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
2.2.3. Giúp học sinh nắm vững phương pháp giải các dạng toán hóa học thường gặp ở lớp 12
BTHH ở chương trình lớp 12 rất đa dạng. Để HS có khả năng nhận diện các dạng toán và định hướng giải nhanh chóng, GV cần phải giúp HS xây dựng các bước giải của từng dạng toán và rèn luyện thường xuyên.
Về cơ bản, hướng giải quyết các dạng toán cũng tuân theo các bước chung giải một BTHH, đó là:
- Bước 1:Tóm tắt đề bài, định hướng phản ứng và làm rõ dữ liệu.
- Bước 2: Phân tích yêu cầu của đề bài, tìm ra mối liên hệ giữa các yếu tố cho và yếu tố cần tìm. Từ đó xây dựng sơ đồ luận giải hay grap giải (sơ đồ ngược).
- Bước 3: Tính toán theo yêu cầu của đề bài và viết lời giải.
Tùy vào mức độ bài toán đơn giản hay phức tạp, hình thức của bài toán là tự luận hay trắc nghiệm mà ta có thể giản lược một vài bước nhỏ. Chẳng hạn, bài toán đơn giản có thể không cần tóm tắt đề bài, bài toán sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố có thể không cần viết PTHH của các phản ứng mà chỉ cần viết sơ đồ phản ứng, bài toán trắc nghiệm thì không cần viết lời giải…
Ngoài các bước giải chung, mỗi dạng toán sẽ có một số bước giải đặc trưng riêng.
2.2.3.1. Dạng toán đốt cháy các hợp chất hữu cơ a) Đặc điểm của dạng toán
Đốt cháy các hợp chất hữu cơ, cho một vài thông tin về sản phẩm cháy, chất đem đốt cháy hoặc oxi. Yêu cầu xác định CTPT của hợp chất hữu cơ hoặc tính toán lượng các chất trong phản ứng.
b) Phương pháp giải
- Viết PTHH của các phản ứng cháy.Trước khi viết PTHH cần tìm hiểu cấu tạo của các chất hữu cơ để đặt công thức phân tử.
- Phân tích yêu cầu của đề bài, tìm mối liên hệ định lượng giữa các yếu tố cho và cần tìm. Từ đó xây dựng sơ đồ luận giải.
+ Tìm số mol các chất trong phản ứng thường dựa vào PTHH hoặc bảo toàn nguyên tố oxi hoặc bảo toàn khối lượng.
+ Tìm CTPT của chất hữu cơ thường tìm số C, số H hoặc khối lượng mol phân tử.
- Dựa vào sơ đồ luận giải, tính toán theo yêu cầu của đề bài.
c) Những kiến thức, kĩ năng cần rèn luyện cho HS
- Giải mã tốt các thông tin về sản phẩm cháy. Thường gặp là cho sản phẩm cháy qua bình đựng H2SO4đặc (hoặc P2O5), dung dịch kiềm, yêu cầu xác định độ tăng khối lượng của bình, độ tăng hoặc giảm khối lượng của dung dịch, khối lượng kết tủa sinh ra.
- Nắm vững cách xây dựng công thức tổng quát của các chất hữu cơ bằng cách:
+ Dựa vào đặc điểm của gốc và nhóm chức của chất hữu cơ để xác định số liên kết pi (π) và vòng (nếu có).
+ Dựa vào mối quan hệ về số mol của các sản phẩm cháy (CO2, H2O).
+ Với trường hợp hỗn hợp nhiều chất, cần tìm ra những điểm giống nhau về cấu tạo của các chất để hạn chế ẩn số trong công thức.
- Viết được PTHH của phản ứng cháy các chất hữu cơ.
- Từ PTHH của các phản ứng, GV hướng dẫn HS quan sát, phân tích mối quan hệ giữa các chất để từ đó xây dựng các công thức tính toán liên quan đến các chất trong phản ứng cháy.
d) Thí dụ minh họa
Đốt cháy hoàn toàn một este mạch hở, đơn chức, không no có một liên kết đôi C=C. Toàn bộ sản phẩm cháy cho hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thu được 30 gam kết tủa đồng thời khối lượng bình tăng 16,8 gam. Xác định CTPT của este.
Hướng dẫn giải:
Nhận diện dạng toán: Đây là bài toán đốt cháy chất hữu cơ, cho thông tin sản phẩm cháy và yêu cầu tìm CTPT chất hữu cơ. Thường tìm số C.
Các bước giải:
- Viết PTHH của các phản ứng:
Đặt CTPT của este là CnH2n-2O2 (n≥ 3).
n O nCO n H O O
H
Cn 2n 2 2 2 2 ( 1) 2 2
) 1 (
3 − → + −
− +
CO2+Ca(OH)2 →CaCO3 ↓+H2O 3
, 100 0
30
3 = =
nCaCO (mol); mbình tăng = 16,8
2
2 + HO =
CO m
m (g).
- Phân tích yêu cầu câu hỏi, tìm ra mối liên hệ định lượng giữa các yếu tố cho và yếu tố cần tìm. Từ đó xây dựng sơ đồ luận giải:
CTPT este
Số C
neste
CO2
n
CO2
n nHO
2
CaCO3
n
mH O
2
Hình 2.1. Grap giải bài toán tìm CTPT este dựa vào phản ứng đốt cháy - Dựa vào sơ đồ luận giải, tinh toán theo yêu cầu của đề bài:
+ 0,3
3
2 = CaCO =
CO n
n (mol);
+ Độ tăng khối lượng của bình = mCO mHO
2
2 + = 16,8 (gam).
16,8 0,3.44 3,6
2O = − =
mH (g) => 0,2
18 6 , 3
2O = =
nH (mol).
+ Theo PTHH, ta có: 0,3 0,2
2
2 − = −
= CO HO
este n n
n =0,1 (mol).
Số C = 3
1 , 0
3 ,
2 = 0 =
este CO
n
n => CTPT của este là C3H4O2. 2.2.3.2. Dạng toán về phản ứng xà phòng hóa este a) Đặc điểm của dạng toán
Cho este tác dụng với dung dịch NaOH hoặc KOH đun nóng. Yêu cầu tính toán lượng chất trong phản ứng hoặc tìm công thức cấu tạo của este.
b) Phương pháp giải
O H
CO m
m 2 + 2
- Viết PTHH của phản ứng xà phòng hóa. Trước khi viết PTHH cần xác định rõ este thuộc loại đơn chức hay đa chức và dạng của este.
- Phân tích yêu cầu của đề bài, tìm mối liên hệ định lượng giữa các yếu tố cho và cần tìm. Từ đó xây dựng sơ đồ luận giải.
+ Nếu yêu cầu tính toán lượng chất tham gia hay sản phẩm tạo thành thì dựa vào PTHH của phản ứng kết hợp định luật BTKL để thiết lập mối quan hệ về số mol, khối lượng giữa các chất. Nếu cho khối lượng chất đầu và chất sau thì thường dùng phương pháp tăng giảm khối lượng để tìm số mol chất phản ứng.
+ Nếu yêu cầu tìm CTCT của este, cần xác định gốc axit và gốc R’.
• Tìm gốc axit và gốc R’ thường dựa vào khối lượng mol phân tử của muối, của hợp chất R’OH sinh ra.
• Nếu meste RCOOR’ < mmuối RCOONa=> R’ phải là CH3-.
• Nếu đã biết CTPT của este thì chỉ cần tìm thêm 1 gốc axit hoặc gốc R’.
• Nếu tìm nhiều gốc thì có thể sử dụng giá trị trung bình.
- Dựa vào sơ đồ luận giải, tính toán theo yêu cầu của đề bài.
c) Những kiến thức, kĩ năng cần rèn luyện cho HS
- Biết cách xác định este là đơn hay đa chức và xây dựng dạng của este.
+ Dựa vào thông tin về số nhóm chức của ancol và axit tạo este để xác định số nhóm chức este.
+ Dựa vào tỉ lệ số mol giữa este và NaOH phản ứng hoặc giữa este (hoặc NaOH) phản ứng và sản phẩm để xác định số nhóm chức của este.
+ Dựa vào thông tin về sản phẩm của phản ứng xà phòng hóa để xác định đặc điểm cấu tạo của gốc axit và gốc R’ tạo este.
- Viết được PTHH của phản ứng xà phòng hóa các dạng este khác nhau.
- Xác định được thành phần sản phẩm xà phòng hóa. Chú ý chất rắn thu được sau khi cô cạn dung dịch sau phản ứng xà phòng hóa có thể gồm muối và kiềm dư.
- Tính được số mol este theo phương pháp tăng giảm khối lượng, nếu biết gốc R’, khối lượng este và muối.
- Nhớ phân tử khối và công thức của một số este, muối và ancol thường gặp để việc xác định gốc axit và gốc R’ được nhanh chóng.
d) Thí dụ minh họa (Đề thi TSĐH khối B – 2013)
Thủy phân hoàn toàn m1 gam este X mạch hở bằng dung dịch NaOH dư, thu được m2 gam ancol Y (không có khả năng phản ứng với Cu(OH)2 và 15 gam hỗn hợp muối của hai axit cacboxylic đơn chức. Đốt cháy hoàn toàn m2gam Y bằng oxi dư, thu được 0,3 mol CO2 và 0,4 mol H2O. Giá trị của m1 là
A. 14,6. B. 11,6. C. 10,6. D. 16,2.
Hướng dẫn giải:
Nhận diện dạng toán:Đây là bài toán xà phòng hóa este, yêu cầu tính khối lượng của este. Có thể sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng, tuy nhiên vì lượng NaOH chưa biết nên cần xác định số nhóm chức của este và dựa vào PTHH của phản ứng để tìm mối quan hệ số mol giữa các chất.
Các bước giải:
- Xác định este đơn hay đa chức và dạng của este:
+ Este mạch hở thủy phân trong dung dịch NaOH cho 1 ancol Y và hỗn hợp muối của 2 axit đơn chức => este đa chức, tạo bởi ancol đa chức và các axit đơn chức.
+ Cần làm rõ số nhóm chức của ancol, dựa vào thông tin về ancol.
•
2
2O CO
H n
n > => ancol no, mạch hở.
• 0,4 0,3 0,1
2
2 − = − =
= HO CO
ancol n n
n (mol).
=> số C = 3 1 , 0
3 ,
2 =0 =
ancol CO
n
n => ancol no có dạng : C3H8Oz.
• Vì ancol đa chức nhưng không có khả năng phản ứng với Cu(OH)2
=> z = 2 và các nhóm chức –OH không liền kề nhau.
=> ancol có công thức : C3H6(OH)2. + Dạng của este là R1COO
R2COO - Viết PTHH của phản ứng:
R1COO R2COO
C3H6
C3H6 + 2NaOH → R1COONa + R2COONa + C3H6(OH)2 0,1 (mol) 15 (g)
m =? (g)
- Phân tích yêu cầu của đề bài, tìm mối liên hệ định lượng giữa các yếu tố cho và cần tìm. Từ đó xây dựng sơ đồ luận giải:
meste
mmuối mancol mNaOH
nNaOH nancol
Hình 2.2. Grap giải bài toán tính lượng este dựa vào phản ứng xà phòng hóa - Dựa vào sơ đồ luận giải, tính toán theo yêu cầu của đề bài:
+ Theo PTHH: nNaOH = 2nancol = 0,2 (mol).
+ Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng, ta có: meste + mNaOH = mmuối + mancol.
meste = 15 + 0,1.76 – 0,2.40 = 14,6 (g) => Chọn A.
2.2.3.3. Dạng toán về cacbohidrat a) Đặc điểm của dạng toán
Cho các phản ứng: thủy phân saccarozơ, tinh bột; lên men glucozơ; tráng bạc của glucozơ, nitro hóa xenlulozơ,… yêu cầu tính lượng chất tham gia hoặc sản phẩm tạo thành. Phản ứng thường kèm theo hiệu suất.
b) Phương pháp giải
- Viết PTHH của các phản ứng hoặc sơ đồ phản ứng.Nếu có nhiều phản ứng xảy ra liên tiếp nhau nên viết sơ đồ hợp thức. Chú ý những bài toán về tinh bột, xenlulozơ, khi viết PTHH của phản ứng có thể bỏ hệ số n trong công thức vì giá trị n này khi giải sẽ bị triệt tiêu.
- Phân tích yêu cầu của đề bài, tìm mối liên hệ định lượng giữa các yếu tố cho và cần tìm. Từ đó xây dựng sơ đồ luận giải:
+ Dựa vào PTHH của các phản ứng, thiết lập mối quan hệ về số mol giữa các chất kết hợp các công thức tính toán về nồng độ, khối lượng riêng, độ rượu,…để thực hiện yêu cầu của đề bài.
+ Với bài toán có hiệu suất (H) kèm theo,
• nếu yêu cầu tính lượng sản phẩm thì:
msản phẩm cần tìm = msản phẩm tính được theo PTHH . 100
H .
• nếu yêu cầu tính lượng nguyên liệu thì:
mnguyên liệu cần tìm = mnguyên liệu tính được theo PTHH . H 100.
- Dựa vào sơ đồ luận giải, tính toán theo yêu cầu của đề bài.
c) Những kiến thức, kĩ năng cần rèn luyện cho HS - Viết được PTHH hoặc sơ đồ của các phản ứng.
- Biết tính theo PTHH của phản ứng (tính theo quy tắc tam suất).
- Nếu nguyên liệu có lẫn tạp chất thì: % nguyên chất = 100% - % tạp chất. - Nếu bài toán cho chuỗi quá trình phản ứng với hiệu suất lần lượt là H1%, H2%, H3%,… thì hiệu suất của cả quá trình là: H% = H1%.H2%.H3%...
- Nắm được các công thức tính toán quan trọng: Nồng độ mol, nồng độ phần trăm, công thức chuyển đổi giữa nồng độ mol và nồng độ phần trăm, công thức tính hiệu suất, công thức độ rượu…
d) Thí dụ minh họa
Lên men hoàn toàn m gam glucozơ thành ancol etylic. Toàn bộ khí CO2 sinh ra trong quá trình này được hấp thụ hết vào dung dịch Ca(OH)2 (dư) tạo ra 40 gam kết tủa. Nếu hiệu suất của quá trình lên men là 75% thì giá trị của m là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Nhận diện dạng toán: Đây là bài toán lên men glucozơ có hiệu suất kèm theo, yêu cầu tính lượng chất đầu khi biết lượng chất cuối.
Các bước giải:
- Viết PTHH của các phản ứng: C6H12O6→ 2C2H5OH + 2CO2 CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O 4
, 100 0
40
3 = =
nCaCO (mol).
- Phân tích yêu cầu của đề bài, tìm mối liên hệ định lượng giữa các yếu tố cho và cần tìm. Từ đó xây dựng sơ đồ luận giải:
mglucozơ nglucozơ
CO2
n
CaCO3
n
Hình 2.3. Grap giải bài toán về cacbohidrat - Tính toán theo yêu cầu của đề bài:
+ Theo các PTHH: 0,4
2 = CaCO3 =
CO n
n (mol), nglucozơ = 0,2 2
1
2 =
nCO (mol).
mglucozơ = 0,2.180 = 36 (gam).
+ Vì hiệu suất của quá trình lên men chỉ đạt 75%
mglucozơ thực tế cần dùng = 48 75
100 .
36 = (gam).
2.2.3.4. Dạng toán về amin, amino axit tác dụng với axit và bazơ a) Đặc điểm của dạng toán
Cho amin, amino axit tác dụng với axit, tác dụng với bazơ hoặc cho amin, amino axit tác dụng với axit rồi lấy sản phẩm tác dụng với bazơ hoặc ngược lại. Yêu cầu tính lượng các chất tham gia hoặc tạo thành sau phản ứng hoặc xác định công thức của amin, amino axit.
b) Phương pháp giải
- Viết PTHH của các phản ứng hoặc sơ đồ phản ứng.
- Phân tích yêu cầu của đề bài, tìm mối liên hệ định lượng giữa các yếu tố cho và cần tìm. Từ đó xây dựng sơ đồ luận giải.
+ Nếu tính toán lượng chất trong phản ứng thì thường thực hiện các cách giải quyết sau đây:
• Dựa vào PTHH của phản ứng để tìm số mol của các chất khi biết số mol của một chất nào đó.
• Dùng phương pháp BTKL để tìm khối lượng các chất trong phản ứng.
• Dùng phương pháp tăng giảm khối lượng để tìm số mol amino axit trong trường hợp amino axit tác dụng với axit hoặc với bazơ mà biết khối lượng amino axit và muối.
+ Nếu tìm công thức của amin, aminoaxit thì thường tìm khối lượng mol phân tử của chúng (M) hoặc muối của chúng. Trường hợp tìm công thức amino axit mà chưa biết rõ số nhóm chức, cần xác định số nhóm –NH2 (dựa vào tỉ lệ số mol giữa amino axit và axit) và số nhóm –COOH (dựa vào tỉ lệ số mol giữa amino axit với bazơ), sau đó tìm gốc R dựa vào M của muối hoặc của amino axit.
+ Trường hợp bài toán cho amino axit tác dụng với axit rồi lấy sản phẩm tác dụng với bazơ (hoặc ngược lại) thì có thể xem như là bài toán cho hỗn hợp gồm amino axit và axit tác dụng với bazơ. Bởi vì cả hai bài toán này, phản ứng đều cho ra các sản phẩm giống nhau.
- Dựa vào sơ đồ luận giải, tính toán theo yêu cầu của đề bài.
c) Những kiến thức, kĩ năng cần rèn luyện cho HS
- Viết được công thức của một số amin và amino axit quan trọng: anilin, metylamin, đimetylamin, etylamin, glyxin, alanin, lysin, valin, axit glutamic...
- Cần biết rằng số nguyên tử H của amin và amino axit lẻ hay chẵn tùy thuộc số nguyên tử N. Nếu số N là số lẻ thì số H là số lẻ, còn nếu số N là số chẵn thì số H là số chẵn. Chính vì vậy dựa vào sự chẵn, lẻ của phân tử khối (M) của các amino axit có thể suy đoán số nhóm –NH2 và -COOH.
- Viết được PTHH của các phản ứng.
+ Amin tác dụng với axit; amino axit tác dụng với axit, bazơ.
+ Muối của amin, amino axit tác dụng với bazơ, axit.
- Từ PTHH của các phản ứng xây dựng được một số công thức tính toán liên quan đến số mol, khối lượng amin, amino axit.
d) Thí dụ minh họa (Đề thi TSĐH khối A – 2013)
Cho 100 ml dung dịch amino axit X nồng độ 0,4M tác dụng vừa đủ với 80 ml dung dịch NaOH 0,5M, thu được dung dịch chứa 5 gam muối. Công thức của X là
A. NH2C3H6COOH. B. NH2C3H5(COOH)2. C. (NH2)2C4H7COOH. D. NH2C2H4COOH.
Hướng dẫn giải:
Nhận diện dạng toán: Đây là bài toán amino axit tác dụng với NaOH, yêu cầu tìm công thức của amino axit. Để giải bài toán này cần tìm số nhóm chức và gốc R.
Các bước giải:
- Viết PTHH của phản ứng:
(H2N)xR(COOH)y + yNaOH → (H2N)xR(COONa)y + yH2O namino axit = 0,1.0,4 = 0,04 (mol); nNaOH = 0,08.0,5 = 0,04 (mol).
- Phân tích yêu cầu của đề bài, tìm mối liên hệ định lượng giữa các yếu tố cho và cần tìm. Từ đó xây dựng sơ đồ luận giải:
Công thức amino axit
R x y
Mmuối nNaOH namino axit
mmuối nmuối
namino axit
Hình 2.4. Grap giải bài toán tìm công thức amino axit - Tính toán theo yêu cầu của đề bài:
+ Tìm số nhóm chức – COOH : y =
oaxit a
NaOH
n n
min
= 1.
+ nmuối = namino axit = 0,04 (mol) => Mmuối = 125 04 , 0
5 = (gam/mol).
=> 16x + MR + 67 = 125 => 16x + MR = 58 =>
=> Chọn đáp án A.
2.2.3.5. Dạng toán kim loại tác dụng với phi kim a) Đặc điểm của dạng toán
x= 1 MR = 42
Cho kim loại tác dụng với các phi kim (thường gặp là halogen, oxi) tạo sản phẩm muối, oxit kim loại. Tính lượng chất hoặc phần trăm khối lượng của kim loại hoặc của phi kim ban đầu.
b) Phương pháp giải
- Viết phương trình cho, nhận e.
- Phân tích yêu cầu của đề bài, tìm mối liên hệ định lượng giữa các yếu tố cho và cần tìm. Từ đó xây dựng sơ đồ luận giải.
Để thiết lập mối liên hệ giữa kim loại và phi kim, thường dùng bảo toàn electron kết hợp với bảo toàn khối lượng.
- Tính toán theo yêu cầu của câu hỏi.
c) Những kiến thức, kĩ năng cần rèn luyện cho HS
- Viết được PT cho electron của kim loại và nhận electron của phi kim.
- Dựa vào định luật bảo toàn electron, xây dựng công thức liên hệ số mol giữa kim loại và phi kim.
- Biết vận dụng định luật bảo toàn khối lượng để đưa ra công thức liên hệ khối lượng của các chất trong phản ứng: mkim loại + mphi kim = mmuối + moxit kim loại.
d) Thí dụ minh họa
Cho 11,1 gam hỗn hợp X gồm Mg và Al phản ứng vừa đủ với 7,84 lít hỗn hợp khí Y (đktc) gồm Cl2 và O2, thu được 30,1 gam hỗn hợp Z. Tính phần trăm khối lượng của Mg và Al trong Y.
Hướng dẫn giải:
Nhận diện dạng toán: Đây là dạng toán kim loại tác dụng với các phi kim, yêu cầu tính phần trăm khối lượng của các kim loại. Để giải bài toán này dùng phương pháp bảo toàn electron kết hợp với bảo toàn khối lượng.
Các bước giải:
- Viết phương trình cho và nhận e:
Phương trình cho e Phương trình nhận e
2 0
2
++
→Mg e
Mg Cl2+ 2e → 2Cl−1
e Al
Al 3
3
0 → + +
2 0
2 4 2
→ −
+ e O
O