Lý do chọn đề tài Trong những năm gần việc đổi mới thi cử của Bộ GD&ĐT thời gian làm bài thi rút ngắn, số lượng câu hỏi bài tập nhiều để đạt được điểm số cao thì các em học sinh phải có
Trang 1Mục lục
1 Mở đầu
1.1 Lý do chọn đề tài ……… 1-2 1.2 Mục đích nghiên cứu ……… 2 1.3 Đối tượng nghiên cứu……… 2 1.4 Phương pháp nghiên cứu……… 2
2 Nội dung sáng kiến
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến ……… 3 2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến ……… 3-4 2.3 Các sáng kiến, giải pháp thực hiện để giải quyết vấn đề
2.3.1 Xây dựng biểu thức mối quan hệ giữa số mol CO2, số mol H2O và độ bất bão hoà của phân tử 5 2.3.2 Bài tập minh họa 5-10 2.3.3 Bài tập vận dụng và đáp số 11-14 2.4 Hiệu quả của sáng kiến 15-16
3 Kết luận và kiến nghị
3.1 Kết luận 16 3.2 Kiến nghị 16
Trang 21 Mở đầu
1.1 Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần việc đổi mới thi cử của Bộ GD&ĐT thời gian làm bài thi rút ngắn, số lượng câu hỏi bài tập nhiều để đạt được điểm số cao thì các em học sinh phải có kiến thức vững vàng, có lối tư duy mạch lạc Tuy nhiên khi mới vào THPT những kiến thức về Hóa học của các em rất hạn chế gây không ít khó khăn cho giáo viên trong quá trình bồi dưỡng kiến thức để các em thi ĐH-CĐ Để khắc phục những khó khăn đó thì các phương pháp giải nhanh bài tập Hóa học ra đời và không ngừng phát triển Vì vậy dạy học không chỉ dạy về kiến thức, dạy các phương pháp giải bài tập mà phải dạy cả phương pháp học tập nghiên cứu để hoàn thiện kỹ năng sử dụng phương pháp và hình thành tư duy sáng tạo
Bài toán đốt cháy các hợp chất hữu cơ nói chung và bài toán đốt cháy este nói riêng là một trong những nội dung quan trọng trong bài tập Hoá học Hữu cơ ở trường THPT Qua quá trình dạy học, bằng sự trải nghiệm của bản thân, tôi thấy có một số vấn đề nổi lên sau đây về phản ứng cháy:
- Nguyên tắc chung của phép phân tích định tính và định lượng là người ta
sẽ chuyển các hợp chất Hữu cơ thành các hợp chất Vô cơ đơn giản thông qua phản ứng cháy để rồi nhận ra chúng, định lượng chúng bằng các phép tính toán
- Việc “hiểu biết” về phản ứng cháy cũng có ảnh hưởng đến việc học Học sinh nếu không biết việc sử dụng ''Quan hệ giữa số mol CO2, số mol H2O và độ bất bão hoà”' là một phương pháp hiệu quả để giải một số bài toán đốt cháy sẽ gặp khó khăn và bế tắc khi làm bài tập
- '' Sử dụng mối quan hệ giữa số mol CO2, số mol H2O và độ bất bão hoà của phân tử '' là một nội dung mới lạ, nhưng rất hiệu quả khi giải bài tập đốt cháy đặc biệt là các bài tập khó về este trong kỳ thi THPTQG những năm gần đây
- Phân tích và xây dựng phương pháp giải tối ưu dựa trên mối quan hệ này
sẽ rút ngắn thời gian giải các bài tập este tạo cho các em động lực và tích cực học tập nghiên cứu
Với mong muốn giúp các em học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức cơ bản về phản ứng cháy và vận dụng linh hoạt vào giải toán khó về este nên tôi lựa chọn đề tài: "Rèn luyện kĩ năng giải toán este dựa vào mối quan hễ giữa số mol CO2, số mol H2O và độ bất bão hoà của phân tử"
Hi vọng với đề tài nhỏ này sẽ giúp các bạn đồng nghiệp dạy học hiệu quả hơn, giúp các em học sinh tự tin hơn trong việc học bộ Hoá học Hữu cơ và tự tin trong kỳ thi THPTQG năm 2017
Trang 31.2 Mục đích nghiên cứu
Xây dựng biểu thức mối quan hệ về số mol CO2, số mol H2O và độ bất bão hoà của phân tử
Chỉ ra một số dạng bài tập Este có thể ''Sử dụng mối quan hệ giữa số mol CO2, số mol H2O và độ bất bão hoà của phân tử '' để giải nhanh
Rèn luyện kĩ năng giải toán este, phhân loại và nhận dạng bài tập từ đó thể
áp dụng để giải nhanh và đưa ra kết quả chính xác
1.3 Đối tượng nghiên cứu
- Các bài tập đốt cháy Este ở chương trình lớp 12 THPT
- Học sinh lớp 12A, 12B Trường THPT Hà Trung năm học 2016-2017
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài như: sách giáo khoa, tài liệu về phương pháp dạy học Hoá Hữu cơ, sách tham khảo
về chuyên đề Hoá hữu cơ
Phương pháp điều tra quan sát: Tìm hiểu về việc vận dụng các phương pháp dạy học tích cực ở một số trường phổ thông
Phương pháp tổng kết kinh nghiệm: Tham gia dự giờ, rút kinh nghiệm trong
tổ bộ môn, tham dự các buổi họp chuyên đề, trao đổi ý kiến với đồng nghiệp
Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm ở các lớp 12A, 12B, Trường THPT Hà Trung trong năm học 2016 -2017
Trang 4
2 Nội dung sáng kiến
2.1 Cơ sở lí luận
Đẩy mạnh việc đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) đang diễn ra ở tất cả các trường học, việc đổi mới PPDH đem lại chất lượng và hiệu quả cao trong giảng dạy Đổi mới PPDH ở trường THPT được diễn ra theo bốn hướng chủ yếu sau:
+ Phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động trong học tập của học sinh
+ Bồi dưỡng phương pháp tự học
+ Rèn luyện kĩ năng vận dụng lí thuyết vào thực tiễn
+ Tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh Trong đó hướng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động trong học tập của học sinh được xem là chủ đạo, chi phối đến ba hướng còn lại
Đề tài được nghiên cứu thực hiện trên thực tế các tiết dạy chuyên đề Khai thác cách nhìn mới mẻ về bài toán đốt cháy este, Qua bài học Giáo viên chỉ cho học sinh thấy cách nhìn mới mẻ nhưng đầy logic và hứng thú trong tư duy
Giáo viên cần xây dựng một hệ thống các hoạt động từ dễ đến khó để học sinh dần dần lĩnh hội kiến thức từ đó phát triển tư duy cho học sinh, phát huy tính tích cực chủ động, tăng cường khả năng vận dụng linh hoạt, sáng tạo của học sinh
2.1 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến
Qua quá trình quan sát, dự giờ, trao đổi với đồng nghiệp, thăm dò từ phía học sinh Tôi rút ra một số vấn đề sau:
Về giáo viên: Phần lớn các giáo viên dạy đúng theo các nội dung trong sách giáo khoa, thậm chí sử dụng nguyên vẹn các hoạt động trong SGK mà không có thêm các hoạt động bổ trợ, dẫn dắt giúp học sinh tiếp cận kiến thức mới Thêm vào
đó việc sử dụng phương tiện dạy học có ứng dụng công nghệ thông tin rất hạn chế
do việc soạn một bài giảng điện tử mất khá nhiều thời gian nên hiệu quả dạy học không cao
Về phía học sinh: Đối với học sinh khá, giỏi thì nắm vững kiến thức cơ bản, vận dụng vào giải được bài tập Đối với học sinh trung bình trở xuống việc tiếp thu rất khó khăn, hay nhầm lẫn không linh hoạt trong xử lý bài tập
Trong quá trình dạy học, tôi đã chọn ra hai lớp 12A và 12B làm bài kiểm tra với cùng một đề bài như sau thu được kết quả như sau:
Trang 5Lớp Điểm giỏi Điểm khá Điểm TB Điểm yếu
1 2 3 4
Lớp 12A
1 2 3 4
Lớp 12B
(1 Điểm giỏi 2 Điểm khá 3 Điểm trung bình 4 Điểm yếu)
Qua khảo sát trên có thể thấy rằng tỉ lệ học sinh đạt điểm dưới trung bình còn cao, nhiều học sinh chưa nắm vững kiến thức cơ bản Như vậy nếu giáo viên không có một phương pháp dạy học tích cực thì sẽ không đạt được mục tiêu
2.3 Các sáng kiến, giải pháp thực hiện
1 Đưa kiến thức bổ trợ và bài tập đặt vấn đề và hướng dẫn học sinh giải
2 Phân tích ưu điểm, nhược điểm của cách giải
3 Hướng dẫn học sinh ''Sử dụng mối quan hệ giữa số mol CO2, số mol H2O
và độ bất bão hoà của phân tử '' để giải nhanh bài tập este
4 Bài tập minh họa cho dạng toán trong phạm vi áp dụng
5 Bài tập tự rèn luyện và đáp số
Trang 62.3.1 Xây dựng công biểu thức về mối quan hệ giữa số mol CO 2 , số mol
H 2 O và độ bất bão hoà của phân tử.
Xét phản ứng cháy hợp chất hữu cơ X có CTTQ dạng: CxHyOz
(y 2x+2, chẵn; z 0)
Phương trình phản ứng:
CxHyOz + (x + - )O2 x CO2 + H2O (1)
Áp dụng công thức tính số số liên kết kết và vòng:
k =
Từ (2) và (3) suy ra:
k = 1+ T
2.3.2 Các bài tập minh hoạ.
Bài 1: X là este no, đơn chức; Y là este đơn chức, không no chứa một nối đôi
C=C (X, Y đều mạch hở) Đốt cháy 10,56 gam hỗn hợp E chứa X, Y cần dùng 10,08 lít O2 (đktc) thu được 6,48 gam nước Mặt khác đun nóng 10,56 gam E với dung dịch NaOH vừa đủ thu được một ancol duy nhất và hỗn hợp muối chứa x
gam muối A và y gam muối B (MA< MB) Tỉ lệ của x : y gần nhất với giá trị nào sau đây ?
A 0,9 B 1,2 C 1,0 D 1,5
Hướng dẫn giải:
Cách 1: Giải bài toán dựa vào tính theo phản ứng cháy
Gọi CTPT của X là: CnH2nO2 : a mol; CTPT của Y là: CmH2m-2O2: b mol
Phương trình phản ứng cháy:
Trang 7CnH2nO2 + O2 n CO2 + n H2O
a an an
CmH2m-2O2 + O2 m CO2 + (m-1) H2O
b bm b(m-1)
Ta có:
Áp dụng btkl: (10,56 + 0,45.32) – 6,48 = 18,48 (gam)
Hệ phương trình: bt.O: 2a + 2b + 2.0,45 = 2.0,42 + 1.0,36 a= 0,09 Theo CO2 : an + bm = 0,42 b = 0,06 Theo H2O: an + b(m-1) = 0,36
Số nguyên tử C trung bình: =
Hai este là: X: HCOOCH3 : 0,09 mol
Y : R2 COOCH3: 0,06 mol
Gọi số nguyên tử Cacbon của Y là n Phương trình theo bảo toàn nguyên tố C 0,09 2 + 0,06 n = 0,42 n = 4 Vậy Y có CTCT: CH2=CH-COOCH3
Suy ra: = 1,085 chọn B
Cách 2: Sử dụng mối quan hệ giữa số mol khí CO 2 , số mol H 2 O và độ bất bão hoà k của phân tử
E gồm: X : R1 COOR (k = 1): a mol
Y : R2 COOR : (k = 2): b mol
Ta có:
Trang 8Áp dụng btkl: (10,56 + 0,45.32) – 6,48 = 18,48 (gam)
Hệ phương trình:
bt.O: 2a + 2b + 2.0,45 = 2.0,42 + 1.0,36 a = 0,09 (mol) Theo : (1-1).a + (2-1).b = b = 0,06 (mol)
Số nguyên tử C trung bình: =
Hai este là: X: HCOOCH3 : 0,09 mol
Y : R2 COOCH3: 0,06 mol
Gọi số nguyên tử Cacbon của Y là n Phương trình theo bảo toàn nguyên tố C 0,09 2 + 0,06 n = 0,42 n = 4 Vậy Y có CTCT: CH2=CH-COOCH3
Suy ra: = 1,085 chọn B
Nhận xét:
- Ban đầu khi chưa hướng dẫn học sinh về mối quan hệ giữa số mol khí
CO 2 , số mol H 2 O và độ bất bão hoà k của phân tử tôi cho học sinh làm bài tập này Các em giải được bài tập này thì đều giải bằng cách viết phương trình phản ứng cháy và tính theo phương trình phản ứng cháy
- Sau khi giới thiệu cách xây dựng, phân tích cách lập phương trình dựa vào mối quan hệ giữa số mol khí CO 2 , số mol H 2 O và độ bất bão hoà k của phân tử thì học sinh giải bài toán này rất nhanh,không cần viết phương trình phản ứng cháy, tiết kiệm thời gian và cho kết quả chính xác không lúng túng như ban đầu khi chưa biết cách này
Bài 2: X là este no, đơn chức, Y là axit cacboxylic đơn chức, không no chứa một
liên kết đôi C=C; Z là este 2 chức tạo bởi etylen glicol và axit Y (X, Y, Z, đều mạch hở, số mol Y bằng số mol Z) Đốt cháy a gam hỗn hợp E chứa X, Y, Z cần dùng 0,335 mol O2 thu được tổng khối lượng CO2 và H2O là 19,74 gam Mặt khác, a gam E làm mất màu tối đa dung dịch chứa 0,14 mol Br2 Khối lượng của
X trong E là
A 8,6 gam B 6,6 gam C 6,8 gam D 7,6 gam
Trang 9Hướng dẫn giải
E gồm: X: HCOOR (k = 1): a mol
Y: R1 COOH (k = 2): b mol
Z: (R1 COO)2C2H4 (k = 4): b mol
Đặt
Ta có hệ phương trình: 44x + 18y = 19,74
a + b + 2b = 0,14
2a + 2b + 4b + 2 0,335 = 2x + y
(1-1).a + (2-1).b + (4-1).b = x –y
Giải hệ phương trình ta được: x = 0,33; y = 0,29; a= 0,11; b = 0,01
Số nguyên tử C trung bình: = 2,5 Vậy X phải là HCOOCH3
chọn B
Bài 3: X là axit đơn chức, không no chứa một liên kết đôi C=C; Y là axit no,
hai chức, Z là este no, hai chức (X, Y, Z đều mạch hở) Đun nóng 17,84 gam hỗn hợp E chứa X, Y, Z với 120 gam dung dịch MOH 12% (M là kim loại kiềm), cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được phần rắn F chỉ chứa 2 muối Đốt cháy hoàn toàn rắn F thu được H2O; 0,18 mol M2CO3 và 0,26 mol CO2 Mặt khác đốt cháy 17,84 gam E thu được 0,48 mol CO2 Phần trăm khối lượng của muối có phân tử khối lớn trong hỗn hợp F là
Hướng dẫn giải
E gồm: X: RCOOH (k = 2): a mol
Y: R1(COOH)2 (k = 2): b mol
Z: R1(COOR2)2 (k = 2): c mol
Áp dụng bảo toàn nguyên tố cho M
Do F chỉ có 2 muối nên NaOH phản ứng hết
Ta có hệ phương trình:
17,84 + 23 = 0,48 44 + 18
Trang 102.0,36 + 2 = 2.0,48 + = 0,26 (mol)
Hệ phương trình:
(2-1).a + (2-1).b +(2-1) c = = 0,2
a + 2b + 2c = 0,36
a = 0,04 (mol); b + c = 0,16 (mol)
Bảo toàn nguyên tố C nC(ancol) = 0,48 – 0,44 = 0,04
Phương trình theo số mol C trong E
0,04 CX + 2b + 2c + 0,04 = 0,48 CX = 3 (CH2=CH-COOH)
Vậy F gồm: CH2=CH-COONa: 0,04 (mol) và (COONa)2: 0,16(mol)
phần trăm khối lượng của muối có khối lượng phân tử lớn hơn trong F là
Bài 4: X là este đơn chức; Y là este hai chức (X, Y đều mạch hở) Đốt cháy 21,2
gam hỗn hợp E chứa X, Y thu được x mol CO2 và y mol H2O với x = y + 0,52 Mặt khác đun nóng 21,2 gam E cần dùng 240 ml dung dịch KOH 1M thu được một muối duy nhất và hỗn hợp F chứa 2 ancol đều no Dẫn toàn bộ F qua bình đựng Na dư sau phản ứng thấy khối lượng bình tăng 8,48 gam Số nguyên tử H (hiđro) có trong este Y là
(Đề thi thử THPTQG lần 3– THPT Âu Lạc – TP Hồ Chí Mính, năm 2015)
Hướng dẫn giải
Ta có:
Khi thuỷ phân E bằng dung dịch KOH vừa đủ thì toàn bộ nhóm OH- của KOH đã chuyển thành nhóm –OH của ancol
Dẫn F qua bình đựng Na dư sau phản ứng thấy khối lượng bình tăng 8,48 gam thì mtăng = m thêm vào - m tách ra mtăng = m ancol -
Trang 11 m ancol = 8,48 + 0,24 = 8,72 (gam)
Áp dụng bảo toàn khối lượng ta có:
m X + m KOH = m muối + m ancol
m muối = 21,2 + 0,24.56 – 8,72 = 25,92 (gam)
Theo bảo toàn nguyên tố K: n muối = n K = 0,24 (mol)
Phương trình theo khối lượng mol của muối:
R + 83 = = 108 R = 25 (CH X là: CH
Vậy E gồm: X: CH
Y:
Hệ phương trình:
2a + 4b = 0,48 a = 0,16 (mol)
(3-1)a + (6-1).b = 0,52 b = 0,04 (mol)
Suy ra
x – y = 0,52 x = 1,04 (mol)
12x +2y + 0,48.16 = 21,2 y = 0,52 (mol)
Gọi m là số nguyên tử C của YPhương trình theo số mol CO2:
0,16 4 + 0,04 m = 1,04 m = 10
Vậy ancol tạo Y là etilenglicol Số nguyên tử H trong Y là 10 chọn C
Bài 5: Đốt cháy hoàn toàn a mol X là trieste của glixerol với các axit đơn chức,
mạch hở, thu được b mol CO2 và c mol H2O (Biết: b – c = 4a) Hiđro hóa m1 gam
X cần 6,72 lít H2 (đktc), thu được 39 gam este Y no Đun nóng m1 gam X với dung dịch chứa 0,7 mol NaOH cô cạn dung dịch sau phản ứng, thu được m2 gam chất rắn Giá trị của m2 là
A 57,2 B 42,6 C 53,2 D 52,6
Trang 12(Trích đề thi minh hoạ lần 1 của Bộ GD&ĐT năm 2017)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết X tạo bởi glixerol và các axit đơn chức mạch hở, khi X cháy có
Trong số 5 có 3 trong các nhóm chức este –COO- còn lại 2 nằm trong gốc hiđrocacbon của các axit Cứ 1 thì cộng với 1 phân tử H2 nên:
Vậy NaOH dư
Theo bảo toàn khối lượng ta có: (39-0,3.2)+0,7.40 = m 0,15.92 m 52,6 gam
Trang 133.2.3 Bài tập vận dụng và đáp số
Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn 22,9 gam hỗn hợp X gồm hai este đơn chức, mạch
hở tạo bởi cùng một ancol với hai axit cacboxylic kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng, thu được 1,1 mol CO2 và 15,3 gam H2O Mặt khác, toàn bộ lượng X trên phản ứng hết với 300 ml dung dịch NaOH 1M thu được dung dịch Y Cô cạn dung dịch Y thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m có thể là
(Đề thi thử THPTQG lần 2 – THPT Chuyên Vinh – Nghệ An, năm 2015)
Bài 2: X, Y (MX < MY) là hai axit kế tiếp thuộc cùng dãy đồng đẳng axit
fomic; Z là este hai chức tạo bởi X, Y và ancol T Đốt cháy 12,52 gam hỗn hợp
E chứa X, Y, Z, T (đều mạch hở) cần dùng 8,288 lít O2 (đktc) thu được 7,2 gam nước Mặt khác đun nóng 12,52 gam E cần dùng 380 ml dung dịch NaOH 0,5M Biết rằng ở điều kiện thường, ancol T không tác dụng được với Cu(OH)2 Phần trăm số mol của X có trong hỗn hợp E là
Bài 3: X, Y là hai chất hữu cơ kế tiếp thuộc dãy đồng đẳng ancol anlylic; Z là
axit no hai chức; T là este tạo bởi X, Y, Z Đốt cháy 17,12 gam hỗn hợp E chứa
X, Y, Z, T (đều mạch hở) cần dùng 10,864 lít O2 (đktc) thu được 7,56 gam nước Mặt khác 17,12 gam E làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa 0,09 mol Br2 Nếu đun nóng 0,2 mol E với 450 ml dung dịch KOH 1M, cô cạn dung dịch sau phản ứng, lấy phần lỏng chứa các chất hữu cơ đi qua bình đựng Na dư thấy khối lượng bình tăng m gam Giá trị của m là
A 11,34 B 7,50 C 10,01 D 5,69.
Bài 4: Hỗn hợp X gồm một axit cacboxylic no hai chức, mạch hở; hai ancol no
đơn chức kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng và một đieste tạo bởi axit và cả 2 ancol đó Đốt cháy hoàn toàn 4,84 gam X trên thu được 7,26 gam CO2 và 2,70 gam H2O Mặt khác, đun nóng 4,84 gam X trên với 80 ml dung dịch NaOH 1M, sau phản ứng thêm vừa đủ 10 ml dung dịch HCl 1M để trung hòa lượng NaOH
dư Cô cạn phần dung dịch thu được m gam muối khan, đồng thời thu được 896
ml hỗn hợp ancol (đktc) có tỉ khối hơi so với H2 là 19,5 Giá trị của m là
A 4,595 B 5,765 C 5,180 D 4,990.
Bài 5: X, Y, Z là ba axit cacboxylic đơn chức cùng dãy đồng đẳng (MX < MY
< MZ ), T là este tạo bởi X, Y, Z với glixerol Đốt cháy hoàn toàn 26,6 gam hỗn hợp M gồm X, Y, Z, T (trong đó Y và Z có cùng số mol) bằng lượng vừa đủ khí O2, thu được 22,4 lít CO2 (đktc) và 16,2 gam H2O Mặt khác, đun nóng 26,6 gam M với lượng dư dung dịch AgNO3/NH3 Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 21,6 gam Ag Mặt khác, cho 13,3 gam M phản ứng