∑

∑

Với: X i là đại lượng đang xét của chất thứ i trong hỗn hợp

n i là số mol của chất thứ i trong hỗn hợp

-Ta luôn có : - Dựa vào tính chất của giá trị trung bình: X1 < X < X2 để tìm các chất, kết hợp với giữ kiện của bài toán (chẳng hạn như: hai chất là đồng đẳng liên tiếp ; hoặc dựa vào số mol của các chất) để tìm chính xác X1 và X2

- Các giá trị trung bình thường gặp trong giải toán hóa học là:

+ Khối lượng phân tử, nguyên tử trung bình Kí hiệu là M :

M =

n

n n

n n

n

n M n

M n M

+ + +

+ + +

.

.

2 1

2 2 1 1

Với: M1,M2, ,M n là khối lượng phân tử, hoặc nguyên tử của các chất

n1,n2, ,n n là số mol tương ứng của các chất

+ Gốc hiđrocacbon trung bình Kí hiệu là R:

R =

n

n n

n n

n

n R n

R n R

+ + +

+ + +

.

.

2 1

2 2 1 1

Với: R1,R2, ,R n là khối lượng phân tử của các gốc hiđrocacbon

n1,n2, ,n n là số mol tương ứng của các chất

+ Số nguyên tử cacbon trung bình Kí hiệu là C:

C =

n

n n

n n

n

n C n

C n C

+ + +

+ + +

.

.

2 1

2 2 1 1

Với: C1,C2, ,C n là số nguyên tử cacbon của các chất

n1,n2, ,n n là số mol tương ứng của các chất

+ Số nguyên tử hiđro trung bình Kí hiệu là H:

H =

n

n n

n n

n

n H n

H n H

+ + +

+ + +

.

.

2 1

2 2 1 1

Với: H1,H2, ,H n là số nguyên tử hiđro của các chất

n1,n2, ,n n là số mol tương ứng của các chất.

Ngoài ra còn có thể gặp :

Số liên kết π trung bình, số nhóm chức trung bình,

2 Sử dụng phương pháp giá trị trung bình vào một số dạng toán:

DẠNG 1: SỬ DỤNG GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH ĐỂ TÌM CTPT CỦA HIĐROCACBON THUỘC CÙNG DÃY ĐỒNG ĐẲNG

1 Phương pháp giải.

- Đặt công thức chung (chứa giá trị trung bình) cho hai hợp chất X và Y

- Tìm giá trị trung bình qua các biểu thức:

hh

CO

n

n

C= 2 ;

hh

hh

n

m

- Tìm ra X và Y:

2 Bài tập mẫu.

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp hai ankan X và Y thu được 24,2

gam CO2 và 16,2 gam H2O Biết rằng M X <M Y và tỉ lệ mol của X và Y tương

ứng là 2,5:1 Công thức phân tử của X và Y tương ứng là

A CH4 và C2H6 B CH4 và C3H8 C C2H6 và C3H8 D C2H6 và C4H10

Hướng dẫn giải

Cách 1: Đặt công thức riêng cho từng ankan rồi giải bình thường.

n CO2= 0 , 55mol, n H2O= 0 , 9mol

Đặt công thức của X là CnH2n + 2 (2,5a mol)

công thức của Y là CmH2m + 2 (a mol)

PTHH: CnH2n + 2 + 









 +

2

1

3n

O2 → nCO2 + (n + 1)H2O (1)

2,5a 2,5a.n 2,5a.(n + 1)

CmH2m + 2 + 









2

1

3m

O2 → mCO2 + (m + 1)H2O (2)

a a.m a.(m + 1)

Ta có hệ sau: 2,5a.n + a.m = 0,55 (I)

tác nhân cộng

hh

n n

=

2,5a.(n + 1) + a.(m + 1) = 0,9 (II)

Từ (I) và (II) ta được: 0,25n + 0,1m = 0,55 hay 25n + 10m = 55

Ta lập bảng sau:

⇒ chọn n =1 (CH4) và m = 3 (C3H8) Ta chọn đáp án đúng là: B.

Cách 2: Giải theo phương pháp giá trị trung bình.

n CO 0 , 55mol, n H O 0 , 9mol

2

2 = = n ankan n H O n CO 0 , 35mol

2

=

⇒

Đặt công thức chung cho X và Y là C n H2n+ 2 ( n> 1)

PTHH: C n H2n+ 2 +  +2 

1

3n

O2 → nCO2 + ( )n+ 1 H2O 0,35 0,35 n

⇒

35 , 0

55 , 0

2 =

=

ankan

CO

n

n

n ⇒ n = 1 , 57

7

11 ≈ Ta có: C1<n ≈ 1 , 57 <C2 ⇒ C1= 1 (CH4)

Ta tìm C2qua mối quan hệ với n Ta có:

7

11

=

n =

2 1

2 2 1

n n

n C n C

+

+

= 1.22,5,5 12.1

+ +C

⇒ C2= 3 (C3H8) Ta chọn đáp án đúng là: B

► Nhận xét các phương pháp giải:

- Ta thấy ngay rằng khi giải theo phương pháp giá trị trung bình thì bài toán trở nên đơn giản khi đó giáo viên có thể phát huy tối đa tư duy của học sinh đồng thời giúp học sinh yêu thích môn hóa học

Ví dụ 2: Cho 4,48 lít hỗn hộp X ( ở đktc) gồm 2 hiđocacbon mạch hở lội từ từ

qua bình chứa 1,4 lít dung dịch brom 0,5 M Sau khi phản ứng hoàn toàn số mol brom giảm đi một nữa và khối lượng bình tăng thêm 6,7 gam Công thức phân

tử của 2 hiđrocacbon là:

A C2H2 và C4H6 B C2H2 và C4H8 C C3H4 và C4H8 D C2H2 và C3H8

Hướng dẫn giải: Giải theo phương pháp giá trị trung bình

Gọi công thức chung của hỗn hợp X là: C n H2n+2 -2k

Ta có n x =0,2 mol ; Số mol brom phản ứng : 0,35 mol

=> = 1,75=> cả 2 chất đều có k ≥ 1 nên toàn bộ X đã bị hấp thụ hết Loại A, D

=> có : M = X 6,7

0,2 = 33,5 => đáp án B là đáp án đúng

► Nhận xét phương pháp giải:

- Với bài toán này khi giải theo phương pháp giá trị trung bình ( đặc biệt là biết sử dụng giá trị k ) thì những khó khăn của đề bài cho mới được giải quyết Bài toán không còn phức tạp như ta nghĩ mà nó trở nên đơn giản khi đó giáo viên có thể phát huy tối đa tư duy của học sinh đồng thời giúp học sinh yêu thích môn hóa học

Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp hai hiđrocacbon X và Y là đồng đẳng liên

tiếp, ta thu được 28,6 gam CO2 và 15,3 gam H2O Xác định CTPT của X và Y

A CH4 và C2H6 B C2H6 và C3H8 C C3H8 và C3H6 D C3H8và C4H10

Hướng dẫn giải: Sử dụng phương pháp giá trị trung bình

Số mol CO2 nCO2 = 0,65 mol ; Số mol H2O nH O2 = 0,85 mol

Vì nH O 2 > nCO 2=> X, Y thuộc loại ankan

Gọi CTPT 2 ankan C H n 2n+2

Từ tỉ lệ : 2

2

H O

CO

n

n 1 n

+ = 0,85

0,65 => n =3,25 Vậy X và Y là C3H8 và C4H10

► Nhận xét phương pháp giải:

Với bài toán này khi giải theo phương pháp giá trị trung bình học sinh sẽ tư

duy dễ dàng để tìm ra CTPT của 2 an kan, từ đó giúp học sinh yêu thích môn hóa học

trong trang này : Ví dụ 3 được tham khảo từ “ bài tập chọn lọc hóa học 11” của tác giả Nguyễn Thanh

Hưng ( chủ biên)

Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn 1 lít hỗn hợp khí gồm C2H2 và hiđrocacbon X sinh

ra 2 lít CO2 và 2 lít nước ( các thể tích khí và hơi đo ở cùng điều kiện về nhiệt độ

và áp suất) Công thức phân tử của X là

A C2H6 B C2H4 C CH4 D C3H8

Hướng dẫn giải: Sử dụng phương pháp giá trị trung bình

Đặt CT chung của hỗn hợp là: CxHy

Đốt cháy 1 lít hỗn hợp thu được 2 lít CO2 và 2 lít nước => x = 2; y = 4

Vì đốt cháy hỗn hợp gồm C2H2 và hiđrocacbon X sinh ra VCO2 = VH O2 nên X là ankan có CT: CnH2n 2 + kết hợp với x = 2; y = 4 => n = 2

=> Vậy ankan X là C2H6

► Nhận xét phương pháp giải:

Với bài toán này nếu giáo viên không đặt công thức chung để giải theo phương

pháp giá trị trung bình mà giải thông thường thì phải biện luận để lấy được đáp

số Nên trong quá trình giảng dạy giáo viên cần sử dụng phương pháp giải cho phù hợp

Ví dụ 5: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp 2 hidrocacbon liên tiếp trong dãy đồng

đẳng thu được 22,4 lít CO2 (đktc) và 25,2gam H2O Hai hidrocacbon đó là:

A CH4, C2H6 B C2H6 , C3H8 C C3H6 , C4H8 D.C3H4, C4H6

Hướng dẫn giải: Giải nhanh theo phương pháp giá trị trung bình

Số mol nước : nH2O = 25,2 1,4

n H2O > n CO2 => 2 chất thuộc dãy đồng đẳng của ankan

Gọi CTPT 2 ankan C H n 2n+2

2 2

2

n

C H + + + O − >nCO + +n H O

1mol 1,4mol

Ta có 2 6

3 8

1

1,4 1

C H n

C H n



= − > = − > 

Nhận xét phương pháp giải:

Với bài toán này nếu giáo viên cần phải hướng dẫn cho học sinh đặt công thức

chung để giải theo phương pháp giá trị trung bình để tư duy nhanh lấy được

CTPT của 2 ankan

3 Bài tập tự luyện:

Bài tập 1: Dẫn 3,36 lít hỗn hợp X gồm 2 an ken là đồng đẳng liên tiếp vào bình

đựng nước brom dư khối lượng bình tăng 7,7 g Công thức phân tử của 2 anken:

A C2H4 và C3H6 B C3H6 và C4H8 C C4H8 và C5H10 D C3H4 và C4H8

Bài tập 2: Đốt cháy hoàn toàn 0,896 lít hỗn hợp X gồm 2 olefin là đồng đẳng

liên tiếp thấy khối lượng CO2 lớn hơn khối lượng của nước là 39 gam Xác định công thức phân tử của 2 hiđrocacbon:

A C3H6 và C4H8 B C2H4 và C3H6 C C3H4 và C4H8 D C4H8 và C5H10

Bài tập 3: Hỗn hợp khí A gồm hiđro và 2 anken là đồng đẳng liên tiếp Cho

19,04 lít hỗn hợp A (đktc) qua bột Ni ken đun nóng ta được hỗn hợp B Giả sử hiệu suất bằng 100% và tốc độ phản ứng bằng nhau Cho một ít hỗn hợp B qua nước brom dư thấy nước brom bị nhạt màu Mặt khác đốt cháy 1/2 hỗn hợp B

A C2H4 và C3H6 B C3H6 và C4H8 C C4H8 và C5H10 D C3H4 và C4H8

Bài tập 4: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm C2H4, C3H6, C4H8 và C5H10

thu được 1,8 lít khí CO2 ( đktc) Tính m

A 10,5 gam B 8,5 gam C 10,0 gam D, 7,5 gam

Bài tập 5: Đốt cháy hoàn toàn 2 hiđrocacbon X, Y là đồng đẳng liên tiếp nhau

thu được 22,4 lít CO2 (đktc) và 12,6 gam H2O CTPT của X, Y là:

A C2H2 và C3H4 B C3H4 và C4H6 C C4H8 và C5H10 D C3H8 và C4H10

Trong trang này Bài tập 5: được trích từ : Giải toán hóa học 11, do tác giả Ngô Ngọc An ( chủ biên)

DẠNG 2: SỬ DỤNG GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH ĐỂ TÌM CTPT CỦA HIĐROCACBON KHÔNG THUỘC CÙNG DÃY ĐỒNG ĐẲNG

1 Phương pháp giải.

- Tùy thuộc vào đề bài và sử dụng các giá trị trung bình để đặt công thức chung cho các chất

- Dựa vào các dữ kiện của bài ra để tìm các giá trị trung bình

- Từ các giá trị trung bình vừa tìm được để tìm ra công thức của các chất

2 Bài tập mẫu.

Ví dụ 1: Hỗn hợp khí A gồm 2 hidrocacbon mạch hở có cùng số nguyên tử

cacbon Tỉ khối của hỗn hợp so với nito là 1,5 Khi đốt cháy hoàn toàn thu được 10,8 gam nước Tìm CTPT của A

A C3H4và C3H8 B C3H6 và C4H8 C CH4 và C4H8 D C4H6 và C4H8

Hướng dẫn giải:

Từ dữ kiện bài ra ta có: M = 42, Số mol hỗn hợp = nhh= 0,2 mol

Đặt Ct: CxHy ta tìm được x=3 , y=6 thấy chỉ có C3H4và C3H8 thỏa mãn

=> chọn đáp án A

Ví dụ 2: Dẫn 1,68 lít hỗn hợp khí X gồm hai hidrocacbon vào bình đựng dung

dịch brôm (dư) Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, có 4 gam brom đã phản ứng

và còn lại 1,12 lít khí Nếu đốt chảy hoàn toàn l,68 lít X thì sinh ra 2,8 lít khí

CO2 Công thức phân tử của hai hiđrocacbon là (các thể tích khí đều do ở đktc)

A CH4 và C2H4 B CH4 và C3H4 C CH4 và C3H6 D C2H6 và C3H6

Hướng dẫn giải

Theo bài ra:















⇒

=

=

=

=

⇒

=

−

=

=

1,67 3

5 1,68

2,8 V

V C

1 1,62)/22,4 (1,68

4/160 n

n k

hh CO

no không

n hidrocacbo

Br no

không

n hidrocacbo

2

2

⇒ Đáp án A hoặc C ⇒ có 1 hiđrocacbon là CH4

⇒ Chiđrocacbon không no = 2,8 1,12.1 3

0,56

Loại B

Loại D