skkn SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ỨNG DỤNG độ bất bão HOÀ TRONG HOÁ học hữu cơ

Đặc biệt là Hoáhọc hữu cơ kiến thức lí thuyết nhiều, số tiết bài tập ít , nhất là hình thức kiểm tra trắcnghiệm khách quan nhiều lựa chọn, một trong các vấn đề đó là viết đồng phân, biện

TRONG HOÁ HỌC HỮU CƠ

Giáo viên: Nguyễn Thị Diễm

Tổ : Hoá học

Quảng Ninh, tháng 01 năm 2019

MỤC LỤC

I ĐẶT VẤN ĐỀ 3

1 Thực trạng 3

2 Giải pháp 3

3 Tóm tắt nội dung đề tài 4

4 Giới hạn áp dụng của đề tài 4

II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 5

1 Những vấn đề lý luận chung 5

1.1 Khái niệm và công thức tính 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Công thức tính 5

1.2 Tính chất của độ bất bão hoà 6

1.3 Các thí dụ minh hoạ 6

2 Ứng dụng của độ bất bão hoà 9

2.1 Xác định công thức phân tử từ công thức đơn giản nhất 9

2.2 Dựa vào độ bất bão hoà để viết công thức cấu tạo 11

2.3 Biện luận để xác định công thức cấu tạo hoặc công thức phân tử 13

2.3.1 Biện luận để xác định công thức cấu tạo 13

2.3.2 Biện luận để xác định công thức phân tử 16

2.4 Sử dụng số liên kết pi trung bình 19

2.5 Phân tích hệ số trong phản ứng đốt cháy 21

3 Bài tập áp dụng 25

III KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

PHỤ LỤC 30

Đáp án phần bài tập áp dụng 30

I ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Thực trạng

- Trong quá trình giảng dạy môn Hóa học ở trường THPT, bản thân tôi nhận thấy học sinhgặp nhiều khó khăn trong việc nắm kiến thức lí thuyết và giải bài tập Đặc biệt là Hoáhọc hữu cơ kiến thức lí thuyết nhiều, số tiết bài tập ít , nhất là hình thức kiểm tra trắcnghiệm khách quan nhiều lựa chọn, một trong các vấn đề đó là viết đồng phân, biện luậncông thức phân tử hoặc làm các bài toán phức tạp nên yêu cầu học sinh phải giải quyếtvấn đề chính xác, nhanh chóng

- Việc học sinh viết các đồng phân cấu tạo đa phần là mang tính chất mò mẫm, thiếuphương hướng Với các trường hợp đơn giản của hiđrocacbon thì học sinh có thể làmtương đối đơn giản, nhưng để làm các bài tập của phần hợp chất hữu cơ có nhóm chức,đặc biệt là các bài toán este, aminoaxit, peptit…của sách giáo khoa, sách bài tập hoá họclớp 12 thì đa số học sinh lúng túng hoặc không biết làm Đơn cử như bài tập “viết tất cảcác đồng phân cấu tạo mạch hở của hợp chất có công thức C4H8O” thì đa số học sinh chỉviết được đồng phân cấu tạo của anđehit no mạch hở đơn chức và xeton no mạch hở đơnchức (vì có học trong chương trình) mà quên nó có thể có ancol không no có 1 liên kết đôihoặc ete không no có 1 liên kết đôi Để làm được các bài tập này nhanh chóng hiệu quảthì đòi hỏi phải có một phương pháp hỗ trợ khi làm bài tập Phương pháp hỗ trợ này dựatrên khái niệm độ bất bão hoà Đối với các học sinh không đi học bồi dưỡng kiến thức hay

đi luyện ở các trung tâm luyện thi đại học thì khái niệm độ bất bão hoà là một khái niệmhoàn toàn mới chưa nghe bao giờ Nội dung các bài tập trong sách giáo khoa cơ bản thìkhông đề cập tới độ bất bão hoà, ngay cả sách giáo khoa Hoá học ban tự nhiên lớp 11 thìcũng chỉ đề cập ở bài tập 1 trang 181, bài tập 1 trang 219 Do đó việc làm quen và sửdụng độ bất bão đối với học sinh là một vấn đề hết sức cần thiết

2 Giải pháp

- Thông qua thực tiễn giảng dạy, nhằm giúp học sinh định hướng tư duy, xử lý nhanh cácbài tập hữu cơ đặc biệt là các bài tập hữu cơ trong đề thi đại học, cao đẳng khối A, B, tôi

đã soạn chuyên đề "ứng dụng độ bất bão hoà trong hoá học hữu cơ”

3 Tóm tắt nội dung đề tài

- Nội dung chủ yếu của chuyên đề là hướng dẫn học sinh những khái niệm, quy tắc của độbất bão hoà kèm theo một số thí dụ hướng dẫn minh hoạ để giúp học sinh làm quen với độbất bão hoà, trên cơ sở đó giúp học sinh tiếp cận các phương pháp giải bài tập nhanhchóng, hiệu quả.

4 Giới hạn áp dụng của đề tài

- Đối tượng áp dụng của đề tài là các học sinh có học lực môn hoá từ trung bình trở lên,các học sinh chọn tổ hợp môn xét tuyển tốt nghiệp THPT, đại học, cao đẳng có môn Hoá

II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

- Trong hợp chất: nguyên tử C có hoá trị IV (sử dụng 4 electron hoá trị)

nguyên tử N có hoá trị III (sử dụng 3 electron hoá trị)

nguyên tử O có hoá trị II (sử dụng 2 electron hoá trị)

nguyên tử H và X hoá trị I (sử dụng 1 electron hoá trị)

- Khi hợp chất đóng vòng tương đương với việc tạo thêm một liên kết cộng hoá trị (sửdụng 2 electron dùng chung)

- Chỉ có các nguyên tử có hoá trị  2 mới có khả năng tạo liên kết π hoặc đóng vòng, cácnguyên tử hoá trị 1 không có khả năng này

- Ta có: 2z + 3t + 4x = 2(z + t + x - 1) + 2k + y + v

 2k = t + 2x - y - v +2 

2

v) (y - 2 t 2x

k     hay

2

S-2S2S



Trong đó: + S4 là tổng số các nguyên tử hoá trị IV

+ S3 là tổng số các nguyên tử hoá trị III+ S1 là tổng số các nguyên tử hoá trị I

1.2 Tính chất của độ bất bão hoà

+ k  N (k≥0)

+ k (phân tử) = k (gốc hiđrocacbon) + k (nhóm chức)

Chú ý: Công thức tính k ở trên không đúng đối với muối amoni của axit cacboxylic Nếu rơi vào trường hợp muối amoni thì cứ thêm vào 1 gốc muối amoni ta sẽ cộng thêm vào k tính theo công thức một đơn vị

2

2 8 4 2

+ Với C5H12O ta có 0

2

2 12 5 2

+ Với C5H7Clta có 2

2

2 8 5 2

k     (vì nguyên tử clo có hoá trị I nên ta gộp chung 7nguyên tử H với 1 nguyên tử Cl là 8 nguyên tử có hoá trị I)

2

2 11 1 4 2

+ Với C4H10N2 ta có 1

2

2 10 2 4 2

+ Với C4H9NO2 ta có 1

2

2 9 1 4 2

* Nhận xét

+ trong hợp chất chứa C, H, oxi có thể có hoặc không (có thể có thêm halogen) ta có thể

so sánh hiệu số nguyên tử hoá trị I với ankan tương ứng có cùng số cacbon rồi chia 2)

Ví dụ: trong hợp chất C5H7Cl ta so sánh với ankan C5H12 lấy hiệu số nguyên tử hoá trị I(12-8)/2=2, như vậy k=2

+ nếu có thêm nitơ thì cứ thêm một nguyên tử nitơ thì ta cộng thêm vào số nguyên tửhiđro ở ankan 1 nguyên tử hiđro và tính hiệu số nguyên tử hoá trị I như trên

Ví dụ: trong hợp chất C4H11N ta so sánh với C4H10 nhưng do có thêm 1 nitơ nên số hiđrotrong C4H10 là 10 ta cộng thêm 1 là 11 rồi tính hiệu số nguyên tử hoá trị I và được k = 0;hoặc trong hợp chất C4H10N2 ta có (10+2-10)/2=1

Nhận xét này là 1 thủ thuật giúp học sinh nhẩm nhanh

Câu 2: Tính độ bất bão hoà trong các hợp chất sau: CH3COOH, C3H5COOH, C6H5NO2.Nhận xét: ở đây ta có thể dùng công thức để tính tuy nhiên ta có thể dựa vào cấu tạo đểnhẩm nhanh

+ Với CH3COOH ta có CH3 là gốc ankyl có k=0, nhóm cacboxyl (COOH) có k=1 nêntổng độ bất bão hoà của cả phân tử CH3COOH là 1

+ Với C3H5COOH ta có C3H5 là gốc không no có 1 liên kết đôi nên có k=1, nhómcacboxyl (COOH) có k=1 nên tổng độ bất bão hoà của cả phân tử C3H5COOH là 2

+ Với C6H5NO2 ta có C6H5 là gốc phenyl có k=4 (3 liên kết π và 1 vòng), nhóm nitro(NO2) có k=1 nên tổng độ bất bão hoà của cả phân tử C6H5NO2 là 5

Câu 3: Tính độ bất bão hoà trong các chất sau: CH3-COONH4, CH2=CH-COONH3CH3,

k      ; thực tế cấu tạo có 1 nhóm COO nên k của cảphân tử phải là 1

+ Với CH2=CH-COONH3CH3

Theo công thức ta có 1

2

9 2 1 4 2

k      , thực tế cấu tạo gồm có 1 liên kết đôi ở gốchiđrocacbon và có 1 nhóm COO nên k của cả phân tử phải là 2

+ Với CH3NH3OOC-COONH3CH3

Theo công thức ta có 0

2

12 2 2 4 2

k      ,nhưng thực tế xét cấu tạo thì k=2

Nhận xét: Nếu rơi vào trường hợp muối amoni thì cứ thêm vào 1 gốc muối amoni ta sẽ

cộng thêm vào k tính theo công thức một đơn vị

Câu 4: Dựa vào công thức cấu tạo của các chất sau đây hãy xác định độ bất hoà của

- Phân tử axit xitric có 3 liên kết đôi ở 3 nhóm cacboxyl nên độ bất bão hoà của cả phân

tử bằng 3

d 1,1,1-Triclo-2,2-bis(4-clophenyl)etan (thuốc trừ sâu DDT)

Cl ClCl

ClCl

- Phân tử DDT có độ bất bão hoà bằng 8 (do có 2 nhân benzen)

2 Ứng dụng của độ bất bão hoà

- Việc sử dụng độ bất bão hoà vào quá trình giải quyết các bài tập hoá học hữu cơ, đặcbiệt là trong các đề thi đại học sẽ giúp học sinh tiết kiệm được thời gian Dưới đây là một

số các ứng dụng cơ bản của độ bất bão hoà kèm theo các ví dụ minh hoạ có hướng dẫn chitiết để giúp hiểu sâu sắc hơn về độ bất bão hoà, đồng thời qua các ví dụ này cũng giúp họcsinh biết cách định hướng và áp dụng độ bất bão hoà vào quá trình giải bài tập

2.1 Xác định công thức phân tử từ công thức đơn giản nhất

- Xác định công thức phân tử chất hữu cơ là yêu cầu phổ biến và cơ bản nhất của bài tậpHóa hữu cơ Có nhiều phương pháp để xác định công thức phân tử chất hữu cơ (trungbình, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng, …), tùy thuộc vào đặc điểm số liệu của bàitoán đưa ra Trong chuyên đề này, ta xét trường hợp đề bài yêu cầu xác định công thứcphân tử từ công thức đơn giản nhất mà không cho khối lượng mol phân tử của chất hữu

+ Vì anđehit no, mạch hở nên gốc hiđrocacbon của anđehit có k=0, mặt khác cứ 1 nguyên

tử oxi trong nhóm CHO thì có 1 liên kết π  n nguyên tử oxi sẽ có n liên kết π,  tổng kcủa cả phân tử là n

+ Ta có độ bất bão hoà tính theo đề bài phải bằng độ bất bão hoà tính theo công thức Như

2

3n 2 n

+ Vì anđehit no, mạch hở nên gốc hiđrocacbon của anđehit có k=0, mặt khác cứ 2 nguyên

tử oxi trong nhóm COOH thì có 1 liên kết π  2n nguyên tử oxi sẽ có n liên kết π, tổng

2

.

2

k     n=2 công thức phân tử là C4H6O4 Chọn đáp án C

Câu 3: Công thức đơn giản nhất của anđehit mạch hở chưa no chứa một liên kết ba trong

phân tử là C4H4O Công thức phân tử của nó là

sẽ có n liên kết π, như vậy tổng k của cả phân tử là n+2

+ Ta có độ bất bão hoà tính theo đề bài phải bằng độ bất bão hoà tính theo công thức là

2 n 2

4n 2

n

.

2

k      n=1 công thức phân tử là C4H4O Chọn đáp án A

Câu 4: Hãy xác định công thức phân tử chất có công thức đơn giản nhất là C4H11NO2?

A C4H11NO2 B C8H22N2O4 C C16H33N3O6 D C8H20N2O3

Giải:

+ Trước hết phải viết công thức phân tử của hợp chất dạng (C4H11NO2)n hay C4nH11nNnO2n

Độ bất bão hoà tính theo công thức phân tử là k 2.4nn2211n



2

2n

2

k   vì k  N và k≥0 nên n=0 (loại) hoặc n=1 Chọn đáp án A.

2.2 Dựa vào độ bất bão hoà để viết công thức cấu tạo

- Để xác định được công thức cấu tạo của một chất hữu cơ, nhất thiết phải phân tích đượcđặc điểm của các thành phần cấu tạo nên chất hữu cơ đó (gốc, nhóm chức), trong đó cócác đặc điểm về mạch C và loại nhóm chức

- Để xác định được các đặc điểm này, vai trò của k là rất quan trọng, thể hiệnqua biểu thức đã nói trên: k (phân tử) = k (gốc hiđrocacbon) + k (nhóm chức)

Câu 1: Ứng với công thức phân tử C3H5Br có bao nhiêu đồng phân cấu tạo?

k      như vậy có 2 khả năng: hợp chất

có 1 liên kết đôi, hoặc hợp chất có 1 vòng

+ Nếu có 1 liên kết đôi thì có 3 đồng phân CH2=CHCH2Br CH2=CCH Br 3BrCH=CHCH3

+ Nếu có 1 vòng thì được 1 đồng phân Br

 Như vậy có tất cả là 4 đồng phân Chọn đáp án B

Câu 2: Ứng với công thức phân tử C3H6O có bao nhiêu đồng phân cấu tạo mạch hở?

k      như vậy có 2 khả năng: hợp chất

có 1 liên kết đôi, hoặc hợp chất có 1 vòng Do yêu cầu của đề bài là đồng phân cấu tạomạch hở nên chỉ xét trường hợp có 1 liên kết đôi

+ Hợp chất trên có 1 nguyên tử oxi và có 1 liên kết đôi nên có thể là ancol không no có 1liên kết đôi, có thể là anđehit no mạch hở hoặc có thể là xeton no mạch hở

- Nếu là ancol không no có 1 liên kết đôi thì có 1 đồng phân CH2=CHCH2OH

- Nếu là anđehit no mạch hở thì có 1 đồng phân CH3CH2CHO

- Nếu là xeton no mạch hở thì có 1 đồng phân

CH3CCH3O

 Như vậy có tất cả là 3 đồng phân Chọn đáp án C

Câu 3: Số đồng phân cấu tạo no mạch hở có công thức phân tử C3H6O3 là

k      như vậy có 2 khả năng: hợp chất

có 1 liên kết đôi, hoặc hợp chất có 1 vòng Do hợp chất là no mạch hở nên liên kết đôiphải nằm trong nhóm chức Vì có 3 nguyên tử oxi nên có thể có các trường hợp sau:

- Một chức ancol và một chức axit

HOCH2CH2COOH

CH3CHCOOHOH

- Một chức ete và một chức axit CH3-O-CH2-COOH

- Một chức ancol và một chức este

HOCH2-COOCH3 HOCH2OOC-CH3 HCOOCH2CH2OH

- Hai chức ancol và một chức anđehit

2.3 Biện luận để xác định công thức cấu tạo hoặc công thức phân tử

2.3.1 Biện luận để xác định công thức cấu tạo

- Đối với loại bài tập này nó cũng là dạng bài tập viết công thức cấu tạo, tuy nhiên ở đâyviệc viết các công thức cấu tạo phải thoả mãn một số điều kiện nào đó theo yêu cầu của

đề, để làm được bài tập này ta có thể làm như sau:

+ Bước 1: Phân tích các đặc điểm cấu tạo theo giả thiết đề cho

+ Bước 2: Tính độ bất bão hoà của công thức phân tử đã cho và biện luận để tìmcác cấu tạo thoả mãn yêu cầu

Câu 1: Cho các công thức phân tử sau: (1) C10H12; (2) C9H12; (3) C8H8; (4) C10H8; (5)

C6H7O2N; (6) C8H14; (7) C10H16; (8) C6H6Cl6 Số chất có thể chứa vòng benzen trong côngthức cấu tạo là

Giải:

+ Để có thể chứa vòng benzen trong công thức cấu tạo thì độ bất bão hoà tối thiểu phảibằng 4

+ Lần lượt tính độ bất bão hoà của các chất theo thứ tự trên là 5, 4, 5, 7, 4, 3, 3, 1

+ Như vậy chỉ có các chất (1), (2), (3), (4), (5) là phù hợp Vậy chọn đáp án A

Câu 2: Công thức nào dưới đây không thể là đipeptit? (không chứa nhóm chức nào khác

ngoài nhóm peptit -CONH-; nhóm amino -NH2; nhóm cacboxyl -COOH)

Chỉ có chất C7H16N2O3 không có khả năng tạo ra đipeptit Chọn đáp án C

Câu 3: (câu 13 đề đại học khối A-2011, mã 273) Cho 13,8 gam chất hữu cơ X có công

thức phân tử C7H8 tác dụng với một lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3, thu được 45,9gam kết tủa X có bao nhiêu đồng phân cấu tạo thỏa mãn tính chất trên?

8 , 13 n

k     ;Vì X có 2 liên kết ba ở đầu mạch nên gốc hiđrocacbon còn lạikhông chứa liên kết pi Có 4 đồng phân thoả mãn yêu cầu: HC≡C-CH2CH2CH2-C≡CH; HC≡C-CH2CH(CH3)-C≡CH; HC≡C-C(CH3)2-C≡CH; HC≡C-CH(C2H5)-C≡CH

 Chọn đáp án A

Câu 4: Hợp chất hữu cơ X ứng với công thức phân tử C3H10O2N2 Cho X vào dung dịchNaOH đun nóng thấy tạo ra NH3 Mặt khác khi X tác dụng với dung dịch HCl tạo ra hỗnhợp sản phẩm trong đó có muối của aminoaxit Số công thức cấu tạo thỏa mãn với điềukiện của X là

Giải:

+ Chất X tác dụng với NaOH tạo ra NH3 như vậy X phải là muối amoni của axitcacboxylic no đơn chức mạch hở vì X có 2 oxi nên chỉ có 1 nhóm cacboxyl và theo nhậnxét trên cứ thêm 1 gốc muối amoni ta sẽ cộng thêm vào k 1 đơn vị, do đó k của X sẽ là 1

X có 2 nguyên tử nitơ nên 1 nguyên tử nitơ tạo muối amoni, 1 nguyên tử nitơ còn lại sẽnằm trong gốc hiđrocacbon của axit cacboxylic (nhóm amino NH2)

2

10 2 2 3 2

Câu 5: (câu 40 đề đại học khối A-2009, mã 175) Xà phòng hóa một hợp chất có công

thức phân tử C10H14O6 trong dung dịch NaOH dư, thu được glixerol và hỗn hợp gồm 3muối (không có đồng phân hình học) Công thức của ba muối đó là

A CH2=CH-COONa, HCOONa và CH≡C-COONa

B CH3-COONa, HCOONa và CH3-CH=CH-COONa

C HCOONa, CH≡C-COONa và CH3-CH2-COONa

D CH2=CH-COONa, CH3-CH2-COONa và HCOONa

k     ; Do glixerol có k = 0 nên trong 3 gốc hiđrocacboncủa axit phải có 1 gốc axit có chứa liên kết đôi (loại đáp án A và C vì có liên kết 3);

Trong glixerol và 3 nhóm COO có 6 nguyên tử cacbon, như vậy tổng số nguyên tửcacbon trong 3 gốc hiđrocacbon của axit là 4 nguyên tử.

+ Ba muối không có đồng phân hình học nên loại đáp án B, vậy chọn D

2.3.2 Biện luận để xác định công thức phân tử

- Trong các bài toán thì việc xác định công thức chung của chất đã cho thoả mãn các yêucầu của đề bài là một việc rất quan trọng, vì trên cơ sở đó học sinh mới có thể làm đượccác bước tiếp theo

- Với loại bài tập này thì chỉ cần xác định công thức phân tử hoặc tìm quan hệ giữa cácnguyên tử trong phân tử nhằm thoả mãn một số đặc điểm nào đó theo yêu cầu của đề Ta

có thề làm tương tự như trên:

+ Bước 1: Phân tích các đặc điểm cấu tạo theo giả thiết đề cho

+ Bước 2: Tính độ bất bão hoà của công thức phân tử đã cho và biện luận để tìmcông thức phân tử thoả mãn yêu cầu

- Có thể sử dụng 2 dạng công thức thường gặp:

+ Công thức chung của hợp chất chứa C, H, N, O là CnH2n+2+b-2kOaNb

với: + n, a, b lần lượt là số nguyên tử cacbon, oxi, nitơ

+ k là độ bất bão hoà của cả phân tử

+ Nếu viết ở dạng nhóm chức thì hợp chất hữu cơ có dạng CnH2n+2-2k-aXa Ở đây X

là nhóm chức, a là số nhóm chức Giá trị k ở đây là độ bất bão hoà của riêng gốchiđrocacbon, không tính nhóm chức vào

+ Để xác định số nguyên tử cacbon tối thiểu ta dựa vào đặc điểm cấu tạo gốchiđrocacbon và nhóm chức (điều kiện tồn tại nhóm chức đó)

Câu 1 Thiết lập công thức chung của các chất có đặc điểm sau:

a Hiđrocacbon thơm chứa 1 nhân benzen và 1 liên kết 3 ở nhánh

b Ancol không no 2 chức có 1 liên kết đôi

c Hợp chất tạp chức có 2 nhóm cacboxyl (-COOH), 1 nhóm OH và có 1 liên kết đôi

d Este 2 chức mạch hở được tạo ra từ một ancol no 2 chức và 2 axit cacboxylickhông no 1 chức chứa 1 liên kết đôi