Phân loại và rèn kĩ năng giải bài toán lập công thức hóa học hợp chất hữu cơ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI MÃ SKKN (Dùng cho HĐ chấm Sở) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Tên đề tài: PHÂN LOẠI VÀ RÈN KĨ NĂNG GIẢI BÀI TOÁN LẬP CÔNG THỨC HÓA HỌC HỢP CHẤT HỮU CƠ Lĩnh vực : Hóa học Cấp học : THCS Tài liệu kèm theo : Đĩa CD NĂM HỌC: 2016 – 2017 MỤC LỤC PHẦN THỨ NHẤT ĐẶT VẤN ĐỀ I Cơ sở lí luận Môn hóa học môn học có vị trí quan trọng nhà trường trung học sở, cung cấp cho học sinh kiến thức có hệ thống tương đối toàn diện lĩnh vực hóa học, góp phần vào việc phát triển tư khoa học cho học sinh, rèn cho học sinh tác phong bản: tỉ mỉ, cẩn thận, tiết kiệm, đoàn kết, hợp tác, giúp xây dựng cho em giới quan khoa học từ tạo cho em đầy đủ phẩm chất người lao động đại, biết nghiên cứu để tạo chất đáp ứng nhu cầu ngày cao tiến khoa học công nghệ Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu Thế kỷ 21 với kinh tế tri thức đòi hỏi người muốn tồn phải học, học suốt đời Vì lực học tập người phải nâng lên mạnh mẽ nhờ vào trước hết người học biết “Học cách học” người dạy biết “Dạy cách học” Như thầy giáo phải “Thầy dạy việc học, chuyên gia việc học” Ngày dạy cách học trở thành mục tiêu đào tạo, không giải pháp nâng cao chất lượng hiệu đào tạo Trong xã hội phát triển nhanh theo chế thị trường, cạnh tranh gay gắt việc phát sớm, giải nhanh, sáng tạo hợp lý vấn đề nảy sinh thực tiễn lực đảm bảo thành đạt học tập sống Vì vậy, tập cho học sinh biết phát hiện, đưa giải vấn đề gặp phải học tập, sống cá nhân, gia đình cộng đồng, ý nghĩa phương pháp dạy học mà đặt mục tiêu giáo dục đào tạo Mặt khác, để thực tốt việc đổi kiểm tra đánh giá kết học tập học sinh, Bộ Giáo dục Đào tạo chủ trương áp dụng hình thức trắc nghiệm khách quan kiểm tra thi cử Trắc nghiệm khách quan phương pháp kiểm tra kiến thức xác khách quan Thông qua câu hỏi tập trắc nghiệm em học sinh có dịp củng cố khắc sâu kiến thức học sách giáo khoa, đồng thời giúp thầy trò điều chỉnh việc dạy học nhằm đạt kết cao II Cơ sở thực tiễn - Môn hóa học môn học với học sinh Trung học sở Thực tế qua giảng dạy môn hoá học bậc trung học sở cho thấy : - Học sinh chưa nắm định luật, khái niệm hoá học, chưa hiểu đầy đủ ý nghĩa định tính định lượng ký hiệu, công thức phương trình hoá học - Nhiều học sinh chưa biết cách giải tập hoá học, lí học sinh chưa nắm phương pháp chung để giải thiếu kĩ tính toán Tuy nhiên 3/29 Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu chưa đủ kết luận học sinh hoá học, mà nguyên nhân khác, khiến phần lớn học sinh giải tập thường cảm thấy khó khăn lúng túng - Các kỹ xác định hoá trị, lập công thức phương trình hoá học yếu chậm - Chưa quan tâm mức phổ biến rèn luyện Do đó, học sinh có khả giải tập nhỏ song lồng ghép vào tập hoá học hoàn chỉnh lúng túng, phương hướng cách giải - Câu hỏi tập giáo viên đưa ra, chưa đủ kích thích tư học sinh, chưa tạo tình giúp học sinh phát giải vấn đề Là giáo viên dạy môn hoá học hẳn hiểu môn hoá môn khó học sinh bậc trung học sở Số tiết phân bố chương trình song yêu cầu lượng kiến thức lại nhiều rộng, lượng tập phong phú đa dạng lại chưa phân dạng loại tập chưa nêu lên cách thiết lập phương pháp giải cụ thể cho dạng toán Đó khó cho người học nội dung mà giáo viên dạy hoá phải trăn trở tìm tòi, biên soạn nội dung giảng dạy làm để học sinh rèn luyện kỹ giải tốt dạng tập theo yêu cầu chương trình Trong năm học trước tiến hành biên soạn dạng tập hoá vô áp dụng vào giảng dạy trường bước đầu đem lại kết khả quan Trong dạng tập hoá vô hoá học hữu bậc THCS có điểm chung gần giống khác dạng toán lập công thức phân tử hợp chất hữu dạng toán khó học sinh lớp 9, sách tập lại không thiết lập cách giải cho dạng cụ thể trình khảo sát cuối năm, nhận thấy hầu hết học sinh lớp yếu dạng toán này, qua khảo sát cuối năm gần 70% học sinh không làm tập dạng xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ, lý mà chọn 4/29 Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu nội dung đề tài :" Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu ” áp dụng thành công vào giảng dạy năm học PHẦN THỨ HAI GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Khảo sát thực tiễn: Khảo sát chất lượng vào cuối tháng 3/2017 với 47 học sinh lớp * Nội dung : thực tập lập công thức hợp chất hữu * Thời gian : 45 phút kết sau: Số lượng 47 % Giỏi 10 21,28% Khá 10 21,28% Trung bình 10 21,28% Yếu 12,76% Kém 11 23,4% - Từ nguyên nhân năm hoc 2016-2017 lại bắt tay vào việc tiến hành nghiên cứu phân loại dạng tập lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ, kinh nghiệm kiến thức thân, kết hợp với kiến thức từ 5/29 Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu sách tham khảo tiến hành biên soạn nội dung, nhằm tìm biện pháp thích hợp chọn nội dung phù hợp việc giảng dạy nội dung biên soạn tiến hành khảo sát thăm dò nguyện vọng học sinh kết sau: - Học sinh biết làm toán lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ: 26% - Học sinh làm toán lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ: 74% Trong đó: * 26% thích học môn hoá dễ hiểu * 12% không thích học khó * 17% không hiểu * 25% thiết lập cách giải * 20% cho môn Hoá khó, mau quên - Qua kết cho thấy HS không làm chủ yếu không hiểu bài, phân loại dạng tập phương pháp giải dạng tập Đó nguyên nhân tiến hành biên soạn thực đề tài Những biện pháp thực Trong trình dạy học nhận thấy để lập công thức phân tử hợp chất hữu trước hết học sinh cần hiểu hợp chất hữu gì? Hiđrocacbon gì? Dẫn xuất hiđrocacbon gì? Khi đốt hợp chất hữu sản phẩm thường chất nào? Các em cần hiểu: - Hợp chất hữu hợp chất C (trừ CO; CO 2; H2CO3; muối cacbonat ) - Hiđrocacbon hợp chất gồm C H - Dẫn xuất hiđrocacbon hợp chất C, H có nguyên tố khác: O,N Như xác định thành phần định tính hợp chất việc lập công thức phân tử dựa vào thành phần định lượng Sau số dạng tập cụ thể qua hệ thống nên hệ thống tư , khai thác kiện, sử dụng kiến thức để giải tập 6/29 Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu DẠNG 1: LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ DỰA VÀO KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ VÀ BIẾT KHỐI LƯỢNG MOL CỦA HỢP CHẤT Bài toán 1: Phân tích hợp chất hữu A, có chứa nguyên tố C, H, O Trong thành phần % khối lượng C 60% H 13,33% Xác định công thức phân tử A biết khối lượng mol A 60 gam *Phân tích toán: - Ở toán chưa biết % O Vậy làm để tìm %O - Có % nguyên tố sử dụng cách để tìm công thức A * Bài giải: Phần trăm khối lượng nguyên tố O hợp chất A là: %O = 100% - (60% + 13,33%) =26,66% Gọi công thức phân tử A CxHyOz (x, y,z ∈ Z+) Ta có tỉ lệ: y 16.z 12.x 60 = 13,33 = 26,67 = 60 100 ⇒ x= 60.60 =3 100.12 y= 60.13,33 =8 100 z= 60.26,67 =1 100.16 Vậy công thức phân tử A là: C3H8O Có thể hướng dẫn học sinh giải cách khác: Công thức tổng quát: CxHyOz (x, y,z ∈ Z+) Ta có: %C %H %O 60 x:y:z= M = M = M = : 12 C H O 13,33 26,67 : = 3: 8:1 16 Công thức A có dạng (C3H8O)n Ta có MA = 60 ⇒ 60n = 60 ⇒ n= Vậy công thức phân tử A C3H8O 7/29 Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu Bài toán 2: Khi phân tích hợp chất hữu A thấy: Cứ 2,1 phần khối lượng C lại có 2,8 phần khối lượng O 0,35 phần khối lượng H Hãy xác định công thức phân tử A, biết gam A đktc chiếm thể tích 0,3733 lít * Phân tích toán : - Ở này, muốn tính khối lượng mol chất chưa biết phải dựa vào kiện để tính? M= m n mà V n = 22,4 - Cách giải tương tự 1, thay % khối lượng * Bài giải: Gọi công thức phân tử A là: CxHyOz (x, y,z ∈ Z+) Ta có: x:y:z= 2,1 0,35 2,8 : : = 0,175 : 0,35 : 0,175 = 1: 2: 12 16 Công thức phân tử đơn giản A : CH2O Khối lượng mol A là: 1.22,4 MA = 0,3733 = 60(g) ⇒ Công thức phân tử A có dạng: (CH2O)2 = 60 ⇒ 30n = 60 ⇒ n = Vậy công thức phân tử A C2H4O2 * Nhận xét: Ở ẩn khối lượng mol M, học sinh nhớ lại công thức tính M DẠNG 2: BÀI TOÁN ĐỐT LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐÓ BIẾT LƯỢNG CHẤT ĐEM ĐỐT, KHỐI LƯỢNG CHẤT SẢN PHẨM VÀ KHỐI LƯỢNG MOL CỦA CHẤT HỮU CƠ Bài toán 1: Đốt cháy hoàn toàn 1,44 gam chất hữu A Sau phản ứng thu 2,24 lít khí CO2(đo đktc) 2,16 gam H 2O Tìm công thức phân tử A biết 0,01 gam chất A đktc chiếm 3,1ml 8/29 Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu * Phân tích toán: - Một hợp chất hữu đốt cháy cho sản phẩm CO H2O giúp ta suy điều gì? (Giúp biết thành phần định tính hợp chất hay công thức tổng quát Điều khẳng định phải dựa vào số liệu tính toán- thành phần định lượng.) - Từ tìm công thức đơn giản hợp chất A - Dữ liệu 0,01 gam A(đktc) có V = 3,1ml =0,0031(l) giúp ta tính đại lượng nào? (Tìm MA từ tìm công thức phân tử hợp chất A) - Sau phân tích xong giáo viên giúp học sinh lập sơ đồ: t0 A + O2 → CO2 + H2O nC = nCO ⇒ mC = nC MC nH = 2nH2O ⇒ mH = nH MH ⇒ mC + mH = mA ⇒ A gồm C H Nếu mC + mH < mA A gồm C, H O V Từ V ⇒ nA = 22,4 mA = 0,01(g) ta tính MA = * Bài giải: Số mol CO2 H2O là: V 2,24 nCO2 = = 22,4 = 0,1mol 22,4 n H 2O = m = M 2,16 = 0,12mol 18 Số mol C H có CO2 H2O là: nC = nCO2 = 0,1mol n H = n H O = 0.12 = 0,24mol Khối lượg C H có A là: mC = nC MC = 0,24 = 0,24(g) Ta có: mC + mH = 1,2 + 0,24 = 1,44(g) = mA 9/29 m n Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu Vậy A Hiđrocacbon có công thức tổng quát là: CxHy (x, y ∈ Z+) Ta có: x : y = nC : nH = 0,1 : 0,24 = : 12 ⇒ Công thức đơn giản A C5H12 Ta lại có: V mA nA = 22,4 mà MA = n = A 0,01.22,4 m.22,4 = 0,0031 = 72(g) V Khi công thức phân tử A có dang: (C5H12)n = 72 ⇒ 72n = 72 ⇒ n=1 Vậy công thức phân tử A C5H12 *Nhận xét: Dạng toán đơn giản biết khối lượng chất sản phẩm M Nhưng toán ẩn M chưa biết nên học sinh thường hay lúng túng Bài toán đưa cách xác định giá tri M Bài toán 2: Đốt cháy hoàn toàn 5,8 gam hợp chất hữu X Sau phản ứng thu 8,96 lít khí CO (đo đktc) 9g H 2O Tìm công thức phân tử X Biết tỉ khối X so với khí H2 29 * Phân tích toán: - Ở toán hướng dẫn học sinh giống Còn khối lượng mol M hợp chất dựa vào liệu nào? (dựa vào tỉ khối) MA Công thức tính tỉ khối? (dA/B = M ) A - B chất nào? (H2) - Vậy có tìm MA không? ( MA = M H d) - Tìm nC, nH ⇒ mC, mH Tính: mC + mH so với mX? ⇒ Công thức tổng quát X * Bài giải: Số mol CO2 H2O là: 10/29 Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu * Nhận xét: Ở ẩn giá trị sản phẩm dựa vào phương trình phản ứng cho sản phẩm tạo ta xác dịnh khối lượng sản phẩm Giá trị M ẩn dựa vào đầu ta xác định M đưa toán dạng mà học sinh biết cách làm Bài toán 2: Đốt cháy hoàn toàn gam hợp chất hữu A dẫn sản phẩm vào bình chứa H2SO4 đặc bình chứa dung dịch Ca(OH)2dư Sau phản ứng thấy khối lượng bình tăng thêm 3,6 gam, bình thu 20 gam chất kết tủa Tìm công thức phân tử A Biết tỉ khối A với H2 30 * Phân tích toán: - H2SO4 đặc có tính chất gì? Khối lượng tăng bình khối lượng chất nào? (Ở khối lượng nước tính theo khối tăng bình chứa H2SO4 đặc H2SO4 đặc háo nước Từ tính nH2O ⇒ nH mH ) - Kết tủa tạo thành phản ứng CO với dung dịch Ca(OH)2 Từ khối lượng kết tủa tính số mol CO 2, từ tính mC mH biết nguyên tố tạo A - Dữ liệu dA/H2 = 30 cho ta biết điều gì? ( Tính MA = d M H ) - Tiếp tục giải dạng * Bài giải: Phương trình phản ứng xảy ra: A + O2 → CO2 + H2O (1) H2SO4 + nH2O → H2SO4 nH2O (2) CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + H2O (3) Khối lượng bình tăng H2SO4 hút nước ⇒ m H 2O = 3,6(g) ⇒ n H 2O = ⇒ nH m 3,6 = = 0,2(mol) M 18 = n H 2O =2 0,2 =0,4(mol) 17/29 Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu ⇒ m H = nH M H = 0,4 = 0,4(g) Số mol CaCO3 là: nCaCO3 = 20 m = = 0,2(mol) M 100 Theo phương trình phản ứng (3) ta có: nCO2 = nCaCO3 = 0,2(mol) ⇒ nC = nCO2 = 0,2(mol) Ta có: ⇒ mc = 0,2 12 =2,4(g) mC + mH = 2,4 + 0,4 = 2,8(g) < mA = 6g ⇒ A dẫn suất Hiđrocacbon, phân tử gồm C,H,O mO = mA – (mC + mH) = – 2,8 = 3,2(g) ⇒ nO = m 3,2 = = 0,2(mol) M 16 Vậy công thức tổng quát A là: CxHyOz (x, y, z ∈ Z+) Ta có: x : y : z = 0,2 : 0,4 : 0,2 = :2 :1 Công thức đơn giản A là: CH2O Khối lượng mol A là: MA = d M H = 30 = 60(g) Công thức phân tử A có dạng: (CH2O)n ⇒ (CH2O)n = 60 ⇒ n = Vậy công thức phân tử A là: C2H4O2 *Nhận xét: Ở ẩn giá trị sản phẩm học sinh dựa vào kiến thức học để tìm ẩn đưa toán đưa toán dạng mà học sinh biết cách làm DẠNG 5: LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA HIĐROCACBON DỰA VÀO PHẢN ỨNG HÓA HỌC ĐẶC TRƯNG Bài toán 1: Cho 0.728 lít hỗn hợp gồm hidrocacbon qua dung dịch nước brom lấy dư thấy có 2g brom phản ứng 0.448 lít khí thoát Đốt cháy hoàn toàn 0.725 lít hỗn hợp khí cho toàn sản phẩm 18/29 Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu cháy qua bình đựng H2SO4 đặc, sau qua bình đựng dung dịch nước vôi lấy dư thấy xuất 7,75g kết tủa Tìm công thức phân tử hidrocacbon Các thể tích khí đo điều kiện tiêu chuẩn *Phân tích toán : - Hỗn hợp hidrocacbon + dung dịch nước brom ⇒ Khí bị giữ lại thuộc hidrocacbon ? ( Hidrocacbon chưa no ) ⇒ Khí qua thuộc hidrocacbon ? (Hidrocacbon no ) - Để khẳng định hidrocacbon chưa no thuộc loại ta phải làm gì?dựa vào đâu ? (lập tỉ lệ số mol hidrocacbon không no brom tham gia phản ứng , từ xác định hidrocacbon thuộc loại elylen hay axetylen) - đốt cháy hỗn hợp, sản phẩm thu CO2 H2O )2 CO2 H2O HSOđ → H2O bị giữ lại, CO2 Ca (OH   → CaCO3 Khối lượng kết tủa biết ⇒ tìm số mol kết tủa ⇒ số mol khí CO2 sinh phản ứng đốt cháy hidrocacbon ⇒ từ tìm mối liên hệ số nguyên tử cacbon phân tử *Bài giải : Hidrocacbon không phản ứng với dung dịch nước brom(đi qua dung dịch nước brom )thuộc loại hidrocacbon có công thức chung là: CnH2n nCn H n + = 0,448(l) ⇒ nC n H n + = + (n ≥ 1) V 0,448 = = 0,02(mol) 22,4 22,4 Hiđrocacbon có phản ứng với dung dịch brom ( bị giữ lại) thuộc loại hiđrocacbon chưa no Ta có: V nhiddrocacbon chưa no = 22,4 = nBr2 = 0,728 − 0,448 = 0,0125(mol) 22,4 m = = 0,0125(mol) M 160 ⇒ nhiddrocacbon chưa no : nBr2 = :1 ⇒ Hiđrocacbon chưa no có công thức: CmH2m(m ≥ 2) Phản ứng đôt cháy: 19/29 Phân loại rèn kĩ giải toán lập công thức hóa học hợp chất hữu CnH2n + + CmH2m + 3n + t 0c O2 → nCO2 + (n +1) H2O (1) 3m t 0c O2 → mCO2 + m H2O (2) CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + H2O (3) Số mol CaCO3 tạo thành phản ứng (3) là: nCaCO3 = m 7,75 = = 0,0775(mol) M 100 Theo phương tình (3) ta có: nCO2 = nCaCO3 = 0,0775(mol) Mà nCO2 (1) +nCO2 (2) = nCO2 (3) Ta có nC n H n + V = 22,4 = 0,448 = 0,02(mol) 22,4 nC m H m = 0,0125(mol) Theo phương trình (1) ta có nCO2 = 0,02 n Theo phương trình (2) ta có nCO2 = 0,0125 m ⇒ 0,02 n + 0,0125 m = 0,0775 ⇔ 8n + 5m = 31 ⇒ m= 31 − 8n Ta có bảng giá trị: n M 4,6 Loại Chọn Như cặp giá trị thích hợp là: 1,4 Loại