2.2.3.1. Bài tập rốn luyện năng lực phỏt hiện vấn đề nhận thức cho học sinh
Để học giỏi mụn húa học, học sinh cần phải cú những phẩm chất và năng lực như: Cú hệ thống kiến thức húa học cơ bản vững vàng, sõu sắc, cú
trỡnh độ tư duy húa học phỏt triển (năng lực phõn tớch tổng hợp, so sỏnh, khỏi quỏt, suy luận logic....cú kĩ năng thực hành và vận dụng linh hoạt sỏng tạo kiến thức húa học đó cú để giải quyết vấn đề trong húa học cũng như trong thực tiễn.
Vỡ vậy, phỏt triển năng lực nhận thức và rốn những kĩ năng là những yờu cầu cơ bản, quan trọng nhất của quỏ trỡnh bồi dưỡng học sinh giỏi. Trong dạy học húa học, bài tập húa học là một phương tiện và phương phỏp rất cú lợi thế để hỡnh thành cỏc kĩ năng và phỏt triển năng lực tư duy của học sinh. Chỳng tụi đưa ra một số bài tập để phỏt triển năng lực nhận thức cho học sinh theo cỏc hướng sau:
a) Phỏt hiện vấn đề nhận thức từ việc đọc đề bài toỏn
Đõy là giai đoạn nghiờn cứu đề bài trong quỏ trỡnh giải bài toỏn húa học. Khi đọc đề bài, trước hết học sinh phải hiểu biết từ ngữ, thấy được lụgic của bài toỏn hiểu được ý đồ của tỏc giả, hỡnh dung được tiến trỡnh luận giải và phỏt hiện những chỗ cú vấn đề của bài toỏn.
Vớ dụ 1: Cho 47 gam hỗn hợp hơi của 2 ancol đi qua Al2O3 nung núng ta thu được hỗn hợp A gồm ete, olefin, ancol dư và hơi nước. Tỏch hơi nước khỏi hỗn hợp A ta thu được hỗn hợp khớ B. Lấy nước tỏch ra ở trờn cho tỏc dụng hết với natri thu được 4,704 lớtt H2 (đktc). Lượng olefin cú trong B được no húa vừa đủ bởi 1,35 lớt dd Br2 0,2M. Phần ete và ancol cú trong B chiếm thể tớch 16,128 lớtt ở 136,50C và 1atm.
a- Tớnh hiệu suất ancol bị loại nước thành olefin biết rằng, hiệu suất đối với mỗi ancol như nhau và số mol cỏc ete bằng nhau.
b- Xỏc định CTPT hai ancol.
Nhận xột:
Khi làm bài tập này, HS cần phõn tớch đề để xỏc định mục tiờu của mỡnh là muốn xỏc định hiệu suất ancol loại nước thành olefin thỡ phải tỡm được số mol ancol bị loại nước thành olefin và tổng số mol ancol ban đầu.
Dựa vào đặc điểm của phản ứng khử nước thành olefin và phản ứng khử nước tạo ete:
+ 2 H O n = 2 2 H n
+ nH O2 ( sinh ra phản ứng tạo anken) = nancol tạo anken = nolefin = nBr2
+nete = nH O2 ( sinh ra từ phản ứng tạo ete) = nH O2 - nH O2 ( sinh ra từ phản ứng tạo anken) + nancol tạo ete = 2nete
Mặt khỏc, giả thiết cho biết tổng nete + nancol dư n ancol dư
Vậy, nancol ban đầu = nancol tạo anken + nancol tạo ete + n ancol dư Hiệu suất ancol loại nước thành olefin = nancol tạo ete / nancol ban đầu
b) Phỏt hiện vấn đề nhận thức từ việc nghiờn cứu phản ứng húa học
Việc nghiờn cứu phản ứng húa học cú thể giỳp học sinh đi đến những nhận xột cú tớnh khỏi quỏt cao, từ đú cú thể giỳp học sinh giải nhanh cỏc bài toỏn húa học.
Vớ dụ: Khi làm bài tập về phản ứng đốt chỏy phõn tử hợp chất hữu cơ, HS cú thể nghiờn cứu phản ứng đốt chỏy cỏc hợp chất hữu cơ khỏc nhau mà đưa ra cỏc nhận xột mang tớnh khỏi quỏt, cú thể sử dụng nhiều loại bài tập như sau:
Dựa vào số mol H2O và số mol CO2 ta cú thể biện luận hợp chất hữu cơ chứa hay khụng chứa liờn kết trong phõn tử:
- Nếu nH O2 > nCO2 thỡ hợp chất hữu cơ khụng cú liờn kết trong phõn tử, khi đú nhợp chất hữu cơ = nH O2 - nCO2
- Nếu nH O2 = nCO2 thỡ hợp chất hữu cơ cú 1 liờn kết trong phõn tử.
- Nếu nH O2 < nCO2 thỡ hợp chất hữu cơ cú nhiều hơn 1 liờn kết trong phõn tử.
- Đối với amin no, mạch hở, ta cú namin= nH O2 - (nCO2 + nN2) Hoặc Vamin= VH O2 - (VCO2+ VN2)
Pthh: CnH2n+2+zNz + (3n + 1 + z/2)O2 nCO2+ z/2 N2 + (n + 1 + z/2)H2O
namin= n 2
H O - ( nCO2 + nN2).
Vớ dụ 1: Ba chất hữu cơ X, Y, Z phõn tử cựng chứa C, H, O. Khi đốt chỏy mỗi chất, lượng oxi cần dựng bằng 9 lần lượng oxi cú trong mỗi chất tớnh theo số mol và thu được CO2, H2O cú tỉ lệ khối lượng tương ứng bằng 11: 6. Ở trạng thỏi hơi, mỗi chất đều nặng hơn khụng khớ d lần (cựng nhiệt độ, ỏp suất). Xỏc định cụng thức đơn giản nhất của X, Y, Z.
Nhận xột:
Khi giải bài tập này, HS cần dựa vào giả thiết: Khi đốt chỏy mỗi chất, lượng oxi cần dựng bằng 9 lần lượng oxi cú trong mỗi chất tớnh theo số mol và thu được CO2, H2O cú tỉ lệ tương ứng khối lượng tương ứng bằng 11: 6. Ở trạng thỏi hơi, mỗi chất đều nặng hơn khụng khớ d lần (cựng nhiệt độ, ỏp suất)
X, Y, Z là cỏc đồng phõn của nhau. + Từ giả thiết: m 11
44: m H O2 = 11: 6 n H O2 : n CO2= 6
18: 11
44
2.2.3.2. Bài tập rốn luyện cỏch giải nhanh, thụng minh
Đú là những bài tập khú, hay, trong quỏ trỡnh tỡm tới cỏch giải cú tỏc dụng phỏt triển tư duy của HS. Khi tư duy được khỏi quỏt húa thỡ học sinh sẽ cú cỏch giải bài toỏn thụng minh nhất, đú là con đường đi đến kết quả ngắn nhất và sỏng tạo nhất.
Thực tế giảng dạy cho thấy rằng trước bài toỏn học sinh lựa chọn cỏch giải quyết là viết phương trỡnh phản ứng cú thể xảy ra, sử dụng kĩ năng viết phương trỡnh phản ứng rồi lập phương trỡnh đại số. Với cỏch làm này bài toỏn trở nờn phức tạp vỡ cú thể cú nhiều phản ứng cú thể xảy ra, phương trỡnh cú quỏ nhiều ẩn số...
Trờn thực tế lại cú rất nhiều cỏc phương phỏp giải nhanh để đưa bài toỏn trở nờn đơn giản, chỉ cú điều vận dụng như thế nào cho linh hoạt.
Cho a gam hỗn hợp gồm 2 amino axit no, phõn tử chứa 1 nhúm amino (NH2) và 1 nhúm cacboxyl (COOH) tỏc dụng với 110 ml dung dịch HCl 2M, thu được dung dịch A. Để tỏc dụng hết với cỏc chất trong dung dịch A cần dựng 140 ml dung dịch KOH 3M.
Mặt khỏc, đốt chỏy hoàn toàn a gam hỗn hợp 2 amino axit trờn và cho toàn bộ sản phẩm chỏy qua bỡnh đựng dung dịch NaOH dư, thấy khối lượng bỡnh tăng thờm 32,8 gam. Biết rằng, đốt chỏy amino axit thỡ nitơ tạo thành ở dạng đơn chất.
1. Xỏc định cụng thức phõn tử của 2 amino axit trờn. Biết rằng, tỷ lệ phõn tử khối của 2 amino axit là 1,373.
2. Tớnh % số mol của mỗi amino axit trong hỗn hợp đầu.
Nhận xột:
1. Xỏc định cụng thức phõn tử của 2 amono axit. (Áp dụng theo phương phỏp gọi M ). Cụng thức của amino axit: NH2CnH2nCOOH (X) và NH2CmH2mCOOH (Y). n là số nguyờn tử cacbon trung bỡnh trong gốc hiđrocacbon cụng thức chung của 2 amino axit là NH2Cn H2nCOOH (Z) (n < n < m).
- Cỏc PTHH:
NH2Cn H2nCOOH + HCl ClNH3-Cn H2nCOOH (1)
- Dung dịch A: ClNH3-Cn H2n COOH, NH2-Cn H2nCOOH dư (hoặc HCl dư). ClNH3-Cn H2nCOOH + 2KOHNH2Cn H2nCOOK + KCl +H2O (2)
NH2-Cn H2nCOOH (dư) + KOH NH2-Cn H2nCOOK + H2O (3)
hoặc HCl(dư) + KOH KCl + H2O (4) NH2-Cn H2nCOOH + 2 3 6n O2 (n1)CO2+ ( 2 ) 3 2n )H2O + 2 1N2 (5) - Nếu HCl phản ứng hết ở (1) thỡ nZ = nHCl = 0.11.2 = 0,22 (mol). Theo (2) cú: nKOH (PƯ) = 2.0,22 = 0,44 (mol) < nKOH (đó dựng) = 0,14.3 = 0,42 (vụ lý) HCl dư
- Gọi số mol của 2 amino axit là z, theo (1) xỏc định được: nHCl (dư) = (0,22 - z) mol. - Từ (2) và (3) xỏc định được: nKOH = 2z + 0,22 - z = 0,42 z = 0,2 mol. - Từ (5) xỏc định được: 2 CO n = (n + 1).0,2 O H n 2 = 2 ) 3 2 ( n . 0,2 = (2n+ 3).0,1 - Mặt khỏc: mCO2+ mHO 2 = 32,8 n = 1,5 - Vỡ n <n n < 1,5 n = 1 NH2- CnH2n - COOH (X) là NH2CH2-COOH (MA = 75)
- Bài ra xỏc định được: NH2CmH2mCOOH (Y) là NH2C3H6-COOH (MB = 75.1,373 103).
2. Gọi x, y là số mol của X, Y trong hỗn hợp đầu lập được cỏc phương trỡnh: x + y = 0,2 n = y x y x 3 = 1,5 x = 0,15 ; y = 0,05 - Xỏc định được: %nX = 75% ; %nY = 25%.
Vớ dụ 2. ( Trớch đề thi HSG tỉnh Hưng Yờn năm học 2007- 2008)
1. Hỗn hợp lỏng X gồm ancol etylic và hai hiđrocacbon liờn tiếp trong cựng dóy đồng đẳng. Đốt chỏy hoàn toàn 0,0300 mol hỗn hợp X, cần 6,5520 lớt khớ O2 (ở đktc). Cho sản phẩm đốt chỏy lần lượt qua bỡnh một đựng H2SO4
đặc và bỡnh hai đựng dung dịch Ba(OH)2 dư. Sau khi kết thỳc thớ nghiệm thấy khối lượng bỡnh một tăng 3,9150 gam và bỡnh hai cú 36,9375 gam kết tủa. Hóy xỏc định cụng thức phõn tử của hai hiđrocacbon trờn?
2. Hỗn hợp X gồm hai este được tạo bởi cựng một ancol đơn chức và hai axit đơn chức kế tiếp nhau trong cựng dóy đồng đẳng. Để đốt chỏy hoàn toàn 20,1 gam hỗn hợp X thỡ cần 29,232 lớt khớ O2 (ở đktc). Dẫn sản phẩm đốt
chỏy lần lượt qua bỡnh một đựng H2SO4 đặc và bỡnh hai đựng dung dịch Ca(OH)2 dư. Sau khi kết thỳc thớ nghiệm thấy khối lượng bỡnh một tăng m gam và bỡnh hai tăng 46,2 gam.
a- Xỏc định m.
b- Xỏc định cụng thức phõn tử của hai este trờn.
Nhận xột:
X gồm hai hiđrocacbon liờn tiếp trong dóy đồng đẳng X gồm hiđrocacbon cú cụng thức là CxHy.
+ PTHH: C2H6O + 3O2 2CO2 + 3H2O (1)
CxHy+ (x + y/4)O2 xCO2 + y/2 H2O (2) nO2= 0,2925 mol; nH2O = 0,2175 mol; nCO2= 0,1875 mol.
Vỡ nC2H6O = nO của ancol = nO trong CO2 + nO trong H2O - nO cần đốt chỏy
xỏc định được: - n C2H6 O = 2. 0,1875 + 0,2175 - 2. 0,2925 = 0,0075 mol. - nCxHy = 0,03 - 0,0075 = 0,0225 mol.
Từ (1) và (2) xỏc định được:x 7,67 ; y 17,3 Vậy cụng thức của hai hiđrocacbon là C7H16 và C8H18.
a. Xỏc định m:
Sơ đồ phản ứng đốt chỏy X.
X + O2 CO2 + H2O Theo định luật bảo toàn khối lượng: mX + m
2 O = m 2 CO + mHO 2 m = mH2O= mX + mO2- mCO2= 20,1 + 1,305.32- 46,2 = 15,66 g.
b. Xỏc định cụng thức phõn tử của hai este.
X gồm hai este tạo bởi cựng một ancol đơn chức và hai axit đơn chức kế tiếp nhau trong cựng dóy đồng đẳng X gồm este cú cụng thức là CxHyO2
PTPƯ
Từ (1) xỏc định được
nX .x = 1,05 ; nX . y/2 = 0,87 ; nX.(x + y/4 - 1) = 1,30
nX = 0,18 mol ; x 5,833 ; y 9,667.
Vậy cụng thức của hai este là C5H8O2 và C6H10O2.
2.2.3.3. Bài tập rốn luyện năng lực tư duy độc lập, logic, trừu tượng húa, khỏi quỏt húa, biện chứng và sỏng tạo của học sinh
Khi đỏnh giỏ trỡnh độ hiểu biết húa học của một học sinh, tất nhiờn phải chỳ ý đến khối lượng kiến thức đó học mà học sinh đú đó lĩnh hội được, nhưng như thế là chưa đủ cũn phải chỳ ý đến khả năng sư dụng kiến thức đú để giải quyết những vấn đề do thực tiễn đặt ra bằng suy luận độc lập của mỡnh và chớnh điều này mới đảm bảo việc tiếp thu kiến thức một cỏch vững chắc. Vỡ thế, một vấn đề quan trọng của dạy học là phải rốn luyện cho học sinh thúi quen, suy nghĩ và hành động độc lập, từ tư duy độc lập sẽ dẫn đến tư duy phờ phỏn, khả năng phỏt hiện, giải quyết vấn đề rồi đến tư duy sỏng tạo. Như vậy, độc lập là tiền đề của sỏng tạo. Trong thực tiễn dạy học, việc truyền thụ kiến thức và rốn luyện kĩ năng và tư duy độc lập khụng được coi trọng như nhau mà vẫn nặng nề về truyền thụ kiến thức, trong khi đú việc rốn luyện tớnh sỏng tạo thỡ chưa cú.
Suy luận logic là một trong những phẩm chất cần cú của một học sinh giỏi. Cú năng lực tư duy độc lập, suy luận logic, học sinh sẽ cú cỏi nhỡn khỏi quỏt về khả năng cú thể cú đối với một bài toỏn từ đú mà học sinh sẽ cú được cỏch trỡnh bày hiệu quả.
Vớ dụ: Phenol và anilin đều làm mất màu dung dịch brom ngay ở điều kiện thường nhưng toluen thỡ khụng.
a. Từ kết quả thực nghiệm đú cú thể rỳt ra kết luận gỡ ?
c. Nếu cho nước brom lần lượt vào từng chất p-toludin (p- aminotoluen), p-cresol (p- metylphenol) theo tỉ lệ mol tối đa thỡ thu được sản phẩm gỡ ? Giải thớch?
Nhận xột:
Phenol và anilin là hai hợp chất được học sinh nghiờn cứu khỏ kĩ trong chương trỡnh. Trờn cơ sở hiểu biết về hai hợp chất này cho phộp học sinh suy luận cho những chất tương tự, đồng thời qua đú học sinh được khắc sõu, làm rừ thờm khỏi niệm về sự ảnh hưởng qua lại giữa cỏc nguyờn tử trong phõn tử. Cụ thể:
- Phõn tử p-toludin cú nhúm CH3 là nhúm đẩy electron do đú làm tăng mật độ electron ở nhõn benzen, vỡ vậy khả năng phản ứng của p-toludin cao hơn của anilin nờn dễ dàng tạo kết tủa 2,6-đibrom- p-toludin.
- Tương tự, phõn tử p-cresol cú nhúm CH3 là nhúm đẩy electron do đú làm tăng mật độ electron ở nhõn benzen, do đú khả năng phản ứng của p- cresol cao hơn phenol.
2.2.3.4. Bài tập rốn luyện kĩ năng thực hành, thực tế húa học
Húa học là mụn khoa học thực nghiệm cú lập luận. Vỡ vậy người học sinh giỏi húa nhất thiết phải cú kĩ năng thực hành tốt, cú khả năng giải thớch những vấn đề thực tiễn cuộc sống liờn quan đến khoa học bộ mụn, cú ý thức vận dụng kiến thức đó biết vào cuộc sống. Thụng qua làm việc tại phũng thớ nghiệm, thực hiện cỏc bài thực hành cũng như ý thức quan sỏt, sự nhạy bộn trong cụng việc vận dụng kiến thức thực tiễn vào cuộc sống. Tuy nhiờn trong thực tiễn dạy học hiện nay thỡ việc thực hành húa học chưa được coi trọng vỡ điều kiện thực hành chưa đầy đủ.
Dưới gúc độ này, bài tập húa học theo chỳng tụi cú thể sử dụng với cỏc dạng sau đõy:
- Bài tập để chứng minh cỏc nguyờn lớ, cỏc thuyết.
- Cỏc bài tập thực nghiệm như : Tỏch, tinh chế, nhận biết, điều chế. - Cỏc bài tập giải thớch những hiện tượng tự nhiờn, cỏc kinh nghiệm.
Vớ dụ 1: Giải thớch tại sao :
a. t0sụi (ancol propylic) > t0sụi ( ancol isopropylic) b. t0sụi (axit fumaric ) > t0sụi ( axit maleic)
Nhận xột:
Với bài tập này, đũi hỏi học sinh phải cú tư duy phõn tớch và kĩ năng lập luận mối quan hệ giữa cấu tạo và tớnh chất húa học của cỏc chất húa học.
a- Cả hai ancol đều tạo được liờn kết hiđro giữa cỏc phõn tử, nhưng diện tớch bề mặt phõn tử của ancol propylic lớn hơn ancol isopropylic nờn lực phõn tỏn mạnh hơn, do đú nhiệt độ sụi của ancol propylic cao hơn.
b- Đõy là hai đồng phõn hỡnh học
Dạng cis- là axit maleic HOOC- CH=CH- COOH
Dạng trans- là axit fumaric
Khi giải thớch về nhiệt độ núng chảy mới núi đến tinh thể. Khi núi về nhiệt độ sụi, điều quan trọng là yếu tố liờn kết hidro: Dạng cis- cú khả năng tạo liờn kết hiđro nội phõn tử nờn làm giảm tương tỏc liờn phõn tử; dạng
trans- khụng tạo được liờn kết hidro nội phõn tử mà chỉ tạo được liờn kết hidro liờn phõn tử, do đú t0sụi (axit fumaric ) > t0sụi ( axit maleic ).
Vớ dụ 2: Giải thớch tại sao:
a. Khi lắc anilin với nước thỡ thu được hỗn hợp đục như sữa, nếu thờm axit sufuric vào hỗn hợp tạo thành dung dịch trong suốt, sau đú thờm NaOH thỡ dung dịch lại vẩn đục?
b. Ở đỏy cỏc chai đựng fomalin thường xuất hiện kết tủa màu trắng? c. Ở cỏc lọ đựng benzandehit (chất lỏng) thường xuyờn xuất hiện những tinh thể chất rắn bỏm vào thành lọ, nơi mặt thoỏng của chất lỏng?
Nhận xột:
Bài tập này rốn luyện cho học sinh khả năng suy luận tớnh chất húa học của anilin và anđehit, từ đú giải thớch hiện tượng xảy ra.
a- Anilin rất ớt tan trong nước. Khi lắc với nước tạo thành nhũ tương đục, trắng như sữa. Khi thờm axit H2SO4 vào sẽ tạo muối sunfat tan tốt. Kiềm