9 .Cấu trúc luận văn
2.3.4. Thiết kế dạy học theo phương pháp hoạt động nhĩm kết hợp với sơ đồ
ancol - phenol )
A. LẬP GRAP NỘI DUNG CHO BÀI LUYỆN TẬP: ANCOL - PHENOL. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG CỦA CHƢƠNG
1. Dẫn xuất halogen của hiđrocacbon
a. Khái niệm, phân loại, đồng phân và danh pháp. * Khái niệm:
Khi thay thế 1 hay nhiều nguyên tử H trong phân tử hidrocacbon bằng 1 hay nhiều nguyên tử halogen đƣợc dẫn xuất halogen của hidrocacbon
* Phân loại:
- Dựa vào bản chất halogen, chia thành: + Dẫn xuất Flo
+ Dẫn xuất Clo + Dẫn xuất Brom + Dẫn xuất Iơt
+ Dẫn xuất chứa đồng thời vài halogen khác nhau.
62
I
H Br H
II
+ Dẫn xuất halogen no
+ Dẫn xuất halogen khơng no + Dẫn xuất halogen thơm * Đồng phân
- Đồng phân mạch cacbon - Đồng phân vị trí nhĩm chức * Danh pháp:
- Tên thƣờng: 1 số ít dẫn xuất halogen cĩ tên thƣờng
- Tên thay thế: Gọi tên dẫn xuất halogen tƣơng tự nhƣ tên hidrocacbon khi coi các nguyên tử halogen là những nhĩm thế đính vào mạch chính của hidrocacbon
b. Tính chất vật lý
- Ở điều kiện thƣờng, 1 số dẫn xuất halogen cĩ khối lƣợng phân tử nhỏ là chất khí, các dẫn xuất halogen khác ở thể lỏng hoặc rắn.
- Các dẫn xuất halogen hầu nhƣ khơng tan trong nƣớc nhƣng tan tốt trong dung mơi khơng cực nhƣ hiđrocacbon, ete…
- Nhiều dẫn xuất halogen cĩ hoạt tính sinh học cao. c. Tính chất hố học
- Phản ứng thế nguyên tử halogen bằng nhĩm -OH R-X + OH- R-OH + X-
- Phản ứng tách hiđrohalogenua:
Quy tắc Zai-xép: khi tách HX ra khỏi dẫn xuất halogen nguyên tử halogen (X) ƣu tiên tách ra cùng với H ở nguyên tử C bậc cao hơn bên cạnh
CH3 – CH = CH – CH3 (SPC) VD:CH2 – CH – CH – CH3 CH2 = CH – CH2 – CH3 (SPP) - Phản ứng với Magiê VD: CH3CH2Br Mg etekhan CH3 CH2 Mg Br d. Ứng dụng - Làm dung mơi
63 - Các ứng dụng khác
2. Ancol
a. Định nghĩa, phân loại, đồng phân và danh pháp * Định nghĩa:
- Ancol là những hợp chất hữu cơ mà phân tử cĩ nhĩm hidroxyl (OH) liên kết trực tiếp với nguyên tử C no.
- Cơng thức chung của dãy đồng đẳng ancol no, đơn chức, mạch hở là: CnH2n+1 OH (n ≥ 1)
* Phân loại
- Dựa vào cấu tạo gốc hiđrocacbon, chia thành + Ancol no
+ Ancol khơng no + Ancol thơm
- Dựa vào số nhĩm chức, chia thành: + Ancol đơn chức
+ Ancol đa chức * Đồng phân
- Các ancol cĩ thể cĩ những loại đồng phân sau: + Đồng phân nhĩm chức
+ Đồng phân mạch cácbon + Đồng phân vị trí nhĩm chức * Danh pháp:
- Tên thƣờng:
Quy tắc: Ancol + Tên gốc hiđrocacbon tương ứng + ic
- Tên thay thế:
Quy tắc: Tên hiđrocacbon no tương ứng với mạch chính + số chỉ vị trí + ol
b. Tính chất vật lý * Liên kết hiđro
64
H C2H5 H C2H5
- Khái nhiệm: Liên kết hidro là liên kết đƣợc hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa nguyên tử H mang một phần điện tích dƣơng ( +) và nguyên tử O (hoặc F, N…) mang một phần điện tích âm ( -
)
VD: … O – H + … O - – H + … O - – H … O – H ….
- Ảnh hƣởng của liên kết hidro đến tính chất vật lý
+ Nhiệt độ sơi và nhiệtđộ nĩng chảy của các chất cĩ liên kết hidro liên phân tử cao hơn so với các chất cĩ khối lƣợng tƣơng đƣơng nhƣng khơng cĩ liên kết hidro liên phân tử .
+ Các chất mà phân tử hình thành đƣợc liên kết hiđro với các phân tử nƣớc thì hồ tan trong nƣớc tốt hơn các chất (cĩ khối lƣợng tƣơng đƣơng) khơng hình thành đƣợc liên kết hiđro với nƣớc.
- Tính chất vật lý
+ Ở điều kiện thƣờng, các ancol từ C1 C12: là chất lỏng
từ C13 trở lên là chất rắn
+ Các ancol từ C1 C3 tan vơ hạn trong nƣớc, các ancol khác độ tan giảm dần theo chiều tăng của khối lƣợng phân tử
+ Hầu hết ancol đều khơng mầu c. Tính chất hố học
- Phản ứng thế H của nhĩm OH ancol
+ Phản ứng chung của ancol (phản ứng với kim loại kiềm) 2R – OH + 2Na 2R – ONa + H2
Ancol khơng phản ứng với dung dịch kiềm nhƣng natri ancolat thì bị thuỷ phân hồn tồn
R – ONa + HOH ROH + NaOH
65 - Phản ứng thế nhĩm OH ancol
+ Phản ứng với axit: Khi phản ứng với các axit mạnh nhƣ axit sunfuric đậm đặc lạnh, axit nitric đậm đặc, axit halogenhidric bốc khĩi thì nhĩm OH ancol bị thế
VD: C2H5 – OH + HBr C2H5Br + H2O
C2H5 – OH + H2SO4 C2H5– OSO3H + H2O
+ Phản ứng với ancol
R-OH + HO-R’ R – O – R’ + H2O
- Phản ứng tách nƣớc: Hƣớng của phản ứng tách nƣớc nội phân tử tuân theo quy tắc Zaixep (nhĩm OH ƣu tiên tách ra cùng nguyên tử H ở nguyên tử C bậc cao hơn bên cạnh để tạo thành liên kết đơi C = C). Ví dụ:
- Phản ứng oxi hố
+ Ancol bậc 1 bị oxy hố nhẹ tạo anđehit
R CH2 OH CuO t0 R CHO Cu H2O
+ Ancol bậc 2 bị oxy hố nhẹ tạo xeton
66
+ Ancol bậc 3 bị oxy hố mạnh thì bị gẫy mạch C + Ancol cháy tạo thành CO2 và H2O và toả nhiệt CnH2n 1OH nO2 t nCO2 (n 1)H2O 2 3 0 d. Điều chế - Điều chế Etancol: + CH2 CH2 H2O H2SO4 CH3CH2OH + (C6H10O5)n nH2O Enzim nC6H12O6 (C6H12O6) Enzim 2C2H5OH 2CO2 - Điều chế metanol + xt,t 2 2 4 0 CO H O H CH CO H2 xt,t0,P CH3OH + 2CH4 O2 XT,t0,P 2CH3 OH e. Ứng dụng
- Làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ - Làm nhiên liệu
- Làm dung mơi 3. Phenol
a, Định nghĩa, phân loại
* Định nghĩa: Phenol là những hợp chất hữu cơ mà phân tử cĩ chứa nhĩm hidroxyl liên kết trực tiếp với nguyên tử C của vịng benzen
VD:
* Phân loại
- Phân tử cĩ 1 nhĩm OH phenol => gọi là monophenol - Phân tử cĩ 2 nhĩm OH phenol trở lên => gọi là poliphenol
OH OH
CH3
OH
CH3
67 b. Tính chất vật lý
- Phenol (C6H5OH) là chất rắn khơng màu, ít tan trong nƣớc lạnh, tan vơ hạn ở 660C, tan tốt trong nhiểu dung mơi hữu cơ
- Phenol độc c. Tính chất hố học
* Tính axit: Phenol cĩ lực axit mạnh hơn ancol nhƣng nĩ chỉ là một axit yếu (yếu hơn axit cacbonic)
- Phản ứng với kim loại kiềm
2C6H5OH + 2Na 2C6H5ONa + H2
- Phản ứng với dung dịch kiềm
C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O Phenol bị axit cacbonic đẩy ra khỏi muối phenolat C6H5ONa + CO2 + H2O C6H5OH + NaHCO3
* Phản ứng thế ở vịng thơm
Phản ứng thế vào nhân thơm ở phenol dễ hơn ở benzen
* Ảnh hƣởng qua lại giữa các nhĩm nguyên tử trong phân tử phenol:
- Do gốc phenyl (-C6H5) ảnh hƣởng đến nhĩm OH phenol làm cho nguyên tử H trong nhĩm OH phenol linh động hơn nguyên tử H trong nhĩm OH ancol => lực axit của phenol mạnh hơn ancol
- Do nhĩm –OH phenol ảnh hƣởng đến nhân thơm làm cho phản ứng thế vào nhân thơm ở phenol dễ hơn ở benzen
d. Điều chế phenol trong cơng nghiệp
3 3 5 6 ) 2 ), ( ) 1 2 3 5 6 6 6 4 2 2 3 2 C H CH(CH ) C H OH CH COCH H C CH CHCH O kk HSO
68 e. Ứng dụng
- Làm nguyên liệu tổng hợp hữu cơ
B. XÂY DỰNG CÁC PHIẾU HỌC TẬP CHO BÀI LUYỆN TẬP : ANCOL - PHENOL.
- Trong bài này GV sẽ hƣớng dẫn HS tự lập grap nội dung ơn tập tổng kết .
- Để giúp HS làm đƣợc điều này GV sẽ sẽ chia lớp thành 6 nhĩm nhỏ (khoảng từ 6 đến 8 HS mỗi nhĩm ) rồi cho HS thực hiện lần lƣợt nội dung trong các phiếu học tập .Sau khi thực hiện xong nội dung trong các phiếu học tập HS sẽ hình dung đƣợc mối quan hệ giữa các phần kiến thức của chƣơng và lập đƣợc Grap cho bài luyện tập: ancol - phenol.
Sau đây là các phiếu học tập đƣợc sử dụng trong bài luyện tập: ancol - phenol . 1) Để tái hiện kiến thức phần cấu tạo ancol – phenol , GV yêu cầu HS thực hiện phiếu học tập sau:
PHIẾU HỌC TẬP SỐ….
Những điều khẳng định sau đây cĩ phải lúc nào cũng đúng ? Đánh dấu Đúng (Đ) hoặc Sai (S) vào các ơ trống cạnh các câu sau?
A. Phenol là loại hợp chất chứa nhĩm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C lai hĩa sp2.
B. Ancol là loại hợp chất chứa nhĩm OH liên kết nguyên tử C lai hĩa sp3. C. Phân tử ancol khơng được chứa vịng benzen.
D Liên kết C – O ở ancol bền hơn liên kết C – O ở phenol. E. Liên kết O – H ở ancol phân cực hơn liên kết O – H ở phenol. G. Ancol thơm là đồng đẳng của phenol.
Các nhĩm HS thảo luận một phút rồi GV gọi một thành viên bất kì trả lời A - S (vì trong anken cũng cĩ nguyên tử Csp2 ở 2 nguy ên tử Cacbon của liên kết đơi)
B - Đ vì nguyên tử C no là nguyên tử Csp3. C - S vì ancol thơm cĩ chứa vịng benzen.
D - S vì liên kết C-O ở ancol kém bền hơn ở phenol.
69
G - S vì nhĩm OH trong ancol thơm khơng gắn trực tiếp vào vịng benzen.
2) Để tiếp tục củng cố kiến thức và rèn luyện cách suy luận từ cấu tạo ra tính chất của hợp chất, GV đƣa phiếu học tập sau:
PHIẾU HỌC TẬP SỐ…
Hãy trả lời các câu hỏi sau:
So sánh ancol với phenol về đặc điểm cấu tạo, tính chất hĩa học đặc trưng và nêu nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau đĩ.
Đây là câu hỏi mang tính chất tƣ duy cao, để trả lời đƣợc địi hỏi HS phải nắm vững những kiến thức liên quan. Do đĩ, GV cho HS thảo luận khoảng 3 phút sau đĩ gọi 1 thành viên của nhĩm bất kì cĩ tín hiệu cĩ câu trả lời sớm nhất và chính xác nhất lên trả lời. Các nhĩm khác theo dõi, nhận xét và bổ xung cho câu trả lời nhĩm bạn. Nhĩm nào cĩ câu trả lời đúng và đầy đủ nhất GV cho điểm khuyến khích nhằm kích thích hứng thú học tập của HS.
a) So sánh về cấu tạo:
* Giống nhau: Đều cĩ nhĩm OH liên kết với gốc hiđrocacbon. * Khác nhau:
- Ở ancol, nhĩm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C no ( Csp3).
- Ở phenol, nhĩm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C của vịng benzen. b) Tính chất hĩa học.
* Giống nhau:
- Đều cĩ phản ứng thế nguyên tử H của nhĩm OH (phản ứng với kim loại kiềm). * Khác nhau:
- Lực axit của phenol mạnh hơn của ancol => phenol cĩ tính axit yếu, cịn ancol thì khơng cĩ tính axit => phenol phản ứng đƣợc với dung dịch kiềm tạo muối phenolat. - Phenol cĩ phản ứng thế nguyên tử H ở nhân thơm, ở ancol thì khơng cĩ.
- Ancol cĩ phản ứng tách nƣớc tạo anken tƣơng ứng, phản ứng thế nhĩm OH, phản ứng Oxi hố khơng hồn tồn, cịn phenol thì khơng cĩ.
c) Nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau về tính chất hĩa học trên:
- Ở phenol, do ảnh hƣởng của nhân thơm (hút (e) mạnh ) và do ảnh hƣởng của hiệu ứng dịch chuyển (e) giữa nhân thơm và nhĩm OH, làm cho sự phân cực của liên kết
70
giữa O – H tăng lên => nguyên tử H trong nhĩm OH phenol linh động hơn nguyên tử H trong nhĩm OH ancol. Vì vậy, phenol cĩ tính axit cịn ancol thì khơng cĩ. - Do ảnh hƣởng của gốc hiđrocacbon (gốc R đẩy (e) ) làm cho sự phân cực của liên kết C – O trong ancol mạnh hơn liên kết C – O trong phenol => liên kết C-O trong ancol kém bền hơn liên kết C -O trong phenol. Vì vậy, ancol cĩ phản ứng thế nhĩm OH, phản ứng tách nƣớc, phản ứng oxi hố khơng hồn tồn, cịn phenol thì khơng cĩ.
- Do ảnh hƣởng của nhĩm OH đến nhân thơm ở phenol làm cho các nguyên tử H ở vị trí o- ; p- của nhân thơm dễ bị thế bởi nguyên tử hoặc nhĩm nguyên tử khác trong điều kiện thích hợp.
3) Để tái hiện kiến thức phần Đồng phân và danh pháp ,GV dùng phiếu học tập sau:
PHIẾU HỌC TẬP SỐ…
Hãy trả lời câu hỏi sau:
C5H12O cĩ bao nhiêu đồng phân? Viết cơng thức cấu tạo các đồng phân đĩ ? Gọi tên thay thế các đồng phân là ancol .
* Cơng thức cấu tạo các đồng phân cĩ cơng thức phân tử là C5H12O 1. CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – O – CH3 2. CH3 – CH2 – CH2 – O – CH2 – CH3 3. 4. 5. 6. 7. CH3 – CH2 – CH2– CH2– CH2 – OH pentan - 1 - ol CH3 – CH2 – CH – O – CH3 CH3 CH3 – CH – CH2 – O – CH3 CH3 CH3 – CH – O – CH2– CH3 CH3 CH3 – C – O – CH3 CH3 CH3
71 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
4) Để củng cố kiến thức phần Điều chế và rèn luyện cách vận dụng kiến thức vào thực tế, GV dùng phiếu học tập sau:
PHIẾU HỌC TẬP SỐ….
Hãy trả lời câu hỏi sau:
Hiện nay, trong cơng nghiệp người ta điều chế etanol và phenol như thế nào ? Viết sơ đồ phản ứng ?
Các nhĩm HS thảo luận khoảng 1 phút sau đĩ GV gọi 2 HS của 2 nhĩm bất kì lên bảng viết câu trả lời cho mỗi phần kiến thức của câu hỏi.
* HS 1 : Điều chế etanol :
Cách 1 : phƣơng pháp lên men:
( C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 Cách 2 : CH2 = CH2 + H2O C2H5OH * HS 2 : Điều chế phenol CH3 – CH – CH2 – CH2 – OH 3- metylbutan - 1 - ol CH3 CH3 – CH – CH2 – CH2 –CH3 pentan - 2 - ol OH CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3 pentan - 3 - ol OH CH3 – CH2 – CH – CH2 – OH 2- metyl butan - 1 - ol CH3 CH3 CH3 – C – CH2 – OH 2,2- dimetyl propan - 1 - ol CH3 CH3 CH3 – C – CH2 – CH3 2- metyl butan - 2 - ol OH CH3 CH3 – CH – CH – CH3 3- metyl butan - 2 - ol OH men lên men rƣợu
H3PO4, 300oC 1)O2 2) H2SO4
CH2=CHCH3
72
C6H6 C6H5CH(CH3)2 C6H5OH
5) Bài tập rèn luyện cách phân tích đề bài và vận dụng các tính chất để giải bài tốn hĩa học.
PHIẾU HỌC TẬP SỐ….
Giải bài tập sau:
Đốt cháy hồn tồn một hỗn hợp gồm 2 ancol kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng của metanol, người ta thu được 3,584 lit CO2 (đktc) và 3,96 g H2O.
a. Xác định cơng thức phân tử của 2 ancol và thành phần % khối lượng của chúng trong hỗn hợp.
b. Hai ancol này cĩ thể cĩ cơng thức cấu tạo như thế nào?
Bài giải:
Đặt cơng thức phân tử trung bình của 2 ancol cần tìm là: Cn H2n +1OH ( n > 1 ) Phƣơng trình phản ứng đốt cháy:
CnH2n+1OH + 3n/2 O2 → nCO2 + (n+1)H2O Theo phƣơng trình: x (mol) → nx (mol) (n+1)x(mol) Theo đầu bài: nx = nCO2 = 3,584/22,4 = 0,16 (mol)
(n + 1)x = nH2O = 3,96/18 = 0,22 (mol) => x = 0,06 (mol) => n = 2,67
=> cơng thức phân tử 2 ancol cần tìm là: C2H5OH và C3H7OH Gọi nC2H5OH = x (mol)
nC3H7OH = y (mol)
Ta cĩ các phƣơng trình phản ứng :
C2H5OH + 3O2 → 2 CO2 + 3H2O x (mol) → 2x (mol) → 3x (mol) C3H7OH + 9/2O2 → 3 CO2 + 4H2O y (mol) → 3y (mol) → 4y (mol) T ừ 2 phƣơng trình phản ứng trên ta cĩ hệ phƣơng trình : 2x + 3y = 0,16 x = 0,02 = nC2H5OH 3x + 4y = 0,22 y = 0,04 = nC3H7OH
73
=> % m C2H5OH = . 100% = 33,8%
%m C3H7OH = 100 – 33,8 = 66,2 % b. Cơng thức cấu tạo cĩ thể cĩ thể cĩ của 2 ancol : * C2H5OH CH3 – CH2 – OH
* C3H7OH CH3 – CH2 – CH2 – OH
6) Bài tập rèn luyện cách thức vận dụng các tính chất hĩa học, GV yêu cầu HS sử dụng phiếu học tập sau:
PHIẾU HỌC TẬP SỐ….
Hãy hồn thành các phương trình hĩa học sau: a. o – Br C6H4CH2Br + NaOHdd →
b. p – HOCH2C6H4OH + HBr → c. m – HOCH2C6H4OH + NaOHdd → d. p – CH3C6H4OH + Br2dd →
HS thảo luận 2 phút rồi GV gọi 2 HS bất kì của các nhĩm lên bảng trình