(SKKN 2022) rèn luyện kỹ năng xử lí bài tập đốt cháy hợp chất hữu cơ cho học sinh lớp 11,12 trường THPT thạch thành 1

Giúp học sinh hệ thống hóa các phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy những hợp chất hữu cơ quan trọng 3 2.3.3.. Xây dựng một số công thức tính toán quan trọng liên quan đến các chất

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

THPT TRƯỜNG THẠCH THÀNH I

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

RÈN LUYỆN KỸ NĂNG XỬ LÍ BÀI TẬP ĐỐT CHÁY HỢP CHẤT HỮU CƠ CHO HỌC SINH LỚP 11,12 TRƯỜNG THPT

THẠCH THÀNH 1

Người thực hiện : Cao Thị Nội

Chức vu : Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hoá học

MỤC LỤC Trang

2.3.Các SKKN đã được sử dụng để giải quyết vấn đề 2 2.3.1.Giúp học sinh nắm vững cách lập CTPT của các hợp chất hữu cơ 2 2.3.2 Giúp học sinh hệ thống hóa các phương trình hóa học của

phản ứng đốt cháy những hợp chất hữu cơ quan trọng

3

2.3.3 Xây dựng một số công thức tính toán quan trọng liên quan đến

các chất từ phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy các hợp chất

hữu cơ

4

2.3.4.Giúp HS nắm vững các bước giải một bài toán đốt cháy các

HCHC Các phương pháp thường dùng, dấu hiệu nhận biết chúng

6

2.4 Hiệu quả của SKKN đối với hoạt động giáo dục, với bản thân,

đồng nghiệp và nhà trường

12

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

SKKN Sáng kiến kinh nghiệm THPT Trung học phổ thông CTPT Công thức phân tử CTCT Công thức cấu tạo HCHC Hợp chất hữu cơ

HS Học sinh

1.MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Bài toán đốt cháy HCHC là dạng toán cơ bản, đặc trưng của phần hóa học hữu cơ, thường xuyên có mặt trong các đề kiểm tra trắc nghiệm như: Đề kiểm tra định kì, thi học kì, đề thi THPT quốc gia, thi học sinh giỏi …Trong khi

đó thời gian để trả lời một câu hỏi trắc nghiệm lại rất ít do đó HS cần phải có một số kĩ năng phát hiện ra dấu hiệu giải toán khi giải dạng toán này Vì vậy tôi

lựa chọn xây dựng chuyên đề“ Rèn luyện kỹ năng xử lí bài tập đốt cháy hợp

chất hữu cơ cho học sinh lớp 11,12 trườngTHPT Thạch Thành 1” nhằm giúp

học sinh trường THPT Thạch Thành 1 có hứng thú học tập bộ môn hóa học và

có kĩ năng làm bài, nâng cao kết quả học tập của các em HS

1.2 Muc đích nghiên cứu

- Giúp các em HS lớp 11,12 trường THPT Thạch Thành 1có một số kĩ năng cơ bản, cần thiết để giải các bài toán hóa học, đặc biệt là kĩ năng xử lí bài tập trắc nghiệm đốt cháy HCHC

- Lựa chọn ra những phương pháp đặc trưng và một số dấu hiệu giải bài tập sao cho phù hợp với kiểu bài tập trắc nghiệm đốt cháy HCHC và phù hợp với khả năng nhận thức của đối tượng HS Từ đó triển khai áp dụng rộng rãi đối với các dạng toán trắc nghiệm hóa học khác và các đối tượng học sinh khác nhau

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu các dạng bài tập trắc nghiệm đốt cháy HCHC trong chương trình hóa học THPT lớp 11, 12 và nghiên cứu đặc điểm, khả năng nhận thức của HS khi gặp phải bài toán trắc nghiệm đốt cháy hợp chất hữu cơ và một số hướng xử

lí ban đầu của HS khi gặp các bài tập dạng này

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích và tổng hợp lý thuyết, khái quát hóa các dạng bài tập để nêu ra phương pháp giải bài tập hóa học

- Xây dựng phương pháp giải thông qua các dạng bài toán cụ thể từ đó khái quát hóa chúng

- Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả, tính đúng đắn của phương pháp thông qua kiểm định kết quả của các bài kiểm tra

2.NỘI DUNG

2.1 Cơ sở lý luận

Trong hệ thống các bài tập hoá học hữu cơ, loại toán trắc nghiệm đốt cháy HCHC là rất phong phú và đa dạng Về nguyên tắc để làm tốt bài tập đốt cháy

HCHC cần cho HS làm rõ một số vấn đề sau:

- Giúp HS nắm vững cách lập CTPT của các HCHC

- Giúp HS hệ thống hóa các phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy những HCHC quan trọng

- Xây dựng một số công thức tính toán quan trọng liên quan đến các chất từ phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy các HCHC

- Giúp HS nắm vững các bước giải một bài toán đốt cháy các HCHC

Tôi nghĩ giáo viên làm công tác giảng dạy, bồi dưỡng sẽ không thể đạt được mục đích nếu như không chọn lọc, nhóm các bài tập theo từng dạng, nêu đặc điểm của dạng và xây dựng hướng giải cho mỗi dạng Đây là khâu có ý nghĩa quyết định trong công tác giảng dạy, bồi dưỡng kiến thức cho HS vì nó là cẩm nang giúp HS tìm ra được hướng giải một cách dễ dàng, hạn chế tối đa những sai lầm trong quá trình giải bài tập, đồng thời phát triển được tiềm lực trí tuệ cho

HS

( thông qua các bài tập tương tự mẫu và các bài tập vượt mẫu)

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dung SKKN

Qua thực tế giảng dạy trên lớp và kết quả của các bài kiểm tra, các bài thi qua các năm tôi thấy bài tập phần hóa hóa học hữu cơ, đặc biệt là các bài tập trắc nghiệm về phản ứng đốt cháy các HCHC, đại đa số các em chưa hiểu bản chất bài toán, chưa có kĩ năng xử lí, hướng giải quyết, thường thì các em chọn bừa đáp án nên kết quả của các em học sinh chưa được cao Nguyên nhân ở đây là các em chưa nắm vững được phần mở đầu về hóa học hữu cơ, nên các em chưa nắm bắt được kĩ năng, cách xử lí Ngoài ra do các em ít đọc tài liệu tham khảo nên chưa hình thành kĩ năng nhận diện bài toán…

2.3 Các SKKN đã được sử dung để giải quyết vấn đề (Bài học kinh nghiệm)

Hiện nay, khả năng tiếp thu kiến thức và tiếp cận với môn Hóa học của đại

đa số HS trường THPT Thạch Thành 1 còn có nhiều mặt hạn chế Vì vậy tôi sử dụng "Một số kĩ năng xử lí, một số phương pháp phân tích hướng đi khi gặp các bài tập trắc nghiệm đốt cháy hợp chất hữu cơ để áp dụng giảng dạy đối với HS lớp 11,12 trường THPT Thạch Thành 1 " phù hợp với khả năng nhận thức của học sinh và mang đậm tính đặc trưng và bản chất của môn Hóa học thì mức độ tiếp thu, tiếp cận, kĩ năng xử lí của học sinh đối với môn học sẽ được nâng cao, hiệu quả hơn

Trong phạm vi của đề tài này, tôi xin được phép trình bày kinh nghiệm xử lí một số dạng bài tập đốt cháy HCHC Nội dung đề tài được sắp xếp theo nhiều dạng đốt cháy, mỗi dạng có nêu nguyên tắc áp dụng và các ví dụ minh hoạ

2.3.1 Giúp HS nắm vững cách lập CTPT của các HCHC

CTPT của HCHC biểu thị số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử Để lập CTPT chung của các HCHC cần có nhiều thông tin Trong đó,

có những thông tin hiển thị rõ ràng có thể nhận thức ngay được như thành phần nguyên tố, số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố, bên cạnh đó còn có những thông tin đòi hỏi HS phải có năng lực phát hiện vấn đề mới nhận thức được như

số liên kết , số vòng… Việc lập được CTPT chung của các HCHC sẽ giúp cho

HS viết được phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy

Cách lập CTPT của các HCHC có chứa nhóm chức

- Bước 1 Tìm tổng số liên kết và vòng của toàn bộ phân tử rồi lập CTPT

hidrocacbon tương ứng Nếu hợp chất hữu cơ có k liên kết và vòng thì hidrocacbon tương ứng sẽ có công thức là CnH2n+2 -2k

- Bước 2 Xác định số nguyên tử oxi, nitơ, halogen… để thêm vào công

thức hidrocacbon vừa lập

2

Chú ý: Để đảm bảo hóa trị của các nguyên tố (cacbon có hóa trị bốn, hidro có

hóa trị một, oxi có hóa trị hai, nitơ có hóa trị ba, halogen có hóa trị một), nếu thêm oxi thì không thay đổi số nguyên tử hidro nhưng nếu thêm nitơ thì phải thêm hidro (thí dụ thêm 1 nguyên tử nitơ phải thêm 1 nguyên tử hidro), thêm halogen thì phải bớt hidro (thí dụ thêm 1 nguyên tử clo phải bớt 1 nguyên tử hidro)

Xét hợp chất có công thức: CxHyOzNtXv ( X là halogen)

K = (2x + 2+ t –(y+v)/ 2 Với K là số liên kết ( + vòng)

Thí du: Lập CTPT chung của các amino axit no, mạch hở chứa 1 nhóm –NH2

và 1 nhóm –COOH trong phân tử

- Bước 1 Tìm tổng số liên kết và vòng của toàn bộ phân tử amino axit.

Vì amino axit no, mạch hở nên phần gốc của nó không có liên kết và vòng nhưng có 1 liên kết trong nhóm chức –COOH

CTPT hidrocacbon tương ứng là CnH2n+2 -2 hay CnH2n

- Bước 2 Xác định số nguyên tử O, N để thêm vào công thức hidrocacbon

vừa lập Chú ý để đảm bảo hóa trị của các nguyên tố, nếu thêm nitơ thì phải thêm hidro Phân tử amino axit có 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH nên có 2 nguyên tử O và 1 nguyên tử N Như vậy phải thêm 1 nguyên tử H

Công thức phân tử chung của amino axit no, mạch hở chứa 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH là CnH2n+1O2N (n ≥ 2)

2.3.2 Giúp HS hệ thống hóa các phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy những HCHC quan trọng

Bản chất của các bài toán hóa học phần lớn đều thể hiện mối quan hệ giữa các chất trong phản ứng Việc quan sát phương trình hóa học tổng quát của phản ứng sẽ giúp HS rút ra các công thức tính toán liên quan đến các chất, từ đó giúp

HS giải nhanh các bài tập Sau đây là phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy các HCHC quan trọng

Phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy các HCHC có chứa nhóm chức

Tổng quát: CxHyOz + (x +)O2 xCO2+ H2O

Hoặc CxHyOzNt + (x +)O2 xCO2+ H2O + N2

- Đốt cháy ancol, ete no, đơn chức, mạch hở

CnH2n +2O + O2 nCO2 + (n+1)H2O

- Đốt cháy ancol, ete no, hai chức, mạch hở

CnH2n +2O2 + O2 nCO2 + (n+1)H2O

- Đốt cháy ancol, ete no, ba chức, mạch hở

CnH2n +2O3 + O2 nCO2 + (n+1)H2O

- Đốt cháy anđehit, xeton no, đơn chức, mạch hở; ancol, ete đơn chức, mạch hở

có một liên kết đôi C=C

CnH2n O + O2 nCO2 + nH2O

- Đốt cháy anđehit, xeton đơn chức, mạch hở, có một liên kết đôi C=C; ancol,

ete đơn chức, mạch hở, có một liên kết ba C≡C hoặc hai liên kết đôi C=C

CnH2n -2O + O2 nCO2 + (n-1)H2O

- Đốt cháy axit, este no, đơn chức, mạch hở; tạp chức anđehit - ancol no, mạch hở…

CnH2n O2 + O2 nCO2 + nH2O

- Đốt cháy axit, este đơn chức, mạch hở, có một liên kết đôi C=C; anđehit no, hai chức, mạch hở…

CnH2n-2 O2 + O2 n CO2 + (n-1)H2O

- Đốt cháy cacbohiđrat

Cn(H2O)m + n O2 n CO2 + m H2O

- Đốt cháy amin no, đơn chức, mạch hở

CnH2n+3N + () O2 n CO2+ H2O + N2

- Đốt cháy amino axit no, mạch hở, có 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH

CnH2n+1O2N + () O2 n CO2+ H2O + N2

- Đốt cháy muối của axit cacboxylic, thí dụ: CnH2n+1COONa

CnH2n+1COONa + (3n+1)O2 Na2CO3 + (2n+1) CO2 + (2n+1) H2O

2.3.3 Xây dựng một số công thức tính toán quan trọng liên quan đến các chất từ phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy các HCHC

(1) Từ phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy HCHC (A) chứa C,H,O,N:

CxHyOzNt + (x +) O2 x CO2+ H2O + N2

(a) Số nguyên tử C = , Số nguyên tử H = ; Số nguyên tử N =

(b) (bảo toàn khối lượng)

(c) (bảo toàn nguyên tố oxi)

(2) Từ phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy HCHC (B) có dạng

C2H2n+2Oz (z ≥ 0):

CnH2n+2 Oz + O2 n CO2 + (n+1) H2O

Ta có

(3) Từ phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy HCHC (C) có dạng

C2H2n-2Oz (z ≥ 0):

CnH2n-2 Oz + O2 n CO2 + (n-1) H2O

Ta có

(4) Từ phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy hidrocacbon có dạng (CH)n

4

như : C2H2, C4H4, C6H6, C8H8

CnHn + O2 n CO2 + H2O

Ta có, ,

(5) Từ phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy HCHC chứa C, H,O có dạng (CH2O)n (thí dụ: HCHO, CH3COOH, HCOOCH3, CH3CH(OH)COOH,

glucozơ C6H12O6, ):

CnH2n On + n O2 n CO2 + n H2O

Ta có

(6) Từ phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy các HCHC có dạng CnH2n ,

CnH2n+2O:

CnH2n + O2 n CO2 + n H2O

CnH2n +2O + O2 n CO2 + (n+1) H2O

Ta có

(7) Từ phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy các HCHC có dạng

CnH2n, CnH2n-2O2 , CnH2n-4O4:

CnH2n + O2 n CO2 + n H2O

CnH2n-2 O2 + O2 n CO2 + (n-1) H2O

CnH2n-4 O4 + O2 n CO2 + (n-2) H2O

Ta có

(8) Sản phẩm cháy các HCHC thường là CO2 và H2O, thường cho sản phẩm cháy thu được dẫn qua bình (1) đựng các chất hấp thụ H2O như: P2O5, H2SO4 đặc, CaCl2 khan, , bình (2) đựng chất hấp thụ CO2 như NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 Khi đó khối lượng của bình (1) tăng = mH2O, khối lượng bình (2) tăng

= mCO2 Nếu cho toàn bộ sản phẩm cháy qua dung dịch Ca(OH)2, Ba(OH)2 thì khối lượng bình tăng = Khi đó, khối lượng dung dịch tăng hoặc giảm so với khối lượng dung dịch ban đầu

+ Khối lượng dung dịch tăng:

+ Khối lượng dung dịch giảm:

+ Lọc kết tủa, đun nóng lại có kết tủa trong dung dịch có muối hiđrocacbonat

2.3.4 Giúp HS nắm vững các bước giải một bài toán đốt cháy các HCHC Các phương pháp thường dùng và dấu hiệu nhận biết đẻ sử dung các

phương pháp đó là :

Phương pháp bảo toàn nguyên tố:

Dấu hiệu:

Khi mọi số liệu đều dưới dạng thể tích và số mol

Dùng thể tích và số mol đó làm hệ số các chất trong phương trình phản ứng rồi bảo toàn

Khi đề bài cho hoặc hỏi O2 trong phản ứng đốt cháy bảo toàn nguyên tố O

Đốt cháy hợp chất hữu cơ (Na,K) ta có nC (hchc) = nCO2+ nNa2CO3/ K2CO3

Đốt cháy hợp chất hữu cơ (N) trong không khí (N2, O2)

nN 2sau phản ứng = nN 2 (spc) + nN 2 (kk )

Phương pháp bảo toàn khối lượng

Dấu hiệu: Khi đề bài cho số liệu dạng khối lượng đổi thành số mol được/không biểu diễn thành phương trình được

Bảo toàn khối lượng: - Cho phản ứng: mtrướcc = msau pu

- Cho chất/ hỗn hợp: m chất/hh =  mcác t/p

Phương pháp trung bình:

Dấu hiệu: Đề bài cho nhh

Để giải bài toán đốt cháy các HCHC có thể theo trình tự 3 bước:

Bước 1 Tìm CTPT của các hợp chất hữu cơ đem đốt cháy từ việc phân tích

đặc điểm cấu tạo của chúng

Bước 2 Viết phương trình hóa học của các phản ứng.

Bước 3 Vận dụng các công thức tính toán phù hợp để thực hiện yêu cầu của

bài toán

2.3.5 Một số ví du minh họa

Câu 1 : Cho hỗn hợp A gồm 0,1 mol etilenglicol và 0,2 mol X (C, H, O) Đốt

cháy A cần 21,28 lít khí O2(đktc) Sau phản ứng thu được 35,2 gam khí CO2 và 19,8 gam H2O Công thức phân tử của X là:

A C3H8O3 B C3H8O2 C C3H6O2 D C2H6O2

Phân tích, hướng dẫn giải

Etilenglicol C2H6O2 => ancol 2 chức no , mạch hỏ

Tổng số mol (C2H6O2 +X) =0,3 mol = nH2O - nCO2 =1,1-0,8

=> X phải là ancol

no ,mạch hở công thức tổng quát dạng CnH2n+2Ox

( C2H6O2 (0,1 mol) + CnH2n+2Ox ( 0,2 mol)) + O2 (0,95 mol)

-> CO2(0,8 mol) H2O 1,1 mol)

Bảo toàn nguyên tố C => 0,1.2 +0,2.n = 0,8 => n = 3

Bảo toàn nguyên tố O => 0,1.2 +0,2.x +0,95.2 =0,8.2 +1,1.1 => x =3

=> Đáp án B

Câu 2 : Hỗn hợp X gồm (axit axetic, axit fomic, axit oxalic) Cho m(g) X tác dụng với NaHCO3 dư thu được 15,68 lít khí CO2 (đktc) Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn m(g) X cần 8,96 lít khí O2 (đktc) thu được 35,2g CO2 và y mol H2O Giá trị của Y là:

A 0,6 B.0,8 C.0,2 D 0,3

Phân tích, hướng dẫn giải

(-COOH ) H +

+ HCO 3-  CO2 + H 2 O

0,7 0, 7

nCO2=n−COOH =0,7(mol); nCO2 cháy =0,8(mol); nO2=0,4(mol)

nCO2=n-COOH =0,7(mol); nCO2 cháy =0,8(mol); nO2=0,4(mol)

6

Ta thấy ta đã biết số mol của O2; số mol của CO2, cần phải tính số mol H2O do

đó ta nghĩ đến bảo toàn nguyên tố O

Trước tiên ta phải tính nO trong axit

Ta có mỗi chức axit có 2 nguyên tử O=> n O trơng axit =2n-COOH = 1,4(mol)

Bảo toàn O cho phản ứng: hỗn hợp + O2 CO2 + H2O

nO(hh) + 2.0, 4 = 2.0,8 + y  y = 0, 6

Câu 3: Cho hỗn hợp X gồm(CH3OH,CH2=CH-CH2OH,C2H4(OH)2,

C3H5(OH)3) Cho 25,4 gam hỗn hợp X tác dụng với Na dư thu được 5,6 lít khí

H2 (đktc) Mặt khác, đốt cháy 25,4 gam X thu được a mol CO2 và 27gam H2O Giá trị của a là:

A 1,25 B 1 C.1,4 D 1,2

Phân tích, hướng dẫn giải

–OH + Na → –ONa + ¹/₂ H2↑

0,5 0,25

Bảo toàn khối lượng cho hỗn hợp: mhh = mC + mH + mO

25,4 = 12a + 2.18+ 16.0,5  a  1, 2

Câu 4 : Dẫn V lít (ở đktc) hỗn hợp X gồm axetilen và hiđro đi qua ống sứ đựng

với 16 gam brom và còn lại khí Z Đốt cháy hoàn toàn khí Z thu được 2,24 khí

A 5,6 B 8,96 C 11,2 D 13,44

Phân tích, hướng dẫn giải

Hỗn hợp X gồm C2H2 + H2 → hỗn hợp Y gồm C2H2 dư ,C2H4,, C2H6 , H2 dư

C2H2 + 2 AgNO3 + 2 NH3 → C2Ag2 + 2 NH4NO3

0.05 0,05

=> nC2H2 dư = 0,05 mol và khí đi ra khỏi bình là C2H4, C2H6, H2

=> n C2H4 = n Br2 p/ứ = 0,1 mol

Khí Z : C2H6 và H2

Bảo toàn C : nC2H6 = ½ n CO2= 0,05 mol

Bảo toàn H : nH2O = 3 n C2H6 +n H2 =>nH2 = 0,1 mol

Bảo toàn C(X ) : n C2H2(đầu) = nC2H2(p/ứ) + nC2H2dư

= nC2H2(dư) + nC2H4 + nC2H6

=> nC2H2 dư = 0,2 mol

nH2(bđ) = nC2H4 + 2 n C2H6 + n H2 (dư) = 0,3 mol

=>V = ( 0,2 + 0,3) 22,4 = 11,2 l

Câu 5 : X là một ancol no, mạch hở Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol X cần 5,6

gam oxi, thu được hơi nước và 6,6 gam CO2 Công thức của X là

A C2H4(OH)2 B C3H7OH C C3H5(OH)3 D C3H6(OH)2

Phân tích, hướng dẫn giải

Vì X là ancol no nên số mol H2O = nancol + số mol CO2 = 0,05 + 0,15 = 0,2 mol