Bồi dưỡng học sinh giỏi về hợp chất cxhyoznt cấp THPT

1 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Trong trình giảng dạy cho em học sinh cấp THPT em học sinh ôn luyện thi vào trường Đại học Cao đẳng hàng năm, phần Hóa học hữu chiếm 50% lượng kiến thức cấu trúc đề thi Đại học Cao đẳng Trong việc tìm cơng thức phân tử hợp chất hữu C xHyOzNt đóng vai trò quan trọng q trình trả lời đòi hỏi tốn axit-amin nói riêng hợp chất chứa nguyên tố C, H, O, N nói chung Tuy nhiên, để tìm cơng thức phân tử hợp chất hữu nhiều phương pháp có phương pháp biện luận, đòi hỏi người học sinh phải có kiến thức thực vững chắc, có khả tư hợp lý đòi hỏi phải có tính sáng tạo Các đòi hỏi phải “hòa quyện” lẫn mà học sinh phải thấy phải vận dụng cách linh hoạt suốt trình học tập, rèn luyện thân Bản thân giáo viên tham gia định hướng trực tiếp giảng dạy, ôn luyện cho em học sinh đội tuyển học sinh giỏi nhà trường hàng năm thấy việc bồi dưỡng kiến thức cho em học sinh giỏi đòi hỏi người giáo viên thực phải có kiến thức chắn, sâu, rộng: Vì vậy, với “Bồi dưỡng học sinh giỏi hợp chất CxHyOzN t cấp THPT” phương pháp giải tốn hóa học hữu hay, tâm huyết tự thân rút q trình cơng tác (có thể nói chương trình sách giáo khoa khơng đề cập) Do mạnh dạn đưa số suy nghĩ phương pháp giải tốn hóa học với hợp chất hữu CxHyOzNt, phương pháp giải tốn giúp phần cho em học sinh giải tốn việc tìm cơng thức phân tử có sở suy cơng thức cấu tạo hợp chất hữu cách nhanh gọn, dễ hiểu phù hợp với xu đề thi dạng trắc nghiệm 1.2 Mục đích nghiên cứu Hiện vấn đề học mơn hóa học em học sinh trường THPT tương đối nặng chương trình, đòi hỏi tính tự giác em ngày cao học tập Đặc biệt vấn đề em tự nghiên cứu để trang bị cho lượng kiến thức vững vàng để có kỹ giải tốn cách thành thạo Điều này, vất vả em không nhỏ, q trình giảng dạy thân tơi thấy với việc dạy hợp chất CxHyOzNt mà thực giúp cho em phần cách tư cách giải tốn nhanh gọn, dễ hiểu Ngồi tạo cho em tính tư tổng hợp mức độ cao trước nhiều Có thể nói phương pháp biện luận tìm cơng thức phân tử hợp chất hữu cơng cụ giải tốn hóa hữu đắc lực q trình ơn thi THPT Quốc gia Đại học, Cao đẳng 1.3 Đối tượng nghiên cứu Để thực đề tài tự rút kinh nghiệm thời gian năm gần phần lớn em học sinh giỏi đội tuyển nhà trường Bên cạnh việc trao đổi kinh nghiệm trực tiếp với đồng nghiệp để có kết tốt việc giải tốn khó hữu hợp chất CxHyOxNt 1.4 Phương pháp nghiên cứu Bằng phương pháp kiểm chứng thực tế thông qua năm trực tiếp giảng dạy trường (đặc biệt năm từ 2014-2018), bên cạnh thân ln khơng ngừng tự tìm hiểu nghiên cứu kiến thức hợp chất C xHyOxNt để có cho thân lượng kiến thức vững Với việc đánh giá chất lượng giảng dạy đồng nghiệp nhóm chun mơn em học sinh giỏi việc vận dụng kiến thức hợp chất CxHyOxNt để truyền thụ có khác (kết thể qua hiểu biết, vận dụng em học sinh) Đây thể lực rõ ràng cá nhân giáo viên trình giảng dạy 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm Trên sở tính k (độ bất bão hòa) hợp chất C xHyOxNt suy (hoặc định hướng) cách giải cho toán hợp chất C xHyOxNt Với vấn đề xác định công thức phân tử hợp chất hữu C xHyOzNt phương pháp biện luận đòi hỏi học sinh cần có trang bị cách đầy đủ kiến thức từ đến nâng cao; điều người giáo viên q trình giảng dạy cần phải có chuẩn bị thật kỹ lưỡng kiến thức, đáp ứng tối thiểu trường hợp học sinh đưa phương pháp giải hay hơn, dở người giáo viên phải hiểu cách giải hay, cách chưa hay Khi giáo viên tổng hợp, phân tích kết luận đưa phương pháp giải để học sinh hiểu so sánh Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Với vấn đề, mục đích đề tài đưa để thực được, thân người giáo viên phải trang bị cho kiến thức vững chắc, thành thạo chuyên môn luôn, hiểu sâu kiến thức, có suy nghĩ tự đọc, tự học vấn đề kiến thức phương pháp giải tốn hóa học Hữu phương pháp biện luận tìm cơng thức phân tử hợp chất hữu từ suy cơng thức cấu tạo hợp chất hữu trình giảng dạy cho em học sinh cấp THPT Để giải đề tài xin trình bày số phương pháp áp dụng cách biện luận dựa sở số kiến thức như: Điều kiện ràng buộc nguyên tử phân tử số định luật Vật lý, định luật Hóa học (như định luật bảo tồn khối lượng; định luật bảo toàn nguyên tố; định luật thành phần không đổi, dựa sở thuyết lai hóa hay thuyết hóa trị, ); bên cạnh việc tính k (độ bất bão hòa phân tử CxHyOzNt) phải vận dụng thành thạo linh hoạt k( Cx H y Oz Nt )  2x   y  t 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Trong trình dạy học thân với thời gian dài thực việc giải tập có chiều sâu việc xác định công thức phân tử viết công thức cấu tạo hợp chất C xHyOzNt khó khăn nhiều thời gian, nhiên với q trình tích lũy giảng dạy tự tìm hiểu tài liệu, tổng hợp, phân loại, vận dụng cho phù hợp với trình độ học sinh áp dụng trình công tác thân Với đề tài sáng kiến kinh nghiệm viết trước áp dụng kiến thức em học sinh đội tuyển mảnh ghép rời rạc chưa có hệ thống kiến thức xun suốt tính vận dụng cao q trình xác định cơng thức cấu tạo hợp chất hữu cơ, khả tư tính tốn Hiện tâm lí phận học sinh thường ỷ lại vào giáo viên Hơn trình giảng dạy lớp giáo viên chưa thực ý phát triển lực tự học cho học sinh Do đó, khơng tạo hứng thú học tập phát triển tư cho em Vì vậy, với cách truyền thụ vận dụng giải pháp tính k cho hợp chất CxHyOzNt nói riêng, hợp chất hữu nói chung em học sinh có khả tư mức độ cao sâu, hệ thống kiến thức chương trình hóa học phổ thơng Cụ thể năm gần đội tuyển học sinh giỏi nhà trường đạt khả quan chất lượng giải 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề Để giải sâu vấn đề nêu ta dẫn dắt cho học sinh theo nội dung từ dễ đến khó 2.3.1 Viết đồng phân hợp chất hữu C xHyOzNt xác định công thức cấu tạo Việc viết công thức cấu tạo hợp chất hữu dạng C xHyOzNt ta tiến hành theo bước sau đây: Bước 1: Xác định độ bất bão hòa k hợp chất hữu CxHyOzNt Mục đích để biết tổng số liên kết π có phân tử k (C x H y O z N t )  2x   y  t Bước 2: Căn vào số lượng nguyên tử O N có phân tử để chuyển chúng dạng nhóm chức đặc trưng cho phân tử hợp chất hữu Các nhóm là: - Chức axit: COOH - Chức amin: Bậc (NH2); Bậc (NH); Bậc (N) - Ngồi xuất thêm số nhóm chức khác như: Nitro (NO2); Nitrit (-O-N=O) nhóm chức dạng muối amoni (NH 4+) muối amin axit hữu dạng RCOONH3R' Bước 3: Căn vào số k để biết mạch cacbon có chứa liên kết π hay khơng Tuy nhiên q trình viết đồng phân phải ln ý nhóm chức có chứa liên kết π như: andehit, xeton, axit, este, nitro, nitrit, nitrat Bước 4: Viết đồng phân mạch C (tương tự việc viết đồng phân hidrocacbon) Để cho nhanh việc viết đồng phân ta gán cho nhóm chức có hóa trị I nguyên tử có hóa trị I (áp dụng việc viết đồng phân dẫn xuất halogen) Chẳng hạn: Viết đồng phân hợp chất hữu có cơng thức phân tử là: C4H8(COOH)(NH2) Khi nhóm COOH NH2 nhóm có hóa trị I, nên có trể quy nhóm COOH A NH2 B Vậy công thức C4H8(COOH)(NH2) viết thành C4H8AB có k = Bước 5: Thêm H vào để C đủ hóa trị IV Sau xem xét với đồng phân có liên kết đơi C = C chúng có đồng phân hình học hay khơng Các ví dụ cụ thể: Ví dụ 1: Viết đồng phân (mạch hở) có chứa nhóm chức -COOH, -NH2, -COO-, -NO2, -ONO phân tử hợp chất hữu sau: C3H7O2N C3H9O2N * Nhận xét: Với hợp chất C3H9O2N có k (C3 H O2 N )  2.3    0 Ta loại trừ khơng thể có đồng phân hợp chất axit amin Vì chuyển dạng hợp chất ion Chuyển nguyên tử N thành ion NH 4+ (amoni) xuất liên kết π (trong nhóm COO) CH3-CH2-COONH4: Muối amoni propionat Hoặc dạng hợp chất muối amin axit hữu dạng RCOONH3R’: H-COONH3C2H5 (etyl amoni fomat) – Muối amin bậc CH3COONH3CH3 (metyl amoni axetat) – Muối amin bậc H-COONH2(CH3)2 (đimetyl amoni fomat) – Muối amin bậc Nhận xét: Với hợp chất C3H7O2N có k (C3 H O2 N )  2.3    1 Ta viết loại hợp chất sau: * Axit amin: CH3-CH(NH2)-COOH; CH2(NH2)-CH2-COOH (amin bậc 1) CH3-NH-CH2-COOH (amin bậc 2); (CH3)2N-COOH (amin bậc 3) * Hợp chất chứa nhóm –NO2 (nitro); -O-N=O (nitrit) CH3-CH2-CH2-NO2; (CH3)2CH-NO2 hợp chất nitro CH3-CH2-CH2-ONO; (CH3)2CH-ONO hợp chất nitrit * Hợp chất chứa nhóm amoni (NH 4) mạch C xuất thêm liên kết pi (πC=C) ứng với nguyên tử N chuyển dạng ion amoni (NH4) CH2=CH-COONH4 amoni acrylat * Hợp chất muối amin axit hữu dạng RCOONH3R’ HCOONH3CH=CH2 vinyl amoni fomat Ví dụ 2: Hãy viết đồng phân chứa nhóm chức COOH, COO, NO 2, ONO, muối amin axit hữu cơ, muối amoni, hợp chất có cơng thức phân tử sau đây: C4H8N2O4 * Nhận xét: Với hợp chất C4H8O4N2 có k (C H O4 N )  2.4    2 Ta thấy hợp chất C4H8O4N2 có k = 2, phân tử có ngun tử O ngun tử N suy nghĩ tới phân tử có nhóm COOH nhóm NH2 Các đồng phân là: * Đồng phân axit-amin, este HOOC-CH(NH2)-CH(NH2)-COOH (2,3-điamino butanđioic) HOOC-C(NH2)2-CH2-COOH (2,2-điamino butanđioic) HOOC-C(NH2)2-COOCH3 (2,2-điamino metyl propanđioat) * Đồng phân muối amoni axit hữu - Khi ngun tử N chuyển dạng nhóm amoni mạch C xuất thêm liên kết pi π H4NOOC-CH=C(NH2)-COOH hay H4NOOC-C(NH2)(COOH)=CH2 - Khi hai nguyên tử N chuyển dạng nhóm amoni mạch C xuất thêm hai liên kết pi π H4NOOC-C≡C-COONH4 (Muối điamoni butinđioat) * Đồng phân hợp chất chứa nhóm nitro (-NO2), nitrit (-O-N=O) O2N-CH2-CH2-CH2-CH2-NO2; O2N-CH2-CH2-CH(CH3)-NO2; O2N-CH2-CH(CH3)-CH2-NO2; O2N-CH(CH3)-CH(CH3)-NO2; Như vậy: Để cho đơn giản ta quy ước nhóm nitro (-NO 2) A nhóm nitrit (-ONO) B Khi cơng thức C4H8O4N2 viết dạng: C4H8A2 (chứa nhóm nitro) C4H8B2 (chứa nhóm nitrit) C4H8AB (chứa nhóm nitro nhóm nitrit) Lúc việc viết đồng phân cần áp dụng tương tự việc viết đồng phân hợp chất dẫn xuất halogen mà Như vậy, cách truyền thụ kiến thức ta vừa ôn lại phần kiến thức trước (đồng phân hiđrocacbon), vừa phát triển thêm kiến thức em học sinh đội tuyển Hóa Học nhà trường năm học qua 2.3.2 Một số dạng tập xác định công thức cấu tạo hợp chất hữu CxHyOzNt hợp chất hữu chứa nguyên tử nguyên tố S thông qua định lượng phải dựa vào số tính chất hóa học đặc trưng Bài tốn hợp chất hữu chứa C, H, O, N dạng tập thường gây khơng khó khăn cho bạn học sinh Một số ví dụ dạng tập có tính tốn định lượng hợp chất chứa nguyên tố C, H, O, N Ví dụ 1: Cho 0,1 mol chất X (CH6O3N2) tác dụng với dung dịch chứa 0,2 mol NaOH đun nóng thu chất khí làm xanh quỳ tím ẩm dung dịch Y Cô cạn dung dịch Y ta thu m gam chất rắn Hãy xác định công thức cấu tạo X tính m * Nhận xét: Ta có độ bất bão hòa k hợp chất X là: k (CH 6O3 N )  2.1    0 Dễ thấy phân tử X có nguyên tử N nguyên tử O Nên ta nghĩ tới phân tử chất X chứa nhóm NO (gốc nitrat) Mặt khác, nguyên tử N lại chuyển dạng muối amin axit vô Vậy phân tử phải xuất thêm liên kết pi (π) Để thỏa mãn, liên kết π phải thuộc liên kết N nguyên tử O Khí làm giấy quỳ tím ẩm hóa xanh amin (có nguyên tử C) khí NH3 Nhưng theo cơng thức chất X (CH 6O3N2) trường hợp khí làm xanh quỳ tím ẩm phải amin Khi cơng thức cấu tạo chất X thỏa mãn là: metyl amoni nitrat CH3NH3NO3 Phản ứng X với NaOH xảy sau: CH3NH3NO3 + NaOH → CH3NH2 + NaNO3 + H2O (1) 0,1 mol 0,1 mol 0,1 mol Theo (1) ta thấy số mol NaOH tham gia phản ứng là: 0,1 mol Suy số mol NaOH dư: 0,2 – 0,1 = 0,1 mol Số mol NaNO3 tạo là: 0,1 mol Vậy dung dịch Y thu sau phản ứng gồm: NaOH (0,1 mol); NaNO3 (0,1 mol) Đem cạn chất rắn thu có khối lượng là: m = 0,1.85 + 0,1.40 = 12,5 gam Ví dụ 2: Cho hợp chất hữu X (C3H12O3N2) tác dụng với dung dịch NaOH dư sau cô cạn dung dịch thu chất hữu đơn chức Y phần rắn chứa chất vô Nếu cho X tác dụng với dung dịch HCl dư sau cạn dung dịch thu phần rắn giải phóng khí Z Hãy xác định cơng thức cấu tạo chất X chất Y Cho biết khối lượng mol Y Z [1] * Nhận xét Ta có độ bất bão hòa k hợp chất X là: k (C3 H12O3 N )  2.3   12   1 Lại có phân tử X có nguyên tử O nguyên tử N Trong k(X) = -1 Nên nghĩ tới chuyển nguyên tử N dạng muối amoni nguyên tử N chuyển dạng muối amin Theo giả thiết, X tác dụng với NaOH tạo chất hữu đơn chức Y sau cô cạn phần rắn gồm chất vô Mặt khác X tác dụng với HCl tạo khí Z, chứng tỏ X phải chứa gốc cacbonat Vì X có ngun tử C phải dùng ngun tử C để tạo gốc amin muối, lại ngun tử C tồn dạng gốc axit vô k lúc phải tăng lên Vậy số liên kết π phân tử X phải biểu diễn là: -1 + = Công thức cấu tạo X phải (CH3NH3)2CO3 metyl amoni cacbonat Phản ứng X với NaOH: (CH3NH3)2CO3 + 2NaOH → 2CH3NH2 + Na2CO3 + 2H2O (X) (Y) Phản ứng X với HCl: (CH3NH3)2CO3 + 2HCl (dư) → 2CH3NH3Cl + H2O + CO2 (X) (Z) Vậy công thức cấu tạo X Y là: Khối lượng mol Y Z là: MY = Mmetylamin = 31; MZ = Mcacbonic = 44 Ví dụ 3: Cho 3,6 gam chất X có công thức CH 4ON2 tác dụng vừa đủ với dung dịch KOH Sau phản ứng thu dung dịch Y khí Z làm xanh giấy quỳ tím ẩm Cơ cạn dung dịch Y thu m gam chất rắn Hãy xác định công thức cấu tạo X tính khối lượng m (g) chất rắn [2] * Nhận xét Ta có độ bất bão hòa k hợp chất X là: k (CH 4ON )  2.1     Theo giả thiết chất X tác dụng với dung dịch KOH sau phản ứng thu chất khí Z làm xanh quỳ tím ẩm dung dịch Y, cạn thu chất rắn Chứng tỏ dung dịch Y phải chứa muối kali Trong trường hợp dễ thấy nguyên tử N chuyển dạng nhóm chức amino (NH2), liên kết π phải tồn liên kết đơi C=O (trong nhóm cabonyl) Nên công thức cấu tạo chất X thỏa mãn là: (NH2)2CO Phản ứng X với KOH: (NH2)2CO + H2O → (NH4)2CO3 0,06 mol 0,06 mol (NH4)2CO3 + 2KOH → K2CO3 + 2H2O + 2NH3 0,06 mol 0,06 mol Theo giả thiết ta có số mol X là: n( NH ) CO  (1) (2) 3,  0, 06( mol ) 60 Theo (1) (2) ta có số mol muối K2CO3 là: 0,06 mol Vậy khối lượng chất rắn thu sau cô cạn: mran  mK2CO3  0, 06.138  8, 28( gam) Ví dụ 4: Cho 0,1 mol X (C2H12N2SO4) tác dụng với 300 ml dung dịch KOH 1M thu chất khí có khả làm xanh quỳ tím ẩm dung dịch A chứa muối vô Cô cạn dung dịch A thu m gam chất rắn khan Xác định cơng thức cấu tạo X tính giá trị m [3] * Nhận xét: Vì hợp chất X (C2H12N2SO4) tác dụng với dung dịch KOH ta thu muối vơ cơ, chứng tỏ muối K 2SO4 Mặt khác thu chất khí có khả làm xanh quỳ tím ẩm Khí NH khí amin Vậy công thức cấu tạo thỏa mãn điều kiện là: (CH 3NH3)2SO4 metyl amoni sunfat Phản ứng X với KOH xảy sau: C2H12N2SO4 + 2KOH → 2CH3NH2 + K2SO4 + 2H2O (1) 0,1 0,2 0,1 Theo giả thiết: Số mol KOH ban đầu có dung dịch là: 0,3.1 = 0,3 mol Theo phản ứng (1): Số mol KOH tham gia phản ứng 0,1.2 = 0,2 mol Vậy số mol KOH dư là: 0,3 – 0,2 = 0,1 mol Khi dung dịch A thu sau phản ứng gồm: 0,1 mol K 2SO4 0,1 mol KOH dư Vì vậy, sau cạn dung dịch A chất rắn thu có khối lượng là: mA  mK SO  mKOH  0,1.174  0,1.56  23( gam) Ví dụ 5: Chất X có công thức phân tử C 4H14O3N2 Khi cho X tác dụng với dung dịch NaOH thu hỗn hợp Y gồm hai khí điều kiện thường có khả làm xanh quỳ tím ẩm Hãy xác định công thức cấu tạo X * Nhận xét: Ta có độ bất bão hòa k hợp chất X là: k (C4 H14O3 N )  2.4   14   1 Vì thu hỗn hợp hai khí có khả làm xanh quỳ tím ẩm, nên hai nguyên tử N phân tử hợp chất hữu A phải tồn dạng NH muối amin axit hữu axit vô Khi phân tử phải tương giá trị k tăng lên Tức X phải có cấu tạo muối amin aminiac axit cacbonic Nghĩa là: Khi biểu diễn công thức cấu tạo phân tử X xuất thêm liên kết π Vậy cơng thức cấu tạo A là: CH3-NH3CO3NH3-C2H5 + 2NaOH → CH3-NH2 + C2H5-NH2 + Na2CO3 + 2H2O (A1) CH3-NH3CO3NH(CH3)2 + 2NaOH → CH3-NH2 + (CH3)2NH + Na2CO3 + 2H2O (A2) (CH3)3NHCO3NH4 + 2NaOH → (CH3)3N + NH3 + Na2CO3 + 2H2O (A3) Tuy nhiên, trường hợp tốn dạng người giáo viên đòi hỏi suy nghĩ học sinh cần phải có chiều sâu hơn, để thấy ngồi cơng thức cấu tạo xác định cần gợi ý cho học sinh cần nghĩ số công thức cấu tạo khác Tuy nhiên công thức cấu tạo khơng phù hợp với điều kiện tốn cho Vì tạo chất lỏng khơng phải khí (C2H5)(CH)3(NH2)CO3NH4 (4) CH3-CH2-CH2-NH3CO3NH4 (5) (CH3)2CHNH3CO3NH4 (6) 2.3.3 Dạng tập xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo hợp chất hữu dạng CxHyOzNt có áp dụng số định luật Vật lý Ngồi định luật mơn Vật lí như: Boiler-Marios; Gayluytsac; Sacler với biểu thức tính phương trinh Clapearon – Mendeleep nói dùng để chứng minh cho định luật Vật lí Hay nói cách khác phương trình Clapearon – Mendeleep (PV = nRT) sở cho nhiều nhìn nhận chứng minh cho định luật khác Vật Lí Tuy nhiên, ta gặp nhiều tốn hóa học áp dụng nhiều kiến thức Vật lí Như tốn hóa học thu khí cách đẩy nước từ một ống úp ngược chậu đựng nước, tốn tính tốn với hỗn hợp khí điều kiện khơng tiêu chuẩn, Với cách tính áp suất khí ống úp ngược chậu đựng nước, học sinh khơng nắm kiến thức hóa học mà phải hiểu sâu kiến thức mơn Vật lí để tạo cho việc giải tốn hóa học nhanh Cách tính áp suất khí gây hỗn hợp khí ống úp ngược sau: Khi đốt hợp chất hữu A CxHyOzNt hợp chất hữu thơng thường ngun tố kim loại bị chuyển dạng hợp chất thể rắn, nguyên tố C, H, N thường chuyển dạng hợp chất thể khí Khi đó, khí dẫn ống dẫn vào ống úp ngược chậu đựng nước Những khí tan bị hấp thụ nước khơng gây áp suất ống úp ngược Thông thường tốn hóa học phổ thơng khí thường coi khơng tan tan nước là: CO 2, CO, N2, H2, chúng chiếm chỗ nước, kết chúng đẩy cột nước ống úp ngược xuống thấp Do ta hướng dẫn cho học sinh chia thành trường hợp để tính áp suất khí ống úp ngược sau: - Trường hợp 1: Mực nước ống cao mực nước chậu với độ cao h (mm) * Áp suất điểm A: PA = Pkq * Áp suất điểm B: PB = Pkhí + Pphụ + Pcột nước Ta ln ln có: PA = PB Khi đó: Pkq = Pkhí + Pphụ + Pcột nước Suy ra: Áp suất khí gây phần ống chứa khí là: Pkhí = Pkq - Pphụ - Pcột nước - Trường hợp 2: Mực nước ống ngang mực nước chậu * Áp suất điểm A: PA = Pkq * Áp suất điểm B: PB = Pkhí + Pphụ Ta ln ln có: PA = PB Khi đó: Pkq = Pkhí + Pphụ Suy ra: Áp suất khí gây phần ống chứa khí là: Pkhí = Pkq - Pphụ - Trường hợp 3: Mực nước ống thấp mực nước chậu với độ cao h (mm) * Áp suất điểm A: PA = Pkq + Pcột nước * Áp suất điểm B: PB = Pkhí + Pphụ Ta ln ln có: PA = PB Khi đó: Pkq + Pcột nước = Pkhí + Pphụ Suy ra: Áp suất khí gây phần ống chứa khí là: Pkhí = Pkq + Pcột nước - Pphụ h(mm) * Khi quy áp suất cột nước mmHg theo công thức: Pcot nuoc  13, Ví dụ 1: Cho m gam chất hữu A tác dụng hoàn toàn với dung dịch KOH tạo 0,339 gam muối Mặt khác, đốt cháy m gam chất hữu A cần 1,764 lít khơng khí 00C, atm Sản phẩm cháy gồm CO 2, N2, H2O cho qua bình đựng P2O5, khối lượng bình tăng thêm 0,243 gam, khí lại dẫn vào ống úp chậu đựng nước 250C, mực nước ống ngang mực nước chậu thể tích phần ống chứa khí 1930,7 ml Trong ống áp suất gây nước 250C 23,7 mmHg, áp suất N2 5,375 lần áp suất CO2 Tính m Tìm cơng thức phân tử cơng thức cấu tạo A, biết phân tử A chứa nguyên tử oxi Cho biết áp suất khí 760 mmHg, khơng khí gồm 20% thể tích oxi 80% thể tích N2, độ tan CO2 N2 nước không đáng kể Khối lượng riêng thủy ngân 13,6 g/cm3 [4] * Nhận xét: Để giải toán này, rõ ràng học sinh phải nắm cách tính áp suất khí ống úp ngược chậu đựng nước 1, 764 Theo giả thiết: Ta có số mol khơng khí là: nkk  22,  0, 07875( mol ) Trong đó: nO2  20 80 0, 07875  0, 01575( mol ) nN2  0, 07875  0, 063( mol ) 100 100 Khi mực nước ống ngang mực nước chậu thì: P( CO2  N2 )  PhoiH2O  Pkhiquyen � P(CO2  N )  760  23,7  736,3( mmHg ) Nên tổng số mol N2 CO2 là: n( N2 ,CO2 ) 736,3 1,9307 PV 760    0, 0765(mol ) RT 22, (273  25) 273 Vì áp suất gây khí tỉ lệ với số mol (số phân tử khí) nó, nên ta có: nN2  5,375.nCO2 10 0, 0765.1 Tức ống có:  5,375  0, 012(mol ) CO2 Và: 0,0765 – 0,012 = 0,0465 (mol) N2 Do số mol N2 đốt A bằng: 0,0645 – 0,063 = 0,0015 (mol) Tính m: Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng, ta có: mA  mO2  mCO2  mH 2O  mN → m = 0,234 + 0,012.44 + 0,0015.28 – 0,01575.32 = 0,309 gam Tìm cơng thức phân tử A Trong 0,309 gam A có: 12.0, 28 �  0,144( gam) � 44 � 2.0, 243 � mH   0, 027( gam) � 0, 213( gam) � mO  0,309  0, 213  0, 096( gam) 18 � 28.0, 0336 � mN   0, 042( gam) � 22, � mC  Đặt công thức phân tử A là: CxHyOzNt, ta có: 0,144 0, 027 0, 096 0, 042 : : : 12 16 14 � x : y : z : t  : : :1 x: y : z :t  Công thức đơn giản A là: C4H9O2N a) Vì phân tử A có ngun tử oxi Nên cơng thức phân tử A là: C4H9O2N Khi đó, MA = 103 đvC � k A  2.4    1 b) Vì A phản ứng với KOH nên A axit este Đặt cơng thức cấu tạo A có dạng: RCOOR’ Phản ứng A với KOH xảy sau: RCOOR’ + KOH → RCOOK + R’OH Theo (1): 103 g M’ (g) 0,309 gam 0,339 gam Vậy: M’muối = 113 đvC Ta có: (1) R  44  R '  103 � �R  30 �� � R  44  39  113� �R '  29 Biện luận: Ta thấy R = 30 (là số chẵn) nên R khơng thể gốc hiđrocacbon có hóa trị I Vậy R phải chứa nguyên tử N Khi đó, gốc R’ = 29 C2H5- Phần R = 30 có cơng thức cấu tạo là: H2N-CH2Cơng thức cấu tạo A là: H2N-CH2-COO-C2H5 (Muối axit amin rượu etylic) H2N-CH2-COOH + C2H5OH  H2N-CH2-COO-C2H5 + H2O (A) Ví dụ 2: Cho hợp chất hữu mạch hở có cơng thức phân tử C 10H25N3O6 tác dụng vừa đủ với dung dịch KOH, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu 11 hỗn hợp (H) chứa muối khan (trong có muối kali Lysin) 5,27 gam khí hữu Hãy xác định cơng thức cấu tạo tính khối lượng (gam) muối axit cacboxylic có phân tử khối lớn [3] * Nhận xét: Tuy câu dạng trắc nghiệm chuyển thể, trắc nghiệm hay tự luận để giải tốn đòi hỏi học sinh cần phải có kiến thức vững vàng lý thuyết tính tốn Ngồi phải cần có chiều sâu tính tư cách áp dụng Trước tiên: Tính k hợp chất (X) C10H25N3O6; Có thể suy luận sau: kC10 H 25 N3O6  2.10   25   → khơng thể có cấu tạo axit amin Từ giả thiết: X + KOH → (muối)K-Lysin + Muối + Muối + khí hữu Xuất phát từ số nguyên tử C phân tử Lysin → Số nguyên tử C phân tử muối phân tử khí hữu lại (10 – 6) 4C Mặt khác số nguyên tử N phân tử Lysin 2, nên suy phân tử khí hữu chứa 1N Bên cạnh số nguyên tử O phân tử (X) 6; kết hợp với việc tạo sản phẩm (theo sơ đồ phản ứng) → số nhóm COO (X) (6/2 =) nhóm Với tổng số nguyên tử C Muối 1; Muối khí hữu Nên khẳng định số C phân tử khí hữu 1C → tổng số C phân tử muối phải tối đa (4 – 1) 3C Với k = 0, mà (X) có nhóm COO → nguyên tử N phải tồn dạng muối – COONH3 – Từ hướng dẫn cho học sinh suy luận công thức cấu tạo hợp chất (X) sau: Khi đó, có phản ứng hợp chất hữu (X) với KOH C10H25N3O6 + 3KOH  H2N-(CH2)4-CH(NH2)(COOK) + HCOOK + CH3COOK + CH3NH2  + Muối Kali-Lysin Muối Muối Khí hữu Vậy muối Kali axit có khối lượng phân tử lớn phải CH3COOK Theo phản ứng số mol khí hữu là: nCH NH  5,27 0,17mol 31  nCH 3COOK 0,17mol  mCH 3COOK 0,17 x98 17,56 gam 2.3.4 Một số dạng tập hợp chất C xHyOzNt có mặt sơ đồ biến hóa tốn hóa học khó Để giải loại toán sơ đồ biến hóa hóa học đòi hỏi người học sinh cần phải nắm tính chất hóa học hợp chất hữu cơ, mà cần phải biết thâu tóm cách riêng biệt phản ứng làm tăng, giảm mạch cacbon, phản ứng làm thay đổi nhóm chức, phản ứng khơng làm thay đổi khung cacbon, phản ứng làm thay đổi nhóm chức 12 Ví dụ 1: Viết phản ứng hóa học để minh họa cho sơ đồ biến hóa xác định CTPT, CTCT, gọi tên chất cho sơ đồ sau: Biết: - chất A rượu đơn chức có nguyên tử C phân tử - Chất D, E, F hợp chất hiđrocacbon - Chất K M có tên gọi tương ứng 1,3,5 – trinitrotbenzen 1,3,5 – triclobenzen * Nhận xét A rượu đơn chức có 2C phân tử, A phải C 2H5OH rượu etylenglycol Mặt khác, D, E, F hợp chất hiđrocacbon nên để thỏa mãn sơ đồ biến hóa A rượu etylic hợp lí Các phản ứng minh họa cho sơ đồ xảy sau: CuOxt � CH3CHO + H2O O2 ��� t0 C2H5OH + (1) (A) (B) CH3CHO + 2Cu(OH)2 + NaOH → CH3COONa + Cu2O + 3H2O (2) (B) (C) CaOxt � CH4 + Na2CO3 CH3COONa + NaOH(rắn) ��� (3) t (C) (D) HQ , LLN � C2H2 + 3H2 2CH4 ���� (4) 1500 C (D) (E) Cxt � C6H6 3C2H2 ��� (5) 600 C (E) (F) H SO xt ,t C6H6 + 3HNO3 ���� (6) � C6H3(NO2)3 + 3H2O (F) (G) (1,3,5-trinitrobenzen) ( Zn / HCl ),t C6H3(NO2)3 + 18H ����� C6H3(NH2)3 + 6H2O (7) (G) (H) (1,3,5-triaminobenzen) + 5 C6H3(NH2)3 + 3HNO2 + 3HCl ��� (8) � C6H3[(N ≡N)Cl ]3 + 6H2O (H) (I) (1,3,5-triđiazonicloruabenzen) + t C6H3[(N ≡N)Cl ]3 + 3KI �� (9) � C6H3I3 + 3N2 + 3KCl (I) (K) (1,3,5-triiotbenzen) + Cuxt ,t C6H3[(N ≡N)Cl ]3 ���� C6H3Cl3 + 3N2 (10) (I) (M) (1,3,5-triclobenzen) Ví dụ 2: Hãy viết sơ đồ phản ứng hóa học xảy để điều chế: a) 1,3,5-tribrombenzen từ axetilen hóa chất cần thiết khác b) Axit m-toluic từ benzen hóa chất cần thiết khác * Nhận xét: Để giải loại toán đòi hỏi học sinh cần nắm vững phản ứng làm thay đổi nhóm chức, bên cạnh cần phải hiểu sâu có tính vận dụng nhanh quy tắc vào vòng benzen Ngồi phải có tính tư 0 0 0 13 q trình bảo vệ nhóm chức trình điều chế hợp chất hữu nói chung a) Sơ đồ điều chế 1,3,5-tribrombenzen từ axetilen sau: Các phản ứng hóa học xảy ra: 600 C C2 H ��� � C6 H C , xt H SO4 C6 H  HNO3 ��� � C6 H NO2  H 2O t0 Fe / HCl C6 H NO2  H ���� C6 H NH  2H 2O t0 C6 H NH  3Br2 �� � C6 H Br3 NH �3HBr 0 5 C6 H Br3 NH  NaNO2  HCl ��� � C6 H Br3 N 2Cl  NaCl  2H 2O t C6 H Br3 N 2Cl  C2 H 5OH �� � C6 H Br3  N �C2 H 5OCl b) Sơ đồ điều chế m-toluic từ benzen sau: Các phản ứng hóa học xảy ra: AlCl3 C6 H  CH 3Cl ��� � C6 H 5CH  HCl t0 H SO4 C6 H 5CH  HNO3 ��� � C6 H (CH )( NO2 )  H 2O t0 Fe / HCl C6 H (CH )( NO2 )  H ���� C6 H (CH )( NH )  H 2O t0 C6 H (CH )( NH )  CH 3COCl �� � C6 H (CH )( NHCOCH )  HCl Fe C6 H (CH )( NHCOCH )  Br2 �� � C6 H (CH )( NHCOCH ) Br  HBr t0 C6 H (CH )( NHCOCH ) Br  H 2O �� � C6 H (CH )( NH ) Br  CH 3COOH 0 5 C6 H (CH )( NH ) Br  NaNO2  HCl ��� � C6 H (CH )( N 2Cl ) Br  NaCl  H 2O t C6 H (CH )( N 2Cl ) Br  C2 H 5OH �� � C6 H (CH ) Br  N �C2 H 5OCl ete C6 H (CH ) Br  Mg �� � C6 H (CH )( MgBr ) t0 ete C6 H (CH )( MgBr )  CO2  H 2O �� � C6 H (CH )(COOH )  MgBrOH t0 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 14 Qua trình thực nâng cao việc áp dụng đề tài em học sinh (đặc biệt em học sinh đội tuyển thi học sinh giỏi) đồng nghiệp trường đề tài góp phần nâng cao đáng kể chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học trường, dự thi Tỉnh năm học từ 2014 – 2018 dự thi vào trường Đại học Cao đẳng Đề tài giúp em có hệ thống kiến thức vững hợp chất hữu cơ, tích cực tự tin hoạt động tìm kiếm hướng giải cho tập, kể tập phức tạp Từ chỗ phức tạp, hay gặp lúng túng khơng có hướng giải quyết, với cách nhìn nhận tiếp thu phương pháp trung bình hay biện luận, suy luận Đề tài giúp em giải hầu hết tốn khó, cách giải nhanh gọn, dễ hiểu có tính thơng minh sử dụng phương pháp số liên kết pi (π) bảo toàn k (số liên kết pi số vòng hợp chất hữu cơ) hai vế phản ứng (thủy phân este phản ứng este hóa hợp chất este nói riêng hợp chất có chứa nhóm chức COO nói chung, ) Số liệu kết thực đề tài: Số lượng Khuyến TT Năm học Nhất Nhì Ba giải khích 2014-2015 2 2015-2016 2016-2017 2017-2018 0 Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận Với việc tính k hợp chất hữu dựa vào làm sở suy công thức phân tử, công thức cấu tạo; phân loại tập hóa học xây dựng hướng giải hợp lý yêu cầu quan trọng giáo viên, để kích thích học sinh học tập cách say mê hứng thú, đồng thời vận dụng hiểu biết vào sống Muốn làm điều này, đòi hỏi người giáo viên phải có trình độ chun mơn vững vàng, có hiểu biết sâu sắc bao quát hết tồn nội dung chương trình hóa học tồn cấp học (mảng hóa học hữu cơ) Những kinh nghiệm nêu đề tài nhằm mục đích bồi dưỡng phát triển kiến thức kỹ cho học sinh vừa bền vững, vừa sâu sắc, phát huy tối đa tham gia tích cực người học Học sinh có khả tự tìm kiến thức, tự tham gia hoạt động để vừa làm vững kiến thức, vừa rèn luyện kỹ Đề tài có tác động lớn đến việc phát triển tiềm lực trí tuệ nâng cao lực tư độc lập khả tìm tòi sáng tạo cho học sinh giỏi Tuy nhiên cần biết vận dụng kỹ cách hợp lí biết kết hợp kiến thức hóa học, tốn học cho tập, nội dung cụ thể đạt kết cao 3.2 Kiến nghị Những sáng kiến kinh nghiệm có tính thực tiễn cao, nên tập trung giáo viên (cốt cán) để phổ biến, học tập, tiếp thu, chương trình bồi dưỡng, nhằm nâng cao lực nghiệp vụ Đó yêu 15 cầu dạy học, việc học để cập nhật thông tin tri thức việc làm suốt đời người giáo viên Trong viết đề tài chắn chưa thấy hết ưu điểm tồn tiến trình áp dụng, tơi mong muốn lắng nghe góp ý đồng nghiệp để đề tài ngày hồn thiện sâu Tơi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 17 tháng năm 2018 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Lê Đắc Lợi 16 ... tài em học sinh (đặc biệt em học sinh đội tuyển thi học sinh giỏi) đồng nghiệp trường đề tài góp phần nâng cao đáng kể chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học trường, dự thi Tỉnh năm học. .. tự học cho học sinh Do đó, khơng tạo hứng thú học tập phát triển tư cho em Vì vậy, với cách truyền thụ vận dụng giải pháp tính k cho hợp chất CxHyOzNt nói riêng, hợp chất hữu nói chung em học sinh. .. 2.3.4 Một số dạng tập hợp chất C xHyOzNt có mặt sơ đồ biến hóa tốn hóa học khó Để giải loại tốn sơ đồ biến hóa hóa học đòi hỏi người học sinh cần phải nắm tính chất hóa học hợp chất hữu cơ, mà cần