SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT LÊ LỢI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 GIẢI NHANH BÀI TOÁN THỦY PHÂN ESTE CỦA PHENOL Người thực hiện: Hắc
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT LÊ LỢI
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
MỘT SỐ KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 GIẢI NHANH BÀI TOÁN THỦY PHÂN ESTE CỦA PHENOL
Người thực hiện: Hắc Thị Phương Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Hóa Học
THANH HOÁ NĂM 2022
Trang 2MỤC LỤC
Trang
1 Mở đầu 1
1.1 Lý do chọn đề tài 1
1.2 Mục đích nghiên cứu 1
1.3 Đối tượng nghiên cứu 1
1.4 Phương pháp nghiên cứu 2
2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 3
2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 3
2.1.1 Khái niệm 3
2.1.2 Điều chế 3
2.1.3 Phản ứng thủy phân este của phenol 3
2.1.4 Định luật bảo toàn nguyên tố và khối lượng 4
2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng SKKN 4
2.3 Các SKKN hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 5
2.3.1 Dạng 1 Bài toán thủy phân este của phenol cơ bản 5
2.3.2 Dạng 2 Bài toán thủy phân este của phenol nâng cao 7
2.3.3 Một số bài tập vận dụng phương pháp giải 10
2.3.4 Hướng dẫn giải và đáp án 11
2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường 15
3 Kết luận và kiến nghị 16
Trang 31 MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài.
Hiện nay, với hình thức thi trắc nghiệm khách quan cùng nhiều đổi mới trong các kỳ thi THPT Quốc gia, thi tốt nghiệp THPT của Bộ giáo dục và đào tạo, đòi hỏi học sinh (HS) không những phải trang bị cho mình lượng kiến thức vững chắc mà còn phải có sự linh hoạt, sáng tạo trong giải toán Trước mỗi bài toán hóa học có thể có nhiều cách giải khác nhau, song việc chọn cho mình một phương pháp giải nhanh, gọn, chính xác là vấn đề không dễ
Trong chương trình hóa học hữu cơ, este là một chủ đề khá quan trọng, thường được nhắc đến trong các kỳ thi Đặc biệt trong những năm gần đây xu hướng ra đề thi thường đề cập tới một số vấn đề mới, lạ Trong đó, bài toán thủy phân este của phenol là một ví dụ điển hình Đây là dạng toán phức tạp và khó, thường gây trở ngại, khó khăn cho HS, lấy đi khá nhiều thời gian trong quá trình làm bài
Việc nghiên cứu về este từ trước đến nay đã được nhiều tác giả quan tâm đến như: tác giả Nguyễn Minh Tuấn “Phát triển tư duy sáng tạo giải nhanh bài tập trắc nghiệm hóa học hữu cơ 12”; tác giả Cao Cự Giác: “Kỹ năng giải nhanh bài tập trắc nghiệm hóa học 12”; tác giả Quan Hán Thành: “Phân loại và phương pháp giải hóa học hứu cơ”; tác giả Nguyễn Xuân Trường: “Kĩ thuật giải nhanh
bài toán hay và khó Hóa Học 12”; Tuy nhiên, bài tập về phản ứng thủy phân
este của phenol lại chưa thực sự được đào sâu nghiên cứu, hoặc gộp chung với những nội dung khác mà chưa được bóc tách riêng rẽ, cụ thể Nhiều giáo viên (GV) cũng đã nghiên cứu về bài toán này, tuy nhiên đa số thường trình bày rộng, tham kiến thức mà cách giải còn chưa triệt để
Bằng niềm say mê Hóa học, sự tâm huyết với nghề giáo, tôi chọn nghiên
cứu đề tài: “Một số kinh nghiệm hướng dẫn học sinh lớp 12 giải nhanh bài
toán thủy phân este của phenol”, với mong muốn cung cấp cho HS nguồn tài
liệu phù hợp nhất để các em có thể tự học, tự chiếm lĩnh kiến thức, đồng thời khơi dậy niềm đam mê, yêu thích hóa học, phát triển năng lực tư duy sáng tạo của học sinh
1.2 Mục đích nghiên cứu.
- Giúp học sinh hiểu đúng, hiểu rõ bản chất của bài toán thủy phân este của phenol, cách giải nhanh bài toán Qua đó, nâng cao năng lực tự học, rèn luyện khả năng tư duy thông minh, tích cực sáng tạo nhằm tạo hứng thú học tập
bộ môn hoá học của học sinh THPT
- Đưa hệ thống bài tập để áp dụng cho HS lớp 12 từ đó đánh giá và kiểm nghiệm đề tài
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
- Năng lực tự học, phương pháp bồi dưỡng năng lực tự học
- Hệ thống hóa kiến thức về este của phenol các vấn đề liên quan
- Giới thiệu một số dạng bài tập về bài toán thủy phân este của phenol Hướng dẫn HS giải bài toán tổng quát, suy ra công thức giải, từ đó áp dụng để giải nhanh các bài tập
Trang 41.4 Phương pháp nghiên cứu.
Trong quá trình nghiên cứu đề tài này tôi có sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết: nghiên cứu sách giáo khoa, sách bài tập THPT, sách tham khảo, các nội dung lý thuyết liên quan đến bài toán thủy phân este của phenol trong chương trình hoá học hữu cơ 12
- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin:
+ Nghiên cứu khả năng tiếp thu của học sinh lớp 12 để có những cách trình bày thật dễ hiểu, phù hợp với từng đối tượng học sinh
+ Vận dụng phương pháp giải bài tập vào thực tiễn giảng dạy của mình, học tập của học sinh, cũng như thu thập ý kiến phản hồi từ học sinh và đồng nghiệp, rút kinh nghiệm sữa chữa, bổ sung, hoàn thiện hơn
- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
Trang 52 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.
2.1.1 Khái niệm
2.1.1.1 Khái niệm về phenol
Phenol là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm –OH liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon của vòng benzen
Nhóm –OH liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon của vòng benzen được gọi là –OH phenol
Phenol đơn giản nhất là C6H5-OH, phân tử gồm 1 nhóm –OH liên kết với
gốc phenyl.[1].
2.1.1.2 Khái niệm về este
Khi thay nhóm OH ở nhóm cacboxyl của axit cacboxylic bằng nhóm OR thì được este
Este đơn giản có công thức cấu tạo như sau:
RCOOR’ với R, R’ là gốc hiđrocacbon no, không no hoặc thơm
(trừ trường hợp este của axit fomic có R là H).[2].
Như vậy:
- Nếu este có gốc R’ là gốc hidrocacbon thơm có dạng –C6H5 (phenyl), -C6H4(CH3), -C6H3(CH3)2…được gọi là este của phenol.
- Công thức tổng quát: RCOOC6H5-x(R’)x, với x ≥ 0
Thường gặp công thức: RCOOC6H4R’(với R’ là gốc hiđrocacbon hoặc hiđro)
Ví dụ:
HCOOC6H5 : phenylfomat
CH3COOC6H5 : phenylaxetat
C2H5COOC6H5: phenylpropionat
2.1.2 Điều chế
Khác với ancol, phenol không tác dụng trực tiếp với axit cacboxylic tạo thành este Muốn điều chế este của phenol phải dùng anhiđrit hoặc clorua axit cho tác dụng với phenol trong môi trường bazơ (NaOH hoặc piriđin) Thí dụ:
C6H5OH + (CH3CO)2O CH3COOC6H5 + CH3COOH
C6H5OH + CH3COCl CH3COOC6H5 + HCl [3].
2.1.3 Phản ứng thủy phân este của phenol.
- Thủy phân trong môi trường axit:
RCOOC6H5 + H2O H
RCOOH + C6H5OH
Ví dụ:
CH3COOC6H5 + H2O H
CH3COOH + C6H5OH
Do CH3COOH và C6H5OH đều có tính axit nên không có phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại
- Thủy phân trong môi trường kiềm:
RCOOC6H5 + 2NaOH RCOONa + C6H5ONa + H2O
Ví dụ:
CH3COOC6H5 + 2NaOH CH3COONa + C6H5ONa + H2O
Trang 6Nhận xét:
+ Dù phản ứng thủy phân este của phenol xảy ra trong môi trường axit hay bazơ thì đều là phản ứng một chiều
+ Khác với este đơn chức thông thường, este của phenol tác dụng với NaOH theo tỉ lệ mol 1:2, sản phẩm thu được gồm 2 muối + H2O
2.1.4 Định luật bảo toàn nguyên tố và khối lượng.
Nguyên tắc: Trong phản ứng hóa học các nguyên tố và khối lượng của
chúng được bảo toàn
Từ đó suy ra:
- Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố trước và sau phản ứng luôn bằng nhau
- Tổng khối lượng chất tham gia = Tổng khối lượng chất sản phẩm
- Tổng khối lượng chất trước phản ứng = Tổng khối lượng chất sau phản ứng
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
* Thực trạng chung.
Trong chương trình hóa hữu cơ, este là phần kiến thức rất phong phú, đa dạng Bài toán thủy phân este của phenol là một phần quan trọng trong chương trình hóa học THPT, đặc biệt là chương trình lớp 12
Cách giải bài toán este của phenol không được đề cập tới trong SGK nhưng thực tế lại có rất nhiều bài toán liên quan tới vấn đề này trong các đề thi, đặc biệt là kỳ thi HSG, thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng, thi THPT quốc gia, thi tốt nghiệp THPT… Tác giả đề thi thường đề cập tới bài toán này ở mức độ vận dụng và vận dung cao
Chẳng hạn, trong đề thi THPT Quốc Gia – 2017, mã đề 203 có câu:
Hỗn hợp X gồm phenyl axetat, metyl benzoat, benzyl fomat và etyl phenyl oxalat Thuỷ phân hoàn toàn 36,9 gam X trong dung dịch NaOH (dư, đun nóng), có 0,4 mol NaOH phản ứng, thu được m gam hỗn hợp muối và 10,9 gam hỗn hợp Y gồm các ancol Cho toàn bộ Y tác dụng với Na dư, thu được 2,24 lít khí H 2 (đktc) Giá trị của m là
Rồi dạng bài này lại được nhắc đến trong kỳ thi THPT Quốc gia hoặc thi tốt nghiệp THPT trong các năm tiếp theo với một yêu cầu khác, như:
Trong đề thi THPT Quốc Gia – 2018, mã đề 202 có câu:
Hỗn hợp E gồm bốn este đều có công thức C 8 H 8 O 2 và có vòng benzen Cho 16,32 gam E tác dụng tối đa với V ml dung dịch NaOH 1M (đun nóng), thu được hỗn hợp X gồm các ancol và 18,78 gam hỗn hợp muối Cho hoàn toàn X vào bình đựng kim loại Na dư, sau khi phản ứng kết thúc khối lượng chất rắn trong bình tăng 3,83 gam so với ban đầu Giá trị của V là
…
Trang 7* Đối với giáo viên:
Nhiều giáo viên chưa phân tích được bản chất bài toán, chưa tìm ra được điểm khác nhau trong phản ứng thủy phân của este ancol và este của phenol khi giải toán Mặt khác, thời gian trên lớp không nhiều giáo viên không thể truyền tải hết được cách giải dạng bài này Vì vậy, đòi hỏi giáo viên phải đưa ra được những hướng giải nhanh, biến khó thành dễ, biến phức tạp thành đơn giản, giúp học sinh thấy hứng thú trong học tập, đồng thời phát huy tốt năng lực tự học của học sinh
* Đối với học sinh:
Bài toán thủy phân este của phenol thường khá phức tạp, khó, gây lúng túng, e ngại cho nhiều học sinh Đa phần học sinh rất sợ khi gặp dạng bài này; nhiều học sinh chưa hiểu rõ yêu cầu của đề bài, mất phương hướng trong giải toán, thậm chí là bế tắc Một số học sinh sử dụng được phương pháp giải nhanh nhưng còn vụng về, máy móc và chưa linh hoạt
Trước thực trạng trên, tôi đã thấy rõ sự cần thiết phải hướng dẫn các em lĩnh hội được phương pháp giải dạng bài toán này một cách nhanh nhất, dễ hiểu nhất với mong muốn xích lại gần hơn giữa đối tượng khám phá và người tiếp nhận, lấy lại vị thế môn Hóa học trong lòng học sinh và nhân dân
2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.
2.3.1 Dạng 1 Bài toán thủy phân este của phenol cơ bản.
* Bài toán:
Xét hỗn hợp X gồm este thường R1COOR (a mol) và este của phenol
R2COOC6H4R’ (b mol) tác dụng hoàn toàn với dung dịch NaOH
Ta có phương trình phản ứng:
R1COOR + NaOH R1COONa + ROH (1)
R2COOC6H4R’ + 2NaOH R2COONa + R’C6H4ONa + H2O (2)
b mol 2b mol b mol b mol b mol
*Phản ứng (1), (2) ta quan tâm tới hai thành phần –COOR và –COOC6H4R’ Khi đó:
-COOR + NaOH -COONa + ROH
a mol a mol a mol a mol
-COOC6H4R’ + 2NaOH -COONa + R’C6H4ONa + H2O
Suy ra:
- Sơ đồ phản ứng:
X + NaOH muối + ROH + H2O
- nX = n-COO- = a + b
- nNaOH = a + 2b
Vậy b n H O2 n NaOHpu nC
Trang 8OO-* Phương pháp giải
- Bảo toàn khối lượng:
X + NaOH muối + ROH + H2O (X là hỗn hợp gồm este thường và este của phenol)
Ta có:
mX + mNaOH pư = mmuối + mROH + m H O2
Nếu NaOH dư:
mX + mNaOH = mrắn + mROH + m H O2
- Lưu ý mối quan hệ mol:
n estephenol n H O2 n NaOH nC
OO Quan tâm 2 thành phần –COOR và OO COOC6H4R’:
-COOR: amol
-COOC H R bmol' :
ROH
H O NaOHpu
n amol
n bmol
n a b mol
* Dấu hiệu nhận biết este của phenol
- Thủy phân hỗn hợp este đơn chức mà nNaOH > neste
- Este phản ứng với NaOH hoặc KOH sinh ra H2O
- Thường gặp khi este có vòng benzen hoặc este có số nguyên tử C ≥ 7
- Dựa vào tỉ lệ T =
OO-NaOH C
n
n + Nếu T = 2 hỗn hợp chỉ gồm các este của phenol
+ Nếu 1< T < 2 hỗn hợp gồm este thường và este của phenol
Ví dụ 1:
Cho 16,6g hỗn hợp X gồm metylfomat và pheylaxetat với tỉ lệ mol tương ứng là 1:2 tác dụng hoàn toàn với 200ml dung dịch NaOH 1,5M thu được dung dịch Y Cô cạn dung dịch Y thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m là
Phân tích:
- Ví dụ mở đầu nhằm giúp HS làm quen và tạo hứng thú để HS tiếp cận dạng toán một cách dễ dàng, từ đó sẽ nâng dần độ khó ở các ví dụ sau
- Hỗn hợp 2 este trong đó có 1 este của phenol, HS dễ dàng vận dụng phương pháp giải.
Hướng dẫn giải:
16,6 gam X gồm: 3
HCOOCH : a = 0,05 (mol)
CH COOC H : 2a 0,1(mol)
2
0,05 0,1
CH OH
H O
n mol
X + NaOH chất rắn + CH3OH + H2O Bảo toàn khối lượng:
mX + mNaOH pư = mchất rắn + m CH OH3 m H O2
16,6 + 0,3.40 = m + 0,05.32 + 0,1.18 m = 25,2 gam
Chọn đáp án D.
Trang 9Ví dụ 2:
Hai este X, Y có cùng công thức phân tử C8H8O2 và chứa vòng benzen trong phân tử Cho 6,8 gam hỗn hợp gồm X và Y tác dụng với dung dịch NaOH
dư, đun nóng, lượng NaOH phản ứng tối đa là 0,06 mol, thu được dung dịch Z chứa 4,7 gam ba muối Khối lượng muối của axit cacboxylic có phân tử khối lớn hơn trong Z là
A 3,40 gam B 0,82 gam C 0,68 gam D 2,72 gam
(Đề thi tuyển sinh Đại học, cao đẳng khối B - 2014)
Phân tích: Hỗn hợp gồm 2 este ta dễ nhận ra có este của phenol và vận
dụng phương pháp giải nhanh Cần lưu ý cách suy ra CTCT của các este dựa vào số nguyên tử C trong phân tử: C = 8 Hỗn hợp thu được gồm 3 muối trong
đó có 1 muối của phenol và 2 muối của axit cacboxylic.
Hướng dẫn giải:
⇒T = NaOH
hh
n 0,06
1,2
-COOR: 0,05-0,01=0,04mol
H R mol
X + NaOH muối + ROH + H2O Bảo toàn khối lượng:
mX + mNaOH pư = mmuối + mROH + m H O2
6,8 + 0,06.40 = 4,7 + 0,04.MROH + 0,01.18
⇒ MROH = 108 ⇒ CTPT C7H7OH ⇒ CTCT: C6H5CH2OH
Vì thu được 3 muối nên CTCT của X, Y là:
HCOOCH2C6H5
CH3COOC6H5: 0,01 mol ⇒ CH3COONa: 0,01 mol ⇒ m = 0,82 gam
Chọn đáp án B.
2.3.2 Dạng 2 Bài toán thủy phân este của phenol nâng cao.
- Bài toán thủy phân este thường kết hợp với bài toán đốt cháy, hoặc xử lý sản phẩm muối, ancol… sau thủy phân
- Mô hình bài toán:
X -COOC 6 4 '
-COOR
H R
2 4
2 2
2
2
,
2
-COONa R'C
ete
o
o
o dac
t
Na O t
H SO t
CO O
H O
H ONa
H
anken
H O
Trang 10Khí đó ta cần sử dụng linh hoạt 2 công thức trên cùng các kỹ năng giải toán về ancol…để giải nhanh bài toán
Ví dụ 1:
Hỗn hợp E gồm bốn este đều có công thức C8H8O2 và có vòng benzen Cho 16,32 gam E tác dụng tối đa với V ml dung dịch NaOH 1M (đun nóng), thu được hỗn hợp X gồm các ancol và 18,78 gam hỗn hợp muối Cho toàn bộ X vào bình đựng kim loại Na dư, sau khi phản ứng kết thúc khối lượng chất rắn trong bình tăng 3,83 gam so với ban đầu Giá trị của V là
A 120 B 240 C 190 D 100.
(Đề thi THPT Quốc Gia – 2018, mã đề 202)
Phân tích: Từ CTPT và đặc điểm cấu tạo có vòng benzen dễ thấy E gồm
este ancol và este của phenol Áp dụng phương pháp giải và kết hợp xử lý ancol sau thủy phân ta sẽ nhanh chóng tìm ra đáp án
Hướng dẫn giải:
nE = 0,12 mol
X + NaOH muối + ROH + H2O 2ROH + 2Na 2RONa + H2
-COOR: xmol
-COOC H R' : (0,12 x mol)
(0, 24 )
ROH
H O NaOHpu
n xmol
Khối lượng bình Na tăng 3,83 gam mancol = (3,83 + x) gam
BTKL: mX + mNaOH pư = mmuối + mROH + m H O2
16,32 + 40(0,24 - x) = 18,78 + (3,83 + x) + 18(0,12 – x)
x = 0,05 mol nNaOH = 0,19 mol V = 0,19 lit = 190 ml
Chọn đáp án C.
Ví dụ 2:
Hỗn hợp X gồm phenyl axetat, metyl benzoat, benzyl fomat và etyl phenyl oxalat Thuỷ phân hoàn toàn 36,9 gam X trong dung dịch NaOH (dư, đun nóng),
có 0,4 mol NaOH phản ứng, thu được m gam hỗn hợp muối và 10,9 gam hỗn hợp Y gồm các ancol Cho toàn bộ Y tác dụng với Na dư, thu được 2,24 lít khí
H2 (đktc) Giá trị của m là
Phân tích:
- CTCT của các este:
+ phenyl axetat: CH3-COO-C6H5
+ metyl benzoat: C6H5-COO-CH3
+ benzyl fomat: H-COO-CH2-C6H5
+ etyl phenyl oxalat: C2H5-OOC-COO-C6H5
- Từ các CTCT trên ta thấy: hỗn hợp gồm cả este đơn chức và este đa chức, tuy nhiên để ý đặc điểm liên kết của nhóm –COO- với gốc R ta có thể quy ra hỗn hợp gồm –COOR và –COOC6H4R’ Như vậy, bài toán đến đây đã từ phức tạp trở nên đơn giản hơn
