Phương pháp trung bình được xây dựng dựa trên sự tương đồng về số lượng nguyên tử, cơng thức phân tử, đặc điểm cấu tạo, khối lượng phân tử, cách thức phản ứng,… Nhờ sự tương đồng đĩ mà cĩ thể sử dụng các đại lượng trung bình (số nguyên tử trung bình, gốc hiđrocacbon trung bình, khối lượng mol trung bình, phân tử khối trung bình,…) để giải quyết vần đề một cách nhanh chĩng, gọn gàng và chính xác. Phương pháp trung bình đặc biệt hiệu quả với các bài tốn hữu cơ và bài tốn vơ cơ cĩ các chất thuộc cùng nhĩm, cĩ cùng hố trị.
Điểm mấu chốt của phương pháp là phải xác định đúng trị số trung bình liên quan trực tiếp đến việc giải tốn. Từ đĩ dựa vào dữ kiện đề bài tính được trị số trung bình và suy ra kết luận cần thiết.
Ví dụ 1: Đốt cháy hồn tồn hỗn hợp 2 hidrocacbon liên tiếp trong dãy đồng đẳng thu được 22,4 lít CO2(đktc) và 25,2g H2O. Hai hidrocacbon đĩ là:
A. C2H6 và C3H8. B. C3H8 và C4H10. C. C4H10 và C5H12. D. C5H12 và C6H14.
Giải
Suy luận: nH2O = 25,2 : 18 = 1,4 mol ; nCO2 = 1 mol
nH2O > nCO2 ⇒ 2 chất thuộc dãy ankan. Gọi n là số nguyên tử C trung bình:
_ _ n 2 n +2 C H + _ 3 n 1 2 + O2 → nCO2 + (n + 1)H2O Ta cĩ: n 1 1, 4 n 1= + → n= 2,5 → ⇒chọn A
Ví dụ 2: Hỗn hợp X cĩ tỉ khối so với H2 là 27,8 gồm butan, metylxiclopropan, etylaxetilen, but-2-en và đivinyl. Khi đốt cháy hồn tồn 0,15 mol X, tổng khối lượng CO2 và H2O thu được là
A. 34,50g. B. 37,20g. C. 36,66g. D. 39,9g.
C2H6 C3H8
Giải
Nhận xét: các chất trong X đều cĩ 4 nguyên tử C Gọi cơng thức chung của X là C H4 y
⇒ y = 27,8.2 – 4.12 = 7,6 C4H7,6 +O2→ 4CO2 + 3,8H2O 2 2 (CO +H O) m = 0,15.4.44 + 0,15.3,8.18 = 36,66g ⇒chọn C 1.5.5. Phương pháp sử dụng đồ thị
Trên cơ sở các phản ứng hĩa học, vẽ đồ thị mơ tả mối quan hệ số mol giữa chất phản ứng và chất cần xác định.
Dựa vào đồ thị, xác định đại lượng (mol) mà đề bài yêu cầu.
Ví dụ 1: (Trích câu 5 trang 119. tiết 39- 40 bài 26: kim loại kiềm thổ và hợp chất của kim loại kiềm thổ. SGK ban cơ bản).
Cho 2,8 gam CaO tác dụng với một lượng nước dư thu được đung dịch A. Sục 1,68 lít khí CO2 (đktc) vào dung dịch A
a. Tính khối lượng kết tủa thu được.
b. Khi đun nĩng dung dịch A thì khối lượng kết tủa thu được là bao nhiêu?
Giải 2 2 CaO 2 2 CO Ca 2,8
n 0, 05mol, CaO H O Ca(OH)
56 1, 68 n 0, 05mol, n 0, 075mol 22, 4 + = = + ⇒ ⇒ = = =
Khi sục khí CO2 vào dung dịch nước vơi trong Ca(OH)2 ta cĩ các phương trình phản ứng xãy ra:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O (1) 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 (2)
Khi đun nĩng dung dịch ta cĩ phương trình phản ứng xãy ra: Ca(HCO3)2 →CaCO3 ↓ + CO2 + H2O (3) Áp dụng phương phấp đồ thị ta cĩ:
a. Khối lượng kết tủa thu được là:
Dựa vào đồ thị ta cĩ : nCaCO3 =0, 025 mol ⇒
3
CaCO
m =0, 025.100= 2,5 gam
b. Nếu khi đun nĩng thì xãy ra phương trình (3). Từ (1) ta cĩ: nCO2 =nCaCO3 =0, 025 mol Từ(2) ⇒ 2 ( pt 2 ) 2 2 ( pt1) 3 2 2 CO CO CO Ca (HCO ) CO n n n 0, 075 0, 025 0, 05 mol, 1 n n 0, 025 mol 2 = − = − = = = Từ(3) : 3 3 2 3
CaCO Ca (HCO ) CaCO
n =n =0, 025 mol=>m =100.0, 025=2,5 gam
Như vậy khi đun nĩng khối lượng kết tủa thu được tối đa là: m = 2,5 + 2,5 = 5 gam.
Ví dụ 2: (Trích đề thi tuyển sinh ĐH- CĐ - KB - 2007). Cho 200ml dung dịch AlCl3 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M, lượng kết tủa thu được là 15,6 gam, giá trị lớn nhất của V lít là
A. 1,2. B. 1,8. C. 2,0. D. 2,4. Giải: Áp dụng phương pháp đồ thị ta cĩ: 3 3 AlCl Al n =n + =0, 2.1,5=0,3mol, 3 Al(OH) 15, 6 n 0, 2mol 78 = = 3 CaCO n 2 CO n 0,05 0,025 0,1 0,075 0,05 0.025
NaOH NaOH 0, 6 n 0, 6mol V 1, 2lit 0,5 1 n 1mol V 2lit 0,5 = → = = ⇒ = → = = ⇒giá trị lớn nhất là 2 lít ⇒C đúng.
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ SAI LẦM HỌC SINH HAY MẮC PHẢI KHI GIẢI BÀI TẬP HĨA HỮU CƠ TRUNG HỌC PHỔ THƠNG
2.1. Phát hiện một số sai lầm HS hay mắc phải khi giải bài tập hĩa hữu cơ 2.1.1. Khái niệm sai lầm
Sai lầm là trái với yêu cầu khách quan hoặc với lẽ phải, dẫn đến hậu quả khơng hay, một việc làm sai lầm, một nhận định sai lầm.
Theo Đại Từ điển Tiếng Việt, trang 1425: Sai lầm là “trái với lẽ phải”
Hĩa học là một mơn khoa học, nĩ địi hỏi sự chính xác và đúng bản chất. Việc hiểu sai bản chất của một quá trình phản ứng sẽ khiến ta giải sai một bài tốn hĩa học.
2.1.2. Phương pháp phát hiện
• Tăng cường kiểm tra bằng hình thức vấn đáp, trắc nghiệm hoặc tự luận về các nội dung kiến thức hĩa học cĩ liên quan đến các dạng bài tập.
Việc kiểm tra đánh giá nhằm mục đích phát hiện, củng cố, đào sâu và làm chính xác thêm kiến thức, đồng thời cĩ liên hệ chặt chẽ và phục vụ trực tiếp cho việc học bài mới. Trước hết điều đĩ liên quan tới nhiều HS được kiểm tra, bởi khi chuẩn bị và trả lời, HS phải sắp xếp hệ thống kiến thức của mình và làm cho chúng chính xác thêm. Sự nhắc lại kiến thức cũ, chỉnh lí những kiến thức chưa chính xác của HS cĩ tác dụng hồn thiện kiến thức khơng phải chỉ cho HS đang trả lời những câu của GV mà cịn cho tất cả HS trong lớp.
• Cho HS giải nhiều BT, nhất là các BT cĩ chứa các “bẫy” sai lầm. Luơn phân tích bài làm của HS từ đĩ thống kê các lỗi thường gặp và cĩ kế hoạch khắc phục.
Ví dụ như:
- Để kiểm tra khả năng mắc sai lầm của HS do khơng chú ý sự chuyển hĩa từ fructozơ thành glucozơ trong mơi trường kiềm GV cĩ thể kiểm tra HS bằng bài tập sau: “Chỉ dùng một thuốc thử, phân biệt 2 dung dịch glucozơ và fructozơ”
- Để kiểm tra khả năng mắc sai lầm của HS do khơng chú ý: chỉ cĩ các α-amino axit mới tạo liên kết peptit thì GV cĩ thể kiểm tra HS bằng bài tập sau:
Số đipeptit tối đa cĩ thể được tạo ra từ 3 amino axit: H2N-CH2-COOH; H2N-CH2-CH2-COOH và CH3-CH(NH2)-COOH là
A. 2 B. 4 C. 6 D. 9
• Yêu cầu HS phân tích đề bài và nêu phương hướng giải quyết vấn đề, tĩm tắt các bước suy luận, giải BT.
Ví dụ đối với câu hỏi: Phenol cĩ làm quỳ tím hĩa đỏ khơng?
Nếu HS phân tích đề và đưa ra phương hướng suy luận: phenol cĩ tính axit (cịn gọi là axit phenic) nên cĩ thể làm quỳ tím hĩa đỏ.
⇒Với phương hướng suy luận đĩ thì GV cĩ thể đánh giá HS khơng nắm bắt được tính axit rất yếu của phenol, dd phenol cĩ 6 < pH < 7 nên khơng làm quỳ tím hĩa đỏ.
• Tổ chức cho HS tự phát hiện cái sai trong bài giải của mình và nhận xét phát hiện sai lầm trong bài giải của bạn thơng qua các dấu hiệu cơ bản.
Chẳng hạn như đối với bài “Chỉ dùng một thuốc thử, phân biệt 2 dung dịch glucozơ và fructozơ”. GV cĩ thể tổ chức một số cách như sau:
- Cho HS A trình bày bài giải của mình lên bảng (dùng phản ứng tráng gương hay tạo kết tủa Cu2O đỏ gạch). Yêu cầu các học sinh khác nhận xét (cĩ giải thích) bài làm của HS A, qua đĩ, HS A sẽ nhận ra cái sai của mình.
- Cho HS B trình bày bài giải của mình lên bảng (dùng phản ứng với dd brom) và bảo vệ quan điểm của mình, yêu cầu các HS khác nhận xét (cĩ giải thích) bài làm của HS B, qua sự nhận xét đĩ thì những HS nào dùng phản ứng tráng gương hay tạo kết tủa đỏ gạch sẽ nhận ra cái sai của mình.
- Cho HS A trình bày bài giải của mình lên bảng (dùng phản ứng tráng gương hay tạo kết tủa Cu2O đỏ gạch), GV yêu cầu HS A xem lại sự chuyển hĩa qua lại giữa glucozơ và fructozơ trong mơi trường kiềm, từ đĩ HS A nhận ra cái sai của mình.
2.1.3. Một số ví dụ về các sai lầm của HS khi giải bài tập hĩa hữu cơ
Chưa nắm vững các phương pháp giải BTHH và lựa chọn phương pháp giải bài tập khơng phù hợp
Trong quá trình giải BTHH, một trong những vướng mắc cơ bản và phổ biến là khơng lựa chọn được phương pháp giải phù hợp cho bài tốn.
Đối với mỗi phương pháp giải bài tập cĩ thể vận dụng thích hợp cho một số dạng bài tập cụ thể. Một BTHH cĩ nhiều cách giải và mỗi bài tập cĩ thể chọn ra một phương pháp giải tối ưu, nhưng cũng cĩ những bài tập cần phối hợp nhiều phương pháp mới giải quyết được.
Khi giải bài tập nếu khơng lựa chọn được phương pháp giải cho phù hợp thì thường rơi vào các vướng mắc như: Khơng giải được BT, quá trình giải rất dài cĩ nhiều quá trình biến đổi trong quá trình giải rất dễ nhầm lẫn...Sau đây chúng tơi xin phân tích một số bài tập mà HS cĩ thể gặp vướng mắc khi khơng lựa chọn được phương pháp giải phù hợp.
Ví dụ 1: Đốt cháy hồn tồn hỗn hợp M gồm một ankan X và một ankin Y, thu được số mol CO2 bằng số mol H2O. Thành phần phần trăm số mol của X, Y trong hỗn hợp M lần lượt là
A. 35% và 65%. B. 75% và 25%. C. 20% và 80%. D. 50% và 50%. Nhận xét: với bài tốn này, HS thường đặt cơng thức chung của ankan và ankin với số mol tương ứng, sau đĩ viết phản ứng cháy rồi giải như sau:
Gọi CTTQ của X là CnH2n+2 và của Y là CmH2m-2 CnH2n+2 +O2→ nCO2 + (n + 1)H2O a an a(n + 1) CmH2m-2 +O2→ mCO2 + (m – 1)H2O b bm b(m – 1) Theo đề: an + bm = a(n + 1) + b(m – 1) ⇒a = b
⇒% theo số mol của mỗi chất là 50% ⇒ chọn D
Tuy nhiên, nếu HS biết phân tích bài tốn thì sẽ giải nhanh gọn hơn rất nhiều mà khơng cần tính tốn: nhớ rằng: khi đốt cháy ankan thì nCO2 < nH2O, cịn khi đốt
cháy ankin thì nCO2 > nH2O. Mà theo đề thì nCO2 = nH2O, vậy cĩ thể kết luận số mol ankan phải bằng số mol ankin⇒% theo số mol của mỗi chất là 50% ⇒ chọn D.
Ví dụ 2: Đun nĩng hỗn hợp khí X gồm 0,02 mol C2H2 và 0,03 mol H2 trong một bình kín (xúc tác Ni), thu được hỗn hợp khí Y. Cho Y lội từ từ vào bình nước brom (dư), sau khi kết thúc các phản ứng, khối lượng bình tăng m gam và cĩ 280 ml hỗn hợp khí Z (đktc) thốt ra. Tỉ khối của Z so với H2 là 10,08. Giá trị của m là
A. 0,328. B. 0,205. C. 0,585. D. 0,620.
Nhận xét:Đây là một dạng tốn cơ bản rất hay gặp trong các đề thi đại học, thơng thường, HS thường tính số mol và đưa vào các phương trình phản ứng, nhưng, trường hợp này, số mol khí lại khơng được chẵn nên việc tính tốn như vậy sẽ rất cồng kềnh mặc dù vẫn cĩ thể ra được kết quả cuối cùng.
Tuy nhiên, nếu tinh ý, HS cĩ thể áp dụng định luật bảo tồn khối lượng thì sẽ cho ra kết quả rất nhanh chĩng và chính xác. Cách giải như sau: Ta cĩ sơ đồ tĩm tắt bài tốn: C2H2: 0,02 H2: 0,03 Ni, t0 C2H6 C2H4 C2H2 H2 dd Br2 C2H6 H2 X Y Z MZ = 10,08.2 = 20,16 ⇒ mz = 280:1000:22,4.20,16 = 0,252g
Ta thấy, khối lượng bình Br2 tăng chính là khối lượng của C2H2 và C2H4
⇒khối lượng bình Br2 = mY – mZ
Mà: mX = mY (BTKL) ⇒mY = 26.0,02 + 2.0,03 = 0,58g
⇒m = 0,58 – 0,252 = 0,328g
⇒chọn A
Ví dụ 3: Đốt cháy hồn tồn 8,8g hỗn hợp 2 ankan ở thể khí, thu được 13,44 lít khí
CO2 ở đktc. Tổng số mol 2 ankan là
A. 0,1. B. 0,2. C. 0,3. D. 0,4.
Đối với bài này, HS thường giải như sau: Gọi CT 2 ankan là CnH2n + 2 và CmH2m + 2
CnH2n + 2 + 3n 1 2 + O2 → nCO2 + (n + 1)H2O x mol nx mol CmH2m + 2 + 3m 1 2 + O2 → mCO2 + (m + 1)H2O y mol ym mol
Theo đề, ta cĩ: (14n + 2)x + (14m + 2)y = 8,8 ⇒ 14(nx + my) + 2(x + y) = 8,8 (1) nx + my = nCO2 = 0,6 (2)
Thế (2) vào (1) được x + y = 0,2 mol ⇒chọn B
Đối với bài tốn trên, ta cĩ thể giải mà khơng cần viết phản ứng cháy và đặt số mol như sau:
nC = nCO2 = 0,6 mol ⇒mC = 0,6.12 = 7,2g ⇒mH = 8,8 – 7,2 = 1,6g ⇒nH = 1,6 mol Mà nH = 2nH2O ⇒nH2O = 1,6:2 = 0,8 mol
Vì X là hỗn hợp 2 ankan nên ⇒nX = nH2O – nCO2 = 0,8 – 0,6 = 0,2 mol ⇒chọn B
Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm C2H2 và H2 cĩ cùng số mol. Dẫn X qua Ni đun nĩng thu được hỗn hợp khí Y gồm 4 chất. Dẫn Y qua dd Br2 dư thấy khối lượng bình Br2
tăng 10,8g và cĩ 4,48 lít hỗn hợp khí Z thốt ra. Tỉ khối hơi của Z đối với H2 là 8. Thể tích khí O2 cần để đốt cháy hồn tồn hỗn hợp Y là
A. 22,4 lít. B. 33,6 lít. C. 44,8 lít. D. 67,2 lít. Đối với bài tốn này, HS thường giải từng bước như sau:
Hỗn hợp Y gồm C2H6, C2H4, C2H2 dư, H2 dư Hỗn hợp Z gồm C2H6 và H2 dư
Từ dữ kiện đề, tính được nC2H6 = nH2 dư = 0,1 mol
C2H2 + H2 → C2H4 (1) C2H2 + 2H2 → C2H6 (2) a a a 0,1 0,2 ← 0,1
Gọi số mol C2H2 tham gia phản ứng (1) là a
Gọi số mol C2H2 dư là x, theo đề, số mol C2H2 và H2 ban đầu bằng nhau ⇒0,3 + a = 0,1 + a + x ⇒x = 0,2
Khối lượng bình Br2 tăng là khối lượng của C2H2 dư và C2H4 ⇒nC2H4 = (10,8 – 0,2.26):28 = 0,2 mol
Đốt cháy hỗn hợp Y:
C2H6 + 3,5O2 → 2CO2 + 3H2O C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O 0,1 0,35 0,2 0,6 C2H2 + 2,5O2 → 2CO2 + H2O 2H2 + O2 → 2H2O 0,2 0,5 0,1 0,05 ⇒nO2 = 0,35 + 0,6 + 0,5 + 0,05 = 1,5 mol ⇒VO2 = 1,5.22,4 = 33,6 lít ⇒chọn B
Nhận xét: cách giải trên quá dài dịng, khơng thích hợp với một câu trắc nghiệm, ta cĩ thể giải bài tốn trên ngắn gọn như sau:
C2H2 H2 Ni, t0 C2H6 C2H4 C2H2 H2 dd Br2 C2H6 H2 X Y Z Ta cĩ: mZ = 4,48:22,4.8.2 = 3,2g mY = mZ + mbình Br2 tăng = 3,2 + 10,8 = 14g ⇒mX = 14g (BTKL)
Gọi số mol mỗi chất ban đầu là a mol
⇒26a + 2a = 14 ⇒ a = 0,5 mol
Đốt cháy hỗn hợp Y cũng là đốt cháy hỗn hợp X (BT nguyên tố H và C) C2H2 + 2,5O2 → 2CO2 + H2O 2H2 + O2 → 2H2O
0,5 1,25 0,5 0,25
⇒nO2 = 0,35 + 0,6 + 0,5 + 0,05 = 1,5 mol
⇒chọn B
Ví dụ 5: Hỗn hợp khí X gồm một ankan và một anken. Tỉ khối của X so với H2
bằng 11,25. Đốt cháy hồn tồn 4,48 lít khí X thu được 6,72 lít CO2 (đkc). Cơng thức của ankan và anken lần lượt là
A. CH4 vàC2H4. B. CH4 và C3H6.
C. CH4 và C4H8. D. C2H6 và C2H4. Đối với bài này, HS thường giải như sau:
Gọi CTTQ của ankan và anken lần lượt là: CnH2n + 2:a mol và CmH2m: b mol MX = 11,25.2 = 22,5 ⇒ mX = 4,48:22,4.22,5 = 4,5g CnH2n + 2 → nCO2 + (n + 1)H2O a an (n + 1)a CmH2m → mCO2 + (m + 1)H2O