Việc rèn luyện các thao tác tư duy cho học sinh trong dạy học giải bài tập Hóa có vai trò quan trọng trong việc phát triển khả năng tư duy và tư duy sáng tạo cho HS. Vì vậy trong quá trình dạy học, để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh thì trước hết giáo viên cần bồi dưỡng cho các em thành thạo một số thao tác tư duy cơ bản như: phân tích, tổng hợp, so sánh, tương tự, khái quát hoá, đặc biệt hoá, trừu tượng hoá, hệ thống hoá trong đó phân tích và tổng hợp đóng vai trò nền tảng.
Các phương pháp đặc biệt hoá, khái quát hoá và tương tự có ý nghĩa rất quan trọng trong sáng tạo. Có thể vận dụng những phương pháp này để giải bài tập đã cho, để suy luận, dự đoán kết quả từ đó tìm ra phương hướng giải bài tập, để mở rộng, đào sâu và hệ thống hoá kiến thức. Từ đó giúp phát hiện ra những vấn đề mới, những bài tập mới.
Sau đây là một số ví dụ minh hoạ về việc thực hiện các thao tác tư duy kể trên trong quá trình giải bài tập chương Amin- aminoaxit- protein.
2.2.1. Phân tích- tổng hợp
Ví dụ 1 : BT về muối của amin, muối của amoniac
BT1: Cho 1,82 gam hợp chất hữu cơ đơn chức, mạch hở X có công thức phân tử C3H9O2N tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH, đun nóng thu được khí Y và dung dịch Z. Cô cạn Z thu được 1,64 gam muối khan. Công thức cấu tạo thu gọn của X là
A. HCOONH3CH2CH3. B. CH3COONH3CH3. C. CH3CH2COONH4. D. HCOONH2(CH3)2.
*Phân tích :
- Nhìn về mặt hình thức HS có thể nhầm lẫn chất X là một aminoaxit, vì X có dạng tổng quát của một aminoaxit no, có 1 nhóm NH2, 1 nhóm COOH là CnH2n+1O2N - Tuy nhiên: một chất tác dụng với NaOH sinh khí thì không thể là aminoaxit.
- Dựa vào thành phần phân tử có thể dự đoán X là muối amoni hoặc là muối của amin X có dạng RCOONH4 hoặc RCOONH3R’
*HDG:
MX = 91 số mol X = 0,02 số mol Z = 0,02 MZ = 1,64 : 0,02 = 82 R = 15 (CH3)
X là CH3COONH3CH3
*Hướng phát triển : GV có thể đưa ra các bài tập về muối amoni từ đơn giản đến phức tạp, tập trung phân tích đề, hướng dẫn HS cách nhận biết 1 hợp chất là muối amoni để HS có định hướng tốt khi giải BT, từ đó góp phần rèn khả năng nhận thức và tư duy.
BT2: Hỗn hợp X gồm 2 chất có công thức phân tử là C3H12N2O3 và C2H8N2O3. Cho 3,40 gam X phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH (đun nóng), thu được dung dịch Y chỉ gồm các chất vô cơ và 0,04 mol hỗn hợp 2 chất hữu cơ đơn chức (đều làm xanh giấy quỳ tím ẩm). Cô cạn Y, thu được m gam muối khan. Giá trị của m là:
A. 3,12 B. 2,76 C. 3,36 D. 2,97
* Phân tích:
- Hỗn hợp X phản ứng với dd NaOH thu được dung dịch chỉ gồm các chất vô cơ X gồm các muối amoni hoặc muối của amin
- Hỗn hợp 2 chất hữu cơ đơn chức làm xanh giấy quỳ ẩm có thể là các amin:
CH3NH2, C2H5NH2, (CH3)2NH, (CH3)3N
- Dựa vào thành phần phân tử có thể dự đoán X gồm các muối nitrat hoặc muối cacbonat.
C3H12N2O3 có thể có những CT sau: C3H7NH3NO3→ C3H10N2O3 (loại) (CH3NH3)CO3 → C3H12N2O3 (thỏa mãn)
C2H8N2O3 có thể có những CT sau: C2H5NH3NO3 → C2H8N2O3 (thỏa mãn) Như vậy sau khi phân tích các dữ kiện của đề bài, chúng ta tìm được 2 CT có thể thỏa mãn yêu cầu BT
* HDG: Viết PTHH
(CH3NH3)2CO3 + 2NaOH → 2CH3NH2 + Na2CO3 + 2H2O 0,5x x 0,5x
C2H5NH3NO3 + NaOH → C2H5NH2 + NaNO3 + H2O y y y
x+y=0,04; 124.0,5x+108y=3,4; => x=0,02; y=0,02 mmuối = 0,01.106+0,02.85=2,76 gam
Ví dụ 2: Dạng BT đốt cháy amin, aminoaxit
*Biết trước điều kiện về mạch C, độ bão hòa, số nhóm chức
Tổng hợp: Với dạng bài tập đốt cháy thì phương pháp chung để làm dạng BT này là:
+ Gọi công thức tổng quát của amin no, đơn chức, mạch hở là CnH2n+3N, của aminoaxit no, mạch hở, có 1 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH là CnH2n+1O2N
+ Viết PTHH của phản ứng cháy
+ Dựa vào dữ kiện đề bài cho tìm yêu cầu của BT
BT1: Đốt cháy 6,2 gam một amin no, đơn chức, mạch hở cần 10,08 lit O2 (đktc).
Tìm CTPT của amin
A. C4H11N B. CH5N C. C3H9N D. C5H13N
*HDG: PT: n
2n+3 2 2 2 2
6n+3 2n+3 1
C H N + O nCO + H O + N
4 2 2
Theo phương trình hóa học: 14n+17
6,2 = 6n+3
40,45 n = 1 Công thức CH5N
*Hướng phát triển: Thay đổi các dữ kiện của bài toán, thay đổi cách hỏi, yêu cầu HS tìm ra cách giải, từ đó phát triển năng lực tiếp thu kiến thức, bước đầu hình thành tư duy cho HS.
Ta có thể thay đổi dữ kiện bài toán theo các hướng khác nhau trong các bài tập sau:
BT2: Đốt cháy hoàn toàn a mol amin no, đơn chức thu được 13,2 gam CO2 và 8,1 gam H2O. Giá trị của a là:
A. 0.05 B. 0,1 C. 0,07 D. 0,2
*HDG: Đổi n(CO2)= 0,3; n(H2O)=0,45 HS có thể giải theo 2 cách
Cách 1: Tìm tỉ lệ C: H = 3 : 9 CTPT amin là C3H9N a = (mol) Cách 2: Dựa vào PT cháy ta có nhận xét
Số mol amin = ( ) ( )
( )
BT3: Đốt cháy hoàn toàn một amin no, mạch hở, đơn chức X trong khí oxi dư, thu được khí N2; 13,44 lít khí CO2 (đktc) và 18,9 gam H2O. Số công thức cấu tạo của X là
A. 4. B. 3. C. 2. D. 1.
*HDG: Với BT đã cho
+ Gọi công thức tổng quát của amin no, đơn chức, mạch hở là CnH2n+3N + Viết PTHH của phản ứng cháy
n 2n+3 6n+3 2 2 2n+3 2 1 2
C H N + O nCO + H O + N
4 2 2
+ Dựa vào dữ kiện đề bài cho tìm yêu cầu của BT Ta có:
. Suy ra n= 2 Vậy CTPT của amin là C2H7N Có 02 cấu tạo là CH3CH2NH2 và CH3NHCH3.
*Nhận xét: Với BT trên cũng có cách làm nhanh hơn là chỉ cần tìm tỉ lệ C: H để suy ra CTPT mà không cần viết PTHH:
Số mol CO2 = 0,6 ; H2O = 1,05 tỷ lệ C : H = 0,6 : (1,052) = 2 : 7 C2H7N BT4. Este X được điều chế từ amino axit Y và ancol etylic. Đốt cháy hoàn toàn a gam X thu được 17,6 gam khí CO2, 8,1 gam nước và b lít Nitơ (đktc). Công thức cấu tạo thu gọn của X là
A. H2N-CH22-COO-C2H5. B. H2N-CH2-COO-C2H5 . C. H2N-CH(CH3)-COOH. D. H2N-CH(CH3)-COOC2H5.
*HDG: Công thức tổng quát của este tạo bởi aminoaxit giống với công thức tổng quát của aminoaxit
Số mol CO2 = 0,4 ; H2O = 0,45 ; CnH2n+1O2N + 6n+1
4 O2 nCO2 + 2n+1
2 H2O + 1 2 N2
2n+1
2n = 0,45
0,4 n = 4 chỉ có phương án B công thức chứa 4 nguyên tử C
*Chưa biết trước điều kiện về mạch C, độ bão hòa, số nhóm chức
BT1: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một amin no, mạch hở X bằng oxi vừa đủ, thu được 0,7 mol hỗn hợp gồm khí và hơi. Cho 6,0 gam X tác dụng với dung dịch HCl (dư), số mol HCl phản ứng là
A. 0,1 B. 0,2 C. 0,3 D. 0,4
*Tổng hợp: Kiểu BT này đã ở mức độ phức tạp hơn so với ví dụ 2. Phương pháp chung để làm dạng BT này là:
+ Gọi công thức tổng quát của amin
CTTQ amin: CnH2n+2+b-2kNb Amin no, mạch hở: CnH2n+2+bNb Amin đơn chức, mạch hở: CnH2n+3-2kN Amin no, đơn chức, mạch hở: CnH2n+3N + Viết PTHH của phản ứng cháy
+ Dựa vào dữ kiện đề bài cho tìm yêu cầu của BT
*Cụ thể: Với BT đã cho
+ Gọi công thức tổng quát của amin no, hở: CnH2n+2+bNb + Viết PTHH của phản ứng cháy
CnH2n+2+bNb + O2 → nCO2 + (n+1+ ) H2O + N2 + Dựa vào dữ kiện đề bài cho tìm yêu cầu của BT
(2n+1+b)0,1 = 0,7 2n+b=6 n=2 và b=2
CTPT amin C2H8N2 Số mol amin= 0,1 mol HCl = 0,2 (vì amin 2 chức) BT2: Đốt cháy hoàn toàn V lit hơi một amin X bằng một lượng oxi vừa đủ tạo ra
đo ở cùng điều kiện). Amin X tác dụng với axit nitrơ ở nhiệt độ thường giải phóng khí nitơ. Chất X là:
A. CH2=CH-NH-CH3 B. CH2=CH-CH2-NH2 C. CH3-CH2-CH2-NH2 D.CH3-CH2-NH-CH3
*HDG:
NX: Nhìn đáp án ta thấy tất cả các amin đều đơn chức, mạch hở + Gọi công thức tổng quát của amin đơn chức, mạch hở: CnH2n+3-2kN + Viết PTHH của phản ứng cháy
CnH2n+3-2kN + O2 → nCO2 + (n+ +k) H2O + N2 + Dựa vào dữ kiện đề bài cho tìm yêu cầu của BT
n+(n+ +k) + = 8 2n+k=6 n=3 và k=0
X tác dụng với axit nitrơ ở nhiệt độ thường giải phóng khí nitơ
amin bậc 1 chọn C 2.2.2. So sánh
Ví dụ 1: Giải BT có nội dung amin tác dụng với axit.
*Phương pháp chung:
Với amin A, có a nhóm chức, giả sử amin bậc I.
R(NH ) + aHCl 2 a R(NH Cl)3 a Số chức amin: HCl
A
a n
n và mmuối = mamin + mHCl (ĐLBTKL)
BT1: Cho 0,4 mol một amin no đơn chức tác dụng với dung dịch HCl (vừa đủ) thu được 32,6 gam muối. CTPT của amin là:
A. CH3NH2. B. C2H5NH2. C. C3H7NH2. D. C4H9NH2.
*HDG:
Dựa vào phương pháp chung đã nêu ở trên ta sẽ giải BT này như sau:
Vì amin đơn chức số mol HCl = số mol amin=0,4 mol
m (amin)= m (muối) - m HCl = 32,6-0,4.36,5= 18 gam
M amin = 18: 0,4=45 C2H5NH2
*So sánh: Bản chất phản ứng amin với axit là phản ứng kết hợpVận dụng ĐLBT để giải quyết khi so sánh sự giống nhau về phản ứng và sự khác nhau về lượng chất, số chất nếu là hỗn hợp chất thì có thể sử dụng CTPT trung bình…
BT2: Cho 11,8 gam amin đơn chức X tác dụng vừa đủ với dung dịch HCl, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y chứa 19,1 gam muối. Số đồng phân bậc 1, bậc 2 và bậc 3 của X lần lượt là
A. 1,1,2 B. 2,1,1 C. 1,2,2 D. 2,2,1
*HDG:
BTKL: mHCl = m Muối – mX = 7,3 gam (tương ứng 0,2 mol)
Vì amin X đơn chức nX = nHCl = 0,2 mol MX = 59 X là C3H9N Viết CTCT các đồng phân
Amin b1: R-NH2 R có 3C (2 mạch là propyl và iso- propyl) có 2 Đp b1 Amin b2: R- NH-R1 R + R1 = 3C R là CH3, R1 là C2H5 có 1 Đp b2 Amin b3: 1 2
3
R N R
| R
R+R1+R2= 3C R, R1,R2 đều là CH3 có 1 Đp b3
BT3: Cho 0,76 gam hỗn hợp X gồm hai amin đơn chức, có số mol bằng nhau, phản ứng hoàn toàn với dung dịch HCl dư, thu được 1,49 gam muối. Khối lượng của amin có phân tử khối nhỏ hơn trong 0,76 gam X là
A. 0,58 gam. B. 0,31 gam. C. 0,45 gam. D. 0,38 gam.
*HDG:
số mol 2 amin = (1,49 0,76) : 36,5 = 0,02 Mamin = 0,76 : 0,02 = 38 X phải chứa CH3NH2 (M = 31 < 38) khối lượng = 310,01 = 0,31 gam
Ví dụ 2: Tìm CTPT của aminoaxit dựa vào phản ứng với dung dịch axit và dung dịch kiềm (Dạng bài tập đơn giản)
*Phương pháp chung:
- Gọi công thức chung: (H2N)x-R-(COOH)y.
- Dựa vào phản ứng với dung dịch axit để tìm x =
- Dựa vào phản ứng với dung dịch kiềm để tìm y =
Chú ý:
- Việc tìm gốc R dựa trên tổng số nhóm chức để xác định hóa trị của gốc R và suy ra công thức tổng quát của gốc nếu giả thiết cho biết gốc R có đặc điểm gì.
Ví dụ: H2N-R-(COOH)2 với R: gốc no, hóa trị III R có dạng CnH2n-1. - Nếu gốc R không rõ là no hay chưa no thì nên dùng công thức tổng quát là CxHy rồi dựa vào kết luận của gốc R để biện luận (cho x chạy tìm y tương ứng).
BT1: 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. H2NC3H6COOH. B. H2NC3H5(COOH)2. C. (H2N)2C4H7COOH. D. H2NC2H4COOH.
*HDG:
Số mol X = số mol NaOH = 0,04 X có 1 nhóm – COOH 0,04 mol H2O = 5 + (0,0418) (0,0440) = 4,12 gam MX = 4,12 : 0,04 = 103
R = 1034516 = 42 C3H6 X là H2NC3H6COOH
*So sánh :Sự giống nhau ở các tình huống muối của aminoaxit có thể là muối tạo bởi nhóm COO- hoặc muối NH3+. Sự khác nhau ở tình huống phản ứng với kiềm hoặc axit là độc lập và phản ứng với kiêm rồi tiếp tục phản ứng với axit.
BT2: Cho 0,02 mol amino axit X tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch HCl 0,1M thu được 3,67 gam muối khan. Mặt khác 0,02 mol X tác dụng vừa đủ với 40 gam dung dịch NaOH 4%. Công thức của X là
A. H2NC2H3(COOH)2. B. H2NC3H5(COOH)2. C. (H2N)2C3H5COOH. D. H2NC3H6COOH.
*HDG:
Tỷ lệ số mol phản ứng X : HCl = 1 : 1 nên X có một nhóm NH2.
Tỷ lệ số mol phản ứng X : NaOH = 1 : 2 nên X có hai nhóm COOH. (loại C và D) PTHH: (H2N) -R-(COOH)2 + xHCl (ClH3N) -R-(COOH)2
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: + = mmuối
= mmuối – mHCl = 3,67 - 0,02.36,5 = 2,94(g)
= 147 đvC
R = 147 16 90 = 41 là C3H5.
BT3: Cho 0,1 mol amino axit phản ứng vừa đủ với 200 ml dung dịch HCl 0,5M thu được dung dịch A. Cho dung dịch NaOH 0,5M vào dung dịch A thì thấy cần dùng vừa hết 600 ml. Vậy số nhóm –NH2 và số nhóm –COOH của amino axit này lần lượt là:
A. 1 và 1. B. 1 và 3. C. 1 và 2. D. 2 và 1.
*HDG: Lượng NaOH thực chất là phản ứng với tổng aminoaxit và HCl Số mol HCl = 0,2.0,5 = 0,1 mol; NaOH = 0,5.0,6 = 0,3 mol
Cách 1: Viết PTHH rồi làm theo trình tự
Gọi CTTQ của amino axit là: (H2N)x-R-(COOH)y với x, y nguyên dương.
PTHH: (H2N)x-R-(COOH)y + xHCl (ClH3N)x-R-(COOH)y Tỷ lệ số mol x : 1 = 0,1 : 0,1 x = 1
ClH3N-R-(COOH)y +(y+1)NaOH H2NR(COONa)y + NaCl + (y+1)H2O Tỷ lệ số mol (y + 1) : 1 = 0,3 : 0,1 y = 2
Đáp án C.
Cách 2: Suy luận
Vì n(aminoaxit) : nHCl = 1: 1 aminoaxit có 1 nhóm NH2 Mặt khác: amino axit + HCl dd A
lượng NaOH pư với A= lượng NaOH pư với aminoaxit và HCl
n NaOH (pư với aminoaxit) = 0,3- 0,1 = 0,2 mol
n(aminoaxit) : nNaOH = 1: 2 aminoaxit có 2 nhóm COOH
*Nhận xét: Như vậy ở các BT trên chúng ta đã sử dụng thao tác so sánh của tư duy để tìm ra các điểm giống nhau cũng như khác nhau giữa các BT, từ đó đề xuất hướng giải hợp lý, việc làm này có tác dụng quan trọng trong phát triển tư duy.
2.2.3. Trừu tượng hóa- Khái quát hóa
*Trừu tượng hóa
Ví dụ 1: Hợp chất A chứa các nguyên tố C, H, O, N và có khối lượng phân tử bằng 89 đvC. Khi đốt cháy 1 mol A thu được hơi nước, 3 mol CO2 và 0,5 mol N2. Biết A là hợp chất lưỡng tính và A làm mất màu dung dịch brom, tìm CTCT của A?
*Phân tích:
Số nguyên tử C= 3; N=1 phần O + H có khối lượng = 39 H7O2
CT của A là C3H7O2N Vì A lưỡng tính nên A có CT:
H2N─ CH2─CH2 ─COOH; CH3─CH(NH2) ─COOH; CH2=CH─COONH4 A vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với bazơ kiềm