SKKN một số dạng bài tập hữu cơ bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học lớp 11 ở trường THPT bình sơn

Lời giới thiệu Chúng ta đang bước vào giai đoạn quyết định của thời kì công nghiệp hoá – hiện đạihoá, cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học - kỹ thuật, sự bùng nổ của công nghệc

SỞ GIÁO DỤC-ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT BÌNH SƠN

- -BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU , ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

Tên sáng kiến : “Một số dạng bài tập hữu cơ bồi dưỡng học sinh giỏi

hóa học lớp 11 ở trường THPT Bình Sơn”.

Tác giả sáng kiến : ĐỖ THỊ THÚY

Mã sáng kiến: 19.55.03

Vĩnh Phúc năm 2021

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

1 Lời giới thiệu

Chúng ta đang bước vào giai đoạn quyết định của thời kì công nghiệp hoá – hiện đạihoá, cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học - kỹ thuật, sự bùng nổ của công nghệcao, trong xu thế toàn cầu hóa, việc chuẩn bị và đầu tư vào con người nhằm tạo ra nhữngcon người có đủ năng lực trình độ để nắm bắt khoa học kỹ thuật, đủ bản lĩnh để làm chủvận mệnh đất nước là vấn đề sống còn của quốc gia “Nâng cao dân trí - Đào tạo nhân lực

- Bồi dưỡng nhân tài” luôn là nhiệm vụ trung tâm của giáo dục - đào tạo Trong đó việcphát hiện và bồi dưỡng những học sinh có năng khiếu về các môn học ở bậc học phổthông chính là bước khởi đầu quan trọng để góp phần đào tạo các em thành những người

đi đầu trong các lĩnh vực của khoa học và đời sống Vì lẽ đó nên công tác bồi dưỡng họcsinh giỏi là nhiệm vụ tất yếu của mỗi nhà trường, mỗi giáo viên

Việc phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa nằm trong nhiệm vụ phát hiện, bồidưỡng nhân tài chung của giáo dục phổ thông và là nhiệm vụ quan trọng, thường xuyêncủa mỗi giáo viên dạy Hóa học Có làm tốt điều đó mới có thể đáp ứng được yêu cầu vềchất lượng của các trường chuyên ngày càng được nâng cao hơn, tiếp cận được vớichương trình dạy học quốc tế tốt hơn Và việc sử dụng bài tập Hoá học là một trong cácphương pháp dạy học quan trọng nhất để nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Đối vớihọc sinh giải bài tập là một phương pháp học tập tích cực Chính vì vậy giáo viên cần tựbiên soạn tài liệu dùng để dạy chuyên cho học sinh

Với nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh trong đội tuyển Hoá học 11, tôi nhận thấy học sinhcòn lúng túng khi giải một số bài tập hữu cơ trong đó các các bài tập ở phần hidrocacbon.Trong khi đó, bài tập về hidrocacbon hầu như có trong các đề thi học sinh giỏi, đề thi

THPT Quốc Gia Vì vậy, tôi đã chọn đề tài “Một số dạng bài tập hữu cơ bồi dưỡng học

sinh giỏi hóa học lớp 11 ở trường THPT Bình Sơn”.

2 Tên sáng kiến:

“Một số dạng bài tập hữu cơ bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học lớp 11 ở trường THPT Bình

Trong dạy học hóa học, bài tập hóa học là nguồn quan trọng để học sinh thu nhận kiến

nâng cao năng lực nhận thức Đa số học sinh chuyên hoá hiện nay gặp rất nhiều khó khăntrong việc phân loại và tìm ra phương pháp giải phù nhất là đối với những bài toán nângcao vì vậy học sinh cần nắm được bản chất hóa học và giải nhiều bài tập để có thể tự rútkinh nghiệm cho bản thân.

Tác dụng của bài tập hoá học

- Phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh

- Giúp học sinh hiểu rõ và khắc sâu kiến thức

- Hệ thống hoá các kiến thức, cung cấp thêm kiến thức mới, mở rộng hiểu biết của học sinh về các vấn đề thực tiễn đời sống và sản xuất hoá học

- Rèn luyện được một số kỹ năng:các tính toán đại số, phán đoán, độ nhạy cảm bài toán,

- Rèn cho học sinh tính kiên trì, chịu khó, cẩn thận, chính xác khoa học,

Điều kiện để học sinh giải bài tập được tốt

- Nắm chắc lý thuyết: các định luật, quy tắc, các quá trình hoá học, tính chất lý hoáhọc của các chất,

- Nắm được các dạng bài tập cơ bản Nhanh chóng xác định bài tập cần giải thuộcdạng bài tập nào

- Nắm được một số phương pháp thích hợp với từng dạng bài tập

Một số phương pháp giải toán hóa học hữu cơ ở THPT

- Phương pháp bảo toàn:

+ Bảo toàn khối lượng

+ Bảo toàn nguyên tố

+ Bảo toàn số mol liên kết pi

- Phương pháp đại số

- Phương pháp trung bình

- Phương pháp ghép ẩn số.

- Phương pháp tăng giảm khối lượng

- Phương pháp đường chéo

- Phương pháp biện luận

Ý nghĩa tác dụng của việc sử dụng bài tập hóa học

Việc dạy học không thể thiếu bài tập Sử dụng bài tập để luyện tập là một biện pháphết sức quan trọng để nâng cao chất lượng dạy học

Bài tập hóa học có ý nghĩa tác dụng to lớn về nhiều mặt :

 Ý nghĩa trí dục:

+ Làm chính xác hóa khái niệm hóa học, củng cố đào sâu và mở rộng kiến thứcmột cách sinh động, phong phú, hấp dẫn

+ Ôn tập hệ thống hóa kiến thức một cách tích cực nhất

+ Rèn luyện các kỹ năng hóa học như: cân bằng, tính toán theo phương

Trong những năm gần đây, việc dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi gặp không ít khó khăn

Đa số học sinh chẳng mặn mà gì việc thi vào các đội tuyển bởi một suy nghĩ đơn giảnrằng: mình bỏ ra một quỹ thời gian không ít mà thành tích đạt chưa cao Còn như với quỹthời gian đó nếu dành cho việc học chính khóa để được học sinh giỏi hay học thi đạihọc, thì hiệu quả hơn nhiều Ngoài ra, còn một số nguyên nhân khác như:

- Mục tiêu của phụ huynh và học sinh chuyên là đỗ đại học có danh tiếng trong nướchoặc đầu tư vào việc đi du học.

- Tâm lý phụ huynh không muốn con em mình bị áp lực trong việc học thi vào độituyển

- Đầu tư nhiều thời gian cho một môn chuyên

- Nguồn tài liệu tham khảo để bồi dưỡng học sinh còn thiếu

- Thời gian bồi dưỡng đội tuyển ít

Xuất phát từ các cơ sở lí luận và thực tiễn trên, tôi nhận thấy rằng việc xây dựng hệthống bài tập cho học sinh sẽ gây hứng thú học tập từ đó nâng cao được chất lượng bồidưỡng cho học sinh Các nội dung ôn thi học sinh giỏi là rất nhiều ở đây tôi chỉ nêu mộtphần nhỏ là dạng bài tập về hidrocacbon

C.

NỘI DUNG

C.1 LÍ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO

I TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA HIĐROCACBON

CH +2Cl →CH Cl +2HCl

metylen clorua (diclometan)

as 1:3

CH +3Cl →CHCl +3HCl

clorofom (triclometan)

ax 1:3

CH +4Cl →CCl +4HCl

cacbon tetraclorua (tetraclometan)

Cơ chế: Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc - dây truyền

+ Bước khơi mào:

Chú ý: Các phản ứng clo hóa và brom hóa đồng đẳng của metan thường sinh ra hỗn hợp các dẫn xuất monohalogen

Ví dụ:

Tỉ lệ % các sản phẩm đó phụ thuộc vào số lượng n, nguyên tử H cùng một loại và khả năng phản ứng ; của nguyên tử H đó Giữa tỉ lệ % sản phẩm thế với n, và r, có mối quan

a) Tính tỉ lệ các sản phẩm monoclo hóa (tại nhiệt độ phòng) và Inoi1obrom lóa (tại

1270C) isobutan Biết tỉ lệ khả năng phản ứng tương đối của nguyên tử H trên cacbon bậcnhất, bậc hai và bậc ba trong phản ứng clo hóa là 1,0 : 3,8:5,0 và trong phản ứng brom hóa là 1: 82 : 1600

b) Dựa vào kết quả tính được ở câu (a), cho nhận xét về các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng các sản phẩm của phản ứng halogen hóa ankan

Giải

a) Tỉ lệ sản phẩm:

b) Hàm lượng sản phẩm halogen hóa phụ thuộc ba yếu tố:

- Khả năng tham gia phản ứng thể của ankan: Phản ứng halogen hóa ưu tiên thể hidro trênnguyên tử cacbon bậc cao hơn

Khả năng phản ứng của halogen: Brom tham gia phản ứng yêu hơn so với clo, nhưng có khả năng chọn lọc vị trí thế cao hơn so với clo

- Số nguyên tử hidro trên cacbon cũng bậc: Khi số hidro trên các nguyên tử cacbon càng nhiều thì hàm lượng sản phẩm càng lớn

a.2) Phản ứng nitro hóa và sunfo hóa

Phản ứng này cũng xảy ra theo cơ chế gốc, cho ta hợp chất nitro và clorua của axit

ankansunfonic,

ankan nitroankan

b) Xicloankan: Tham gia phản ứng thể tương tự ankan

c) Anken: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, ánh sáng hoặc peoxit thì clo, brom có thể thể nguyên tử H ở vị trí β so với liên kết C = C Ví dụ:

e) Ankin: Axetilen và các ank-1-in có phản ứng thế H ở cacbon nối ba bằng Ag

Với ankylbenzen thì ưu tiên thế vào vị trí ortho hoặc para.

• Nitro hóa:

• Ankyl hóa: Phương pháp đơn giản để điều chế ankylbenzen là cho benzen tácdụng với ankyl halogenua có mặt xúc tác AlCl3 Phương pháp này gọi là ankyl hóa theo Friden-Crap

•Quy tắc thế trên vòng benzen:

Khi trên vòng benzen đã có sẵn nhóm ankyl (hay các nhóm -OH, - NH2, - OCH3, ), phảnứng thế vào vòng benzen sẽ dễ dàng hơn và ưu tiên thể vào vị trí ortho hoặc para Ngược lại, nếu ở vòng benzen đã có sẵn nhóm –NO2 (hoặc các nhóm –COOH,

- COOR, ), phản ứng thể vào vòng sẽ khó hơn và ưu tiên thể vào vị trí meta Riêng nhóm halgenua (F-, CI-, Br-,I-) làm cho khả năng phản ứng thế của vòng kém hơn so với benzen nhưng lại định hưởng cho nhóm thể mới vào vị trí ortho hoặc para

CnH2n + H2 → CnH2n+2

anken ankan

• Cộng halogen X Cl , Br2( 2 2)

4 CCl

âm của tác nhân (X-) gắn vào cacbon của nội dối mang điện dương (cacbon có bậc cao hơn) Để hiểu rõ quy tắc Maccopnhicop ta khảo sát cơ chế của phản ứng trên cộng

Khả năng phản ứng cộng HX vào anken: HI> HBr > HCl > HF

Chú ý:

- Trong trường hợp cộng HBr vào anken, nếu có mặt peoxit thì phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc và sinh ra sản phẩm trái với qui tắc Mascopchicop Ví dụ:

Ví dụ:

+ Đien phải ở cấu dạng s-cis, dạng s-trans không phản ứng Ví dụ:

+ Các nhóm thể ở vị trí cis đầu mạch đien gây cản trở không gian ⇒ khó phản ứng+ Đien cố nhóm thể đẩy electron (không gây cản trở không gian) ⇒ tăng khả năng phản ứng

+ Điệnophin có nhóm thể hút electron⇒ tăng khả năng phản ứng.

Nhận xét:

- Nói chung ankin làm mất màu nước brom chậm hơn anken

- Khối lượng của bình đựng dung dịch brom tăng lên là khối lượng của ankin

hấp thụ

•Công HX (X = Cl, Br, I)

- Phản ứng xảy ra qua hai 2 giai đoạn và giai đoạn sau khó hơn giai đoạn trước

0 2

CH CH HCl≡ + →CH =CHCl→CH −CHCl

axetilen vinyl clorua 1,1-dicloetan

- Phản ứng cộng vào đồng đẳng axetilen tuân theo quy tắc Maccepnhicop:

CH − ≡C CH+ →CH −CCl CH= + →HCl→CH −CCl −CH

• Cộng nước (hidrat hóa)

- Axetilen + H2O→Andehit axetic

0 4 2

2 2

2 2

(1,2,3,4,5,6 - hexaclo xiclohexan)

•Cộng H2:

0 Ni,t

.pnCH =CH CH CH− = →→CH −CH CH CH= − −J

polibutađien (thành phần chính của cao su buna)

.p

n t

• Khi có chất xúc tác, nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi Ví dụ:

0 Cu,200atm 300 C

• Oxi hóa giữ nguyên mạch cacbon

- Oxi hóa thành glicol

Dung dịch KMnO4 lạnh oxi hóa anken thành điol với hai nhóm hiđroxi ở hai nguyên tử Ccạnh nhau nên được gọi là vininal điol hoặc glicol có cấu hình cis:

Ví dụ:

- Oxi hóa thành anken oxit

Etilen oxit và propilen oxit được điều chế trong công nghiệp bằng cách oxi hóa anken tương ứng bởi oxi hóa không khí với xúc tác Ag ở 250 – 3000C

+ Phản ứng với dung dịchKMnO4 hay K2Cr2O7 trong môi trường H2SO4

Nhóm RCH= bị oxi hóa thành axit cacboxylic R-COOH, nhóm H2C= bị oxi = hóa thành

CO2 và H2O, nhóm R2C= bị oxi hóa thành xeton R2C = O Nếu dùng dung dịch KMnO4

trong H2SO4 nóng thì cả xeton cũng bị oxi hóa thành axi

Phản ứng oxi hóa bởi dung dịch KMnO4: Tương tự anken, ankin dễ bị oxi hó bởi KMnO4

sinh ra các sản phẩm như CO2, HOOC -COOH,

3C H 8KMnO 3KOOC COOK 8MnO 2KOH 2H O

C H 2KMnO 3H SO 2CO 2MnSO K SO 4H O

- Khác với eilen và axetilen, benzen không phản ứng với dung dịch KMnO4.

- Toluen và các đồng đẳng khi đun nóng với dung dịch KMnO4 (hoặc K2Cr2O7 sẽ bị oxi hóa ở mạch nhánh (nhóm ankyl) tạo ra muôi và axit hữu cơ Phản ứn này dùng để nhận biết toluen:

0

t

C H CH +2KMnO →C H COOK 2MnO+ ↓ +KOH H O+

Nhận xét: Nếu nhóm ankyl ở vòng benzen dài hơn nhóm –CH3 thì phản ứng oxi hóa mạchnhánh vẫn ưu tiên xảy ra ở vị trí a đối với vòng

Phản ứng trên dùng để nhận biết stiren

II ĐIỀU CHẾ HIĐROCACBON

2RCOONa 2H O+ → − +R R 2CO ↑ +2NaOH H+ ↑

c) Phương pháp giảm mạch cacbon

• Phương pháp Dumas:

0 CaO,t

2 3RCOONa NaOH+ →RH Na CO+

Ví dụ:

0 0

C H +  → →C H +C − H − +2 (m 2, n m)≥ >

d) Phương pháp giữ nguyên mạch cacbon

• Hiđro hóa anken, ankin, ankađien tương ứng:

H Pd/PdCO

Phương pháp hiện đại để tổng hợp 1,3-dien là dựa trên phản ứng ghép của hợp chất vinyl

cơ kim dưới tác dụng xúc tác của phức chất các kim loại chuyển tiếp như Pd, Ni Ví dụ:

1000 C C

Nhận xét: Ở những nơi công nghiệp dầu khí chưa phát triển người ta thường điều chế

C2H2 theo phương pháp trên

• Từ C và H2 2C H+ 2hoquangdie n →C H2 2

• Từ muối axetilenua:

CAg CAg 2HCl CH CH 2AgCl

CCu CCu 2HCl CH CH 2CuCl

b) Điều chế đồng đẳng của axetin

• Để hiđro hóa ankan tương ứng

2

R −CHX CHX R− − +2KOH→R − = −C C R +2KX 2H O+

• Đi từ dẫn xuất chứa Ag của ankin và dẫn xuất chứa halogen của ankan:

- Phương pháp tăng mạch cacbon:

AgC C R R C1= − + ′ →R′− = − +C C R AgCl↓

- Phản ứng tương tự đối với dẫn xuất chửa Cu của ankin

• Ankin hóa ankinda

CH = CH ( ) ( )

4 9 2

c) Đềhiđro hóa xicloankan hoặc metylxicloankan

C H +C H +1Cl→C H C H + +HCl

g) Cộng H vào mạch nhánh không no

0 Ni,t

C H CH CH= +H →C H CH CH

h) Từ benzen và etilen để điều chế etylbenzen

0 xt,t

C H +CH =CH →C HCH CH

C.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

DẠNG 1: HOÀN THÀNH SƠ ĐỒ CHUYÊN HÓA

Phương pháp: Nắm vững tính chất hoá học, cơ chế phản ứng và phương pháp điều chế của các hiđrocacbon

Ví dụ 1: Cho biết sản phẩm tạo thành trong các phản ứng sau, nêu cơ chế phản ứng:

a)

0

500 C 1:1

CH =CH +Br →CH Br CH Br−

c) R

h S

2H

6H

6Cl6C

4H

4 C4H6 C4H10O4

Các chất A, A1, A2, A3, A4, A5 là các hiđrocacbon khác nhau Xác định các chất trong sơ

đồ Hoàn thành các phản ứng hóa học, ghi rõ điều kiện nếu có

DẠNG 2: ĐIỀU CHẾ CÁC HIĐROCACBON

Phương pháp: Nắm vững tính chất hoá học và các phương pháp điều chế hidrocacbon

Ví dụ 1: Từ CH4, các chất vô cơ và điều kiện cần thiết khác Hãy viết các phương trình hoá học điều chế :

a) Butan b) 2,3 - đimetylbutan c) Pent-2-in

d) But-2-en e) But-1-en g) Buta-1,3-dien

h) isopren i) But-1-in

2 2 4 2 0

Cu Cl / NH Cl,H O,5 C

22CH CH≡ →CH =CH C CH− ≡

Hiện tượn

g Phương trình hóa học minh hoạ

mất màu

Anken

ankađien

ankin

dung dịch2Br

mất màu

mất màu

3C H +2KMnO +4H O→3C H (OH) +2MnO +2KOH

3CH =CH CH CH× = +4KMnO +RH O→ 3CH OH[CHOH] CH OH 4MnO2 2 2 + 2+4KOH

3C H +8KMnO → 3KOOC COOK 8MnO− + 2+2KOH 2H O+ 2

KmnO4

Mất màu khi đun nóng

0 t

C H CH +2KMnO →

C H COOK 2MnO6 5 + 2 ↓ +KOH H O+ 2

C H CH CH= +Br →C H CHBr CH Br−

Ví dụ 1: Trình bày phương pháp hoá học để phân biệt các khí riêng biệt đựng trong các lọ

mất nhãn sau:

a) Etan, etilen, axetilen b) Xiclopropan, propan

c) But-2-in, but-1-in d) But-2-en, but-1-en

Còn lại là etan không hiện tượng gì

b) Dùng dung dịch brom làm thuốc thử Nhận ra xiclopropan vì làm mất mà dung dịch brom

Còn lại là propan

c) Dùng dung dịch AgNO3/NH3 làm thuốc thử nhận ra khi but-1-in vì có kết tủa màu vàngxuất hiện.

C H2 5− ≡C CH+Ag NH( 3)2OH→C H C CAg2 5 ≡ ↓ +2NH3+H O2

Khí còn lại là but-2-in không hiện tượng gì

d) Dùng dung dịch KMnO4 trong môi trường H2SO4 loãng làm thuốc thử Nếu có sủi bọt khí thoát ra là but-1-en

Ví dụ 2: Chỉ dùng một thuốc thử hãy phân biệt các chất lỏng riêng biệt đựng trong các lọ

mất nhãn sau: benzen, toluen, stiren

Giải

Dùng dung dịch KMnO4 làm thuốc thử Nhận ra:

• Siren: làm mất màu dung dịch KMnO4 ngay ở nhiệt độ thường

3C H CH CH= +2KMnO +4H O→

3C H CHOH CH OH 2MnO6 5 − 2 + 2+2KOH

• Toluen: làm mất màu dung dịch KMnO4 khi đun nóng

0 t

C H CH +2KMnO →

C H COOK 2MnO6 5 + 2+KOH H O+ 2

Ví dụ 3: Trình bày phương pháp hoá học để tinh chế CH4 tinh khiết từ hỗn hợp khí gồm:

CH , C H , C H và SO Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra (nếu có).Giải

Dẫn toàn bộ hỗn hợp khí qua hệ thống bình mắc nối tiếp

• Bình 1: Đựng nước vôi trong dư, SO2 bị hấp thụ hết

Ví dụ: (CH3)4C, CH CH ,CH , 3 3 4

Ví dụ 1: Khả năng phản ứng tương đối của các hiđro bậc I, II, III đổi với phản ứng clo

hóa là 1:3,8 : 5 tương ứng

a) Tính lượng tương đối của monoclobutan nhận được khi clo hóa butan

b) Tính phần trăm của các sản phẩm khác nhau

c) Tinh phần trăm các sản phẩm clo hóa một lần khi clo hóa 2-metylbutan

Ankan A (chất khí ở điều kiện thường) tác dụng với hơi brom đun nóng, thu được hỗn hợp

X chứa một số dẫn xuất brom, trong đó dẫn xuất chứa nhiều brom nhất có tỉ khối hơi so

với hiđro bằng 101 Xác định công thức phân tử của A và viết công thức cấu tạo các chất

có trong X

Giải:

Đặt công thức phân tử của ankan A là : C Hn 2n+2 (n nguyên dương)

0 t