Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.2. Một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học
2.2.4. Rèn luyện kĩ năng sử dụng ngôn ngữ hóa học
Một trong những đặc trưng của BTHH, đó là sử dụng ngôn ngữ hóa học. Để giải được các bài toán hóa học, trước hết HS cần hiểu được nội dung các thuật ngữ hóa học, danh pháp hóa học và viết đúng công thức các chất. Chẳng hạn bài toán yêu cầu tính lượng axit sunfuric sản xuất từ quặng pirit nhưng HS không biết quặng pirit là gì, công thức như thế nào thì không thể thực hiện được yêu cầu của bài toán.
2.2.4.1. Rèn luyện kĩ năng sử dụng các thuật ngữ và danh pháp hóa học
Để giúp HS hiểu và vận dụng được các thuật ngữ hóa học cũng như nắm vững danh pháp của các chất, trong suốt quá trình dạy học, GV cần:
- Thường xuyên yêu cầu HS đọc và viết đúng tên, công thức các chất, giải thích các thuật ngữ hóa học.
- Sử dụng các biểu tượng hóa học (kí hiệu, hình vẽ, mô hình cấu trúc các phân tử các chất, các liên kết hóa học…) để thay thế từ ngữ hóa học.
- Giúp HS nhận biết và rút ra được các quy tắc đọc tên và đọc đúng tên theo các danh pháp khác nhau đối với các hợp chất hữu cơ.
- Trình bày và vận dụng được các thuật ngữ hóa học, danh pháp hóa học và hiểu được ý nghĩa của chúng.
- Sử dụng nhiều bài tập có các thuật ngữ hóa học và danh pháp hóa học để HS rèn luyện.
- Giúp HS hình thành bảng hệ thống hóa các thuật ngữ hóa học và danh pháp hóa học của một số chất trong chương trình lớp 12.
Bảng 2.1. Các thuật ngữ hóa học thường gặp trong các BTHH lớp 12
Thuật ngữ hóa học Ý nghĩa
Anion Ion mang điện âm. Thí dụ: Cl-, SO42-.
Anot Điện cực ở đó xảy ra quá trình oxi hóa. Trong bình điện phân, anot là cực dương còn trong pin, ăcquy anot là cực âm.
Bay hơi Sự chuyển chất lỏng thành hơi ở nhiệt độ dưới nhiệt độ sôi của chất lỏng.
Catot Điện cực ở đó xảy ra quá trình khử. Trong bình điện phân, catot là cực âm còn trong pin, ăcquy catot là cực dương.
Cation Ion mang điện dương. Thí dụ: Al3+, H+.
Cân bằng hóa học Trạng thái của hệ phản ứng thuận nghịch đạt tới khi tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch bằng nhau.
Chỉ số axit Đại lượng chỉ lượng axit tự do trong chất béo, đo bằng số miligam KOH cần để trung hòa axit tự do có trong một gam chất béo.
Chưa no Nói về hợp chất có chứa liên kết bội, còn có khả năng
tham gia phản ứng cộng hợp.
Thí dụ: CH2=CHCOOCH3 là este chưa no.
Công thức tổng quát hay công thức chung
Công thức tượng trưng, biểu diễn thành phần của một loại hợp chất có công thức tương tự nhau.
Công thức thực nghiệm
Công thức thành lập bằng con đường thực nghiệm, cho biết tỉ lệ về số lượng nguyên tử mỗi nguyên tố có trong một phân tử.
Công thức cấu tạo Công thức thức diễn tả sự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử một hợp chất và liên kết giữa các nguyên tử đó.
Công thức cấu tạo thu gọn là công thức cấu tạo viết gộp nguyên tử cacbon và các nguyên tử khác liên kết với nó thành từng nhóm. Thí dụ: CH3-CH2-OH.
Dãy điện hóa Dãy sắp xếp các cặp oxi hóa khử, gồm dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố, theo thứ tự tăng dần của thế điện cực tiêu chuẩn. Thường gặp là dãy điện hóa của kim loại.
Dãy đồng đẳng Những hợp chất hữu cơ cùng loại. có cùng kiểu liên kết và nhóm chức, có chung công thức tổng quát, chỉ khác nhau bởi một hay nhiều nhóm CH2.
Thí dụ: CH3NH2, C2H5NH2 thuộc cùng dãy đồng đẳng amin no, đơn chức, mạch hở.
Dẫn xuất Hợp chất được tạo thành do sự thay thế một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác.
Thí dụ: CH3NH2 là dẫn xuất của amoniac NH3.
Dung dịch bão hòa Dung dịch không thể hòa tan thêm chất tan ở nhiệt độ nhất định.
Đa chức Nói về những hợp chất mà phân tử có hai hay nhiều nhóm chức giống nhau. Thí dụ: C3H5(OH)3 là ancol đa chức vì có ba nhóm chức hydroxyl –OH giống nhau.
Điện phân Sự phân hủy chất điện li (trong dung dịch nước hoặc nóng chảy) khi có dòng điện một chiều đi qua, trong quá trình đó, các ion hay phân tử nước mất hoặc nhận electron. Tại catot, ion hay phân tử bị khử do nhận electron, còn tại anot thì bị oxi hóa do mất electron.
Điện cực trơ Điện cực chỉ đóng vai trò chất dẫn điện, không tham gia cho nhận electron ở các điện cực khi điện phân. Đó là các điện cực làm bằng cacbon (than chì, graphit), platin (Pt).
Định luật Farađây Khối lượng một đơn chất (m) tách ra ở điện cực khi điện phân tỉ lệ thuận với đương lượng hóa học (N), cường độ dòng điện (I) đi qua và thời gian (t):
F n
t I A F
It m N
. . . . =
= ; A là khối lượng mol nguyên tử, n là hóa trị.
Độ rượu Tỉ lệ phần trăm về thể tích của rượu etylic trong hỗn hợp với nước.
Thí dụ: rượu 450 có nghĩa là cứ 100 ml hỗn hợp rượu và nước thì có 45 ml là rượu, còn lại là nước.
Đồng phân Hiện tượng một số hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng có cấu tạo khác nhau.
Thí dụ: ete CH3-O-CH3 và ancol C2H5OH là đồng phân.
Este hóa Quá trình điều chế este bằng cách cho ancol tác dụng với axit. Thí dụ:
RCOOH + R’OH RCOOR’ + H2O
Hấp thụ Sự hút các chất bởi toàn bộ một chất lỏng hoặc chất rắn (khác với hấp phụ, chỉ xảy ra ở bề mặt). Thí dụ: hấp thụ CO2bởi dung dịch nước vôi trong.
Hợp kim Hệ gồm hai hay nhiều kim loại (cũng có thể là phi kim như cacbon)
Khan Nói về một chất đã loại hết nước, kể cả nước kết tinh.
H+,t0
Thí dụ: Cô cạn dung dịch muối thu được chất rắn khan.
Lên men Quá trình biến đổi hóa học của chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật. Thí dụ: Lên men rượu từ đường glucozơ.
Nguyên tố chuyển tiếp
Những nguyên tố hóa học mà trong nguyên tử electron được điền vào các phân lớp d hay f (nguyên tố d hay f).
Thí dụ: Fe ([Ar]3d64s2), Cr ([Ar]3d54s1,…
Ngưng tụ -Sự chuyển một chất từ trạng thái khí hoặc hơi sang trạng thái lỏng hoặc rắn.
-Phản ứng tạo thành hợp chất từ các phân tử có phân tử khối nhỏ hơn, đồng thời loại ra phân tử đơn giản như H2O,…
Phản ứng nhiệt nhôm
Phản ứng của nhôm với các oxit kim loại ở nhiệt độ cao.
Thí dụ: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe Nhiệt phân Sự phân hủy một hợp chất bằng nhiệt.
Nhóm chức Nhóm nguyên tử quyết định những tính chất chung của một loại hợp chất hữu cơ. Thí dụ: Nhóm cacboxyl – COOH của axit hữu cơ,…
Tạp chức Nói về những hợp chất mà phân tử có hai hay nhiều nhóm chức khác nhau. Thí dụ: amino axit là hợp chất tạp chức vì có hai loại nhóm chức khác nhau là amino –NH2 và cacboxyl –COOH.
Thủy phân Phản ứng trao đổi giữa nước và một hợp chất.
Thí dụ: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 Xà phòng hóa Sự thủy phân este trong môi trường kiềm.
Thí dụ: RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH Bảng 2.2. Danh pháp của một số hợp chất hữu cơ và vô cơ lớp 12
Danh pháp Công thức
Etyl axetat, etyl etanoat CH3COOC2H5 Metyl propionat, metyl propanoat C2H5COOCH3
t0 t0
H+,t0
Isopropyl fomat, isopropyl metanoat HCOOCH(CH3)3
Vinyl axetat CH3COOCH=CH2
Metyl acrylat CH2=CHCOOCH3
Metyl metacrylat CH2=C(CH3)COOCH3
Phenyl axetat CH3COOC6H5
Benzyl axetat CH3COOCH2C6H5
Triolein (C17H33COO)3C3H5
Tristearin (C17H35COO)3C3H5
Tripanmitin (C15H31COO)3C3H5
Glixerol C3H5(OH)3
Glucozơ C6H12O6
CH2OH[CHOH]4CHO
Fructozơ C6H12O6
CH2OH[CHOH]3COCH2OH
Saccarozơ C12H22O11,
C6H11O5-O-C6H11O5 (1 gốc α-glucozơ và 1 gốc β-fructozơ)
Mantozơ C12H22O11
C6H11O5-O-C6H11O5 (2 gốc α-glucozơ)
Tinh bột (C6H10O5)n
Xenlulozơ (C6H10O5)n, [C6H7O2(OH)3]n Xenlulozơ trinitrat [C6H7O2(ONO2)3]n
Metylamin, metanamin CH3NH2
Đimetylamin, N-metylmetanamin CH3-NH-CH3 Trimetylamin; N,N-đimetylmetanamin CH3-N-CH3
CH3
Etylamin, etanamin C2H5NH2
Phenylamin, benzenamin, anilin C6H5NH2 Isopropylamin, propan-2-amin CH3-CH-CH3
NH2 Hexametylenđiamin, hexan-1,6-điamin H2N[CH2]6NH2
Phenylamoni clorua C6H5NH3Cl
Axit amino axetic, axit 2-aminoetanoic, glyxin H2N-CH2-COOH Axit α-amino propionic, axit 2-aminopropanoic,
alanin
CH3-CH-COOH NH2
Axit α-aminoisovaleric,
axit 2-amino-3-metylbutanoic, valin
CH3-CH-CH-COOH CH3 NH2
Axit α,ε-điaminocaproic,
axit 2,6-điaminohexanoic, lysin
H2N-[CH2]4-CHCOOH NH2
Axit α-aminoglutaric, axit 2-aminopentanđioic, axit glutamic
HOOC-CH-CH2-CH2COOH NH2
Natri peoxit Na2O2
Xút ăn da NaOH
Vôi tôi Ca(OH)2
Nước vôi trong dung dịch Ca(OH)2
Vôi sống CaO
Đá vôi CaCO3
Clorua vôi CaOCl2
Thạch cao khan Thạch cao nung Thạch cao sống
CaSO4 CaSO4.H2O CaSO4.2H2O
Quặng đôlômit CaCO3.MgCO3
Natri aluminat NaAlO2
Quặng boxit Al2O3.2H2O
Criolit Na3AlF6 hay 3NaF.AlF3
Phèn chua K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O
Quặng manhetit Fe3O4 Quặng hematit đỏ
Quặng hematit nâu
Fe2O3
Fe2O3.nH2O
Quặng xiđerit FeCO3
Quặng pirit FeS2
Kali cromat K2CrO4
Kali đicromat K2Cr2O7
2.2.4.2. Rèn luyện kĩ năng lập công thức hóa học
Phần lớn các BTHH đều tính theo PTHH. Để viết được chính xác PTHH của các phản ứng, điều đầu tiên HS phải viết đúng công thức hóa học của các chất.
a) Lập công thức các chất vô cơ
Đối với các chất vô cơ, chủ yếu hay gặp là oxit, axit, bazơ, muối. Để lập công thức của chúng, HS chỉ cần nhớ hóa trị của kim loại, phi kim, gốc axit,…là có thể lập được dễ dàng.
Thí dụ: Lập công thức của crom (VI) oxit. Ta nhận thấy oxi có hóa trị hai, còn crom có hóa trị sáu, vì vậy công thức của crom (VI) oxit là CrO3.
b) Lập công thức các chất hữu cơ
Đối với các chất hữu cơ, việc lập công thức khó khăn hơn bởi số loại chất hữu cơ nhiều hơn, cấu tạo phức tạp hơn. Thí dụ: HS có thể lập công thức este no, đơn chức, mạch hở là CnH2nO2, nhưng nếu bài toán yêu cầu vận dụng ở mức độ cao hơn như lập công thức este đơn chức, không no, mạch hở có một nối đôi C=C hoặc este hai chức được tạo bởi axit không no, đơn chức có một nối đôi C=C và ancol đơn chức,…thì HS có thể sẽ không làm được. Thực tế cho thấy, nhiều HS chỉ dừng ở việc thuộc công thức chứ chưa hiểu ý nghĩa của công thức. Do vậy, trong quá trình dạy GV cần phân tích kĩ đặc điểm cấu tạo của các chất và hướng dẫn HS cách lập công thức của nhiều chất khác nhau.
- Lập công thức tổng quát của các chất hữu cơ không mô tả nhóm chức
Công thức tổng quát không mô tả nhóm chức có nghĩa là chỉ mô tả thành phần, số lượng nguyên tử của các nguyên tố. Loại công thức này rất hay gặp trong bài toán đốt cháy các hợp chất hữu cơ. Để lập chúng, thực hiện các bước như sau:
+ Bước 1:Tìm tổng số liên kết π và vòng của toàn bộ phân tử rồi lập công thức phân tử hidrocacbon tương ứng. Nếu hợp chất hữu cơ có k liên kết π và vòng thì hidrocacbon tương ứng sẽ có công thức là CnH2n+2-2k.
+ Bước 2: Xác định số nguyên tử O, N, halogen,…để thêm vào công thức hidrocacbon vừa lập. Chú ý: Để đảm bảo hóa trị của các nguyên tố (cacbon có hóa trị bốn, hidro có hóa trị một, oxi có hóa trị hai, nitơ có hóa trị ba, halogen có hóa trị một), nếu thêm oxi thì không thay đổi số nguyên tử H nhưng nếu thêm nitơ thì phải thêm hidro (thí dụ thêm 1 N phải thêm 1 H), thêm halogen thì phải bớt hidro (thí dụ thêm 1 Cl phải bớt 1 H).
Thí dụ:Lập công thức tổng quát của các amino axit no, mạch hở chứa 1 nhóm – NH2 và 1 nhóm –COOH trong phân tử.
+ Bước 1: Tìm tổng số liên kết π và vòng của toàn bộ phân tử amino axit.
Vì amino axit no, mạch hở nên phần gốc của nó không có liên kết π và vòng nhưng có 1 liên kết π trong nhóm chức –COOH => công thức phân tử hidrocacbon tương ứng là CnH2n+2-2 hay CnH2n.
+ Bước 2:Xác định số nguyên tử O, N để thêm vào công thức hidrocacbon vừa lập. Chú ý để đảm bảo hóa trị của các nguyên tố, nếu thêm nitơ thì phải thêm hidro.
Phân tử amino axit có 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH nên có 2 nguyên tử O và 1 nguyên tử N. Như vậy phải thêm 1 nguyên tử H.
=> Công thức phân tử chung của amino axit no, mạch hở chứa 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH là CnH2n+1O2N (n ≥ 2).
- Lập công thức tổng quát của các chất hữu cơ có mô tả nhóm chức
Hợp chất hữu cơ được phân thành hidrocacbon và dẫn xuất của hidrocacbon. Các dẫn xuất của hidrocacbon là những hợp chất có nhóm chức. Tính chất hóa học đặc trưng của các hợp chất hữu cơ đều do nhóm chức quyết định, ngoài ra một số phản ứng xảy ra do gốc hidrocacbon (thường được viết tắt là R) và do sự ảnh hưởng qua lại
giữa nhóm chức và gốc. Chính vì vậy trong hầu hết các phản ứng (trừ phản ứng đốt cháy), để viết PTHH cần lập công thức mô tả rõ nhóm chức và cấu tạo phần gốc. Cách lập công thức của các chất hữu cơ có mô tả nhóm chức như sau:
+ Bước 1: Tìm tổng số liên kết π và vòng của phần gốc R rồi lập công thức phân tử hidrocacbon tương ứng. Nếu R có k liên kết π và vòng thì hidrocacbon tương ứng sẽ có công thức là CnH2n+2-2k.
+ Bước 2: Xác định loại nhóm chức và số nhóm chức để thêm vào công thức hidrocacbon vừa lập. Chú ý: có bao nhiêu nhóm chức thì bớt đi bấy nhiêu nguyên tử hidro tương ứng từ công thức hidrocacbon đã lập.
Thí dụ:Lập công thức tổng quát của các amino axit no, mạch hở chứa 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH trong phân tử.
+ Bước 1: Tìm tổng số liên kết π và vòng của phần gốc R.
Amino axit cần lập có R no, mạch hở tức là không có liên kết π cũng như vòng
=> công thức hidrocacbon tương ứng là CnH2n+2.
+ Bước 2:Xác định loại nhóm chức và số nhóm chức.
Amino axit cần lập có 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH. Như vậy phải bớt 2 nguyên tử H từ công thức hidrocacbon vừa lập.
=> công thức tổng quát của amino axit no, mạch hở chứa 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH là H2N-CnH2n-COOH (n ≥ 1).
Để rèn luyện kĩ năng lập công thức hóa học của các chất cho HS, GV cần phải:
+ Giúp HS nhớ được hóa trị của các kim loại, phi kim, gốc axit…
+ Phân tích kĩ đặc điểm cấu tạo khi giảng dạy các bài về chất.
+ Giúp HS nhận diện và phân loại các nhóm chức hóa học.
+ GV tăng cường cho HS lập công thức của nhiều chất thường gặp trong các bài toán ở lớp 12, đó là: este không no, đơn chức, mạch hở có một nối đôi C=C; este no, mạch hở hai chức; amin no, đơn chức, mạch hở…