(SKKN 2022) Sử dụng một số phương pháp và kỹ thuật hiện đại kết hợp sơ đồ hóa phản ứng để giải nhanh bài tập phần hiđrocacbon ở các chương V,VI Hoá học lớp 11 nhằm rèn luyện kỹ năng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT TĨNH GIA 3 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SỬ DỤNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT HIỆN ĐẠI KẾT HỢP SƠ ĐỒ HÓA PHẢN ỨNG ĐỂ GIẢI NHANH BÀI TẬP PHẦN HIĐROC

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT TĨNH GIA 3

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

SỬ DỤNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT HIỆN ĐẠI KẾT HỢP SƠ ĐỒ HÓA PHẢN

ỨNG ĐỂ GIẢI NHANH BÀI TẬP PHẦN

HIĐROCACBON Ở CÁC CHƯƠNG V, VI – HÓA HỌC LỚP 11 NHẰM RÈN LUYỆN KỸ NĂNG GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC VÀ TẠO HỨNG THÚ HỌC

TẬP CHO HỌC SINH

Người thực hiện: Trịnh Thị Hằng Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hóa học

THANH HOÁ NĂM 2022

MỤC LỤC

Trang

1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Lí do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2

2.1 Cơ sở lí luận 2

2.2 Thực trạng ấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

2.3 Giải pháp thực hiện 3

2.3.1 Cơ sở lý thuyết 3

2.3.2 Phạm vi áp dụng 6

2.3.3 Một số bài tập minh họa 6

2.3.4 Bài tập tự luyện 13

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 13

3 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 14

3.1 Kết luận 14

3.2 Kiến nghị 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

3 BTe Bảo toàn electron

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài.

Trong di chúc thiêng liêng cuả mình, chủ tịch Hồ Chí Minh đã viết: “Bồi

dưỡng thế hệ cách mạng cho đời sau là một việc rất quan trọng và rất cần thiết” Bởi vậy, nâng cao hiệu quả dạy học và đổi mới công tác giáo dục luôn là

vấn đề có ý nghĩa sống còn ở mọi thời đại, để đào tạo thế hệ trẻ Việt Nam phát triển toàn diện cả về thể chất, tri thức và đạo đức, đúng như Hồ Chủ tịch đã căn dặn toàn Đảng, toàn dân ta.[6]

Đối với mỗi trường học, nhiệm vụ trọng tâm hàng đầu là nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, bồi dưỡng và giáo dục học sinh thành những người tốt, thành những người có ích cho xã hội Đặc biệt ở cấp học THPT – cấp học cuối ở thang giáo dục phổ thông, việc đưa phương pháp dạy học theo hướng đổi

mới là cần thiết và thiết thực Vậy làm gì để khơi dậy và kích thích nhu cầu tư

duy tích cực độc lập, sáng tạo của học sinh? Làm thế nào để tạo ra động lực hứng thú học tập cho học sinh? .Trước vấn đề đó người giáo viên cần phải

không ngừng tìm tòi khám phá, sử dụng phối hợp các phương pháp dạy học trong các giờ học sao cho phù hợp với từng kiểu bài, từng đối tượng học sinh, xây dựng cho học sinh một hướng tư duy chủ động, sáng tạo

Hóa học là bộ môn khoa học quan trọng trong trường THPT Môn hóa học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thông, cơ bản và biện chứng về chất và sự biến đổi của chất.Bài tập hóa là một phần rất quan trọng trong môn hóa học.[7]

Trong chương trình thi tốt nghiệp THPT hiện nay, câu hỏi ở mức độ vận dụng và vận dụng cao khá phức tạp, bài tập ra với nhiều phương trình phản ứng, nếu giải theo cách giải thông thường thì rất dài, mất nhiều thời gian, có thể không tìm được đáp án đúng của bài toán Trong quá trình giảng dạy học sinh ôn thi THPT tôi nhận thấy nếu biết vận dụng những phương pháp và kỹ thuật mới thì bài toán được giải quyết mà không cần viết phương trình hóa học, các bài toán giải một cách ngắn gọn hơn rất nhiều

Các câu hỏi ở mức độ vận dụng,vận dụng cao về bài toán hiđrocacbon thường làm các em lúng túng trong quá trình tìm lời giải cho bài toán, các em thường viết phương trình phản ứng nên giải một bài toán mất rất nhiều thời gian

và không hiệu quả Do đó, để giải các bài toán ấy thật nhanh, tiết kiệm thời gian

và gây hứng thú cho học sinh khi giải các bài toán khó cần phải áp dụng các phương pháp và kĩ thuật mới nhất vào giải Từ những lí do trên, tôi chọn đề tài

sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng một số phương pháp và kỹ thuật hiện đại kết

hợp sơ đồ hóa phản ứng để giải nhanh bài tập phần hiđrocacbon ở các chương V,VI – Hoá học lớp 11 nhằm rèn luyện kỹ năng giải bài tập hóa học

và tạo hứng thú học tập cho học sinh”.

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Giúp các em học sinh lớp 11 tiếp cận với bài toán phức tạp bằng công cụ hữu hiệu đó là vận dụng các phương pháp hiện đại vào giải tạo tiền đề cho lớp 12 và việc ôn thi THPT Đồng thời rèn luyện cho học sinh kỹ năng giải và trình bày dạng bài tập hiđrocacbon

- Để hoàn thành đề tài nói trên tôi đã nghiên cứu trên rất nhiều dạng bài tập về hiđrocacbon từ các đề thi tốt nghiệp THPT,đề Minh họa nhiều năm.Các vấn đề trong bài viết này sẽ hỗ trợ cho các em học sinh lớp 11 giải các bài tập bám sát

đề thi tốt nghiệp THPT tốt hơn để đạt kết quả cao hơn

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Trong đề tài nay tôi nghiên cứu và tổng kết những vấn đề sau:

- Bản chất của các hợp chất hiđrocacbon ( hiđrocacbon no, hiđrocacbon không no ) hướng quy đổi dựa vào đặc điểm các chất trong bài toán

- Mối liên hệ giữa số mol các chất trong phản ứng

- Mối liên hệ giữa số mol các chất với độ bội liên kết k

- Các hiđrocacbon trong đề tài tôi nghiên cứu đều mạch hở

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

+ Tham khảo tài liệu, sách, báo, tạp chí chuyên ngành, truy cập thông tin trên internet để nghiên cứu các vấn đề liên quan đến chuyên đề hiđrocacbon

+ Phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa, khái quát hóa các nguồn tài liệu để xây dựng cơ sở lý thuyết và nội dung của đề tài

- Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn:

+ Khảo sát năng lực học sinh trong vấn đề tiếp cận và giải quyết bài toán có nhiều phản ứng phức tạp

+ Thực nghiệm sư phạm: Tiến hành dạy thực nghiệm một số tiết ở lớp 11 để xem xét tính khả thi và hiệu quả của đề tài

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

- Quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán ban đầu là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản hơn qua đó làm cho phép toán trở nên

dễ dàng và thuận tiện.[8]

Khi áp dụng phương pháp quy đổi cần đảm bảo nguyên tắc: Bảo toàn nguyên

tố, bảo toàn khối lượng hỗn hợp ban đầu

Phương pháp quy đổi trong hóa học hữu cơ thường được sử dụng cho những bài tập chứa hỗn hợp nhiều chất hữu cơ, số ẩn nhiều, số dữ kiện ít hơn; những chất hữu cơ đó sẽ có những điểm chung, điểm đặc biệt về công thức phân tử hay đặc điểm cấu tạo mà chúng ta có thể quy đổi về chất,nhóm chất đơn giản hơn, thuận tiện cho việc giải nhanh

- Định luật bảo toàn electron: Trong một phản ứng oxi hoá – khử, số mol electron mà chất khử cho sẽ bằng số mol electron mà chất oxi hoá nhận

Phương pháp bảo toàn electron trong hóa học hữu cơ thường được sử dụng cho những bài tập đốt cháy hợp chất hữu cơ

- Độ bất bão hòa của hợp chất hữu cơ là đại lượng đặc trưng cho độ không no của phân tử hợp chất hữu cơ [10]

Độ bất bão hòa có thể được ký hiệu là k, a, , Thường ký hiệu là k

Đối với hiđrocacbon CxHy ta có :

2x-y+2

k =

2 ( k > 0 và k N)

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

* Đối với giáo viên

Với thời lượng ngắn,lượng lí thuyết nhiều thì rất khó khăn để hướng dẫn học sinh có kỹ năng vận dụng đầy đủ được các phương pháp để giải hết được tất

cả các dạng toán của phần hidrocacbon đặc biệt là phần bài tập tổng hợp

* Đối với học sinh

Khi giải các bài tập dạng này học sinh thường gặp những khó khăn về việc xác định các chất trong hỗn hợp sản phẩm, chưa tìm được mối quan hệ giữa các dữ kiện đề bài cho dẫn đến thường giải rất dài dòng tốn thời gian, nặng nề về mặt toán học, thậm chí không giải được vì quá nhiều ẩn số Nguyên nhân là học sinh chưa có phương pháp giải hợp lý, chưa biết kết hợp và vận dụng các phương pháp trong quá trình giải

2.3 Giải pháp thực hiện

2.3.1 Cơ sở lý thuyết

a Phương pháp quy đổi:

- Khi giải bài toán theo hướng quy đổi cần chỉ cho học sinh hướng quy đổi linh hoạt theo các hỗn hợp chất Chúng ta nhấn mạnh cho học sinh nắm rõ công thức chung của các hợp chất

n 2n

n 2n-2

n 2n-2

HC m¹ch hë

















- Có thể có nhiều hướng quy đổi, trong sáng kiến của mình tôi xin trình bày những hướng quy đổi sau:

x y

2

C

C H

H



  



QĐ 2

n 2n+2-2k

CH hoặc C H

H (1-k).x mol



  



n 2n+2

CH

C H

H x mol



  



C H   CH

n 2 n 2

CH

C H

H -x mol





   



*Hỗn hợp hiđrocacbon cú những điểm giống nhau:

a x

a QĐ

a y

2

a z

C H

C x mol Hỗn hợp C H

H

C H

x mol







 







x a

QD

y a

a

z a

C H

C Hỗn hợp C H

H x mol

C H

x mol







 







x x+a

QĐ

y y+a

a

z z+a

C H

CH Hỗn hợp C H

H x mol

C H

x mol







 







b Phương phỏp bảo toàn electron (BTe):

- Xét sơ đồ p (1): C H + O  t o CO + H O

2 2

e nh ờng HC

e nhận O













o

+4 0

2 0

t

+1 2

CO C



 

2

H

n BTe: 4.n =4.n +2.n hay n =n +

2

c.Phương pháp bảo toàn số mol liên kết pi

* Phản ứng đốt cháy (OXH hoàn toàn)

-Đốt cháy hiđrocacbon:

o t

3n+1-k

Có : (k-1).n = nHC CO2- nH O2 hay CO 2 H O 2

HC

k-1

3n+1

2

Có:nH O2 > nCO2  nankan= nH O2 - nCO2

3n

Có: nCO2= nH O2

3n-1

Có:nH O2 < nCO2  nankadien (ankin)= nCO2- nH O2

Chú ý:

+ Đốt cháy hỗn hợp ankan và H2 thì ta luôn có nankan+ n = nH2 H O2 - nCO2

+ Hỗn hợp ( ankan + anken) nH O2 > nCO2  nankan= nH O2 - nCO2

+ Hỗn hợp ( anken + ankin hoặc ankadien) nH O2 < nCO2  nankin(ankadien)= nCO2- nH O2 + Hỗn hợp ( ankan + ankin hoặc ankadien) NÕu nH O2 = nCO2  nankan= nankin(ankadien)

* Phản ứng cộng H 2 ,cộng Br 2 :

n 2n+2-2k 2 n 2n+2

n 2n+2-2k 2 n 2n+2-2k 2k

2 2

Br ,H HC



c Phản ứng tách:

- Phản ứng tách H 2: t o

C H   C H +C Hx y (n3,x2,y 1,x+y=n)

=

n < n

X Y

V V







+n -n = nY X anken t¹o thµnh= nankan ph¶n øng= n

Trong trường hợp chỉ xảy ra phản ứng tách H2 thì: n -n = nY X H2

+ nankan (ban ®Çu)= nankan (sau)+ nH2

+ Đốt cháy hỗn hợp Y cũng là đốt cháy hhX

Chú ý: Mối quan hệ giữa phản ứng đốt cháy với phản ứng cộng H2 hoặc cộng

Br2 của hidrocacbon:

2

n - n = n - n H







 







 Bên cách các phương pháp trên chúng ta cần kết hợp linh hoạt các định luật bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng

Tùy theo từng bài toán để chúng ta hướng dẫn học sinh lựa chọn phương pháp giải sao cho phù hợp và nhanh nhất

2.3.2 Phạm vi áp dụng

Áp dụng cho bài toán dạng phản ứng đốt cháy, phản ứng cộng H2, Br2, phản ứng tách H2, phản ứng crackinh

Dấu hiệu nhận biết:

- Bài toán gồm hỗn hợp các chất có điểm chung

- Bài toán tính lượng chất tham gia phản ứng hoặc sản phẩm tạo thành

2.3.3 Một số bài tập minh hoạ

Dạng 1: Phương pháp quy đổi

Câu 1: Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 21,2 gồm propan, propen và propin Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X, tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là:

A 20,40 gam B 18,96 gam C 16,80 gam D 18,60 gam

Hướng dẫn giải

X

m = 0,1.21,2.2 = 4,24 g

Sơ đồ phản ứng:

2

3 2

3 8

Q§

3 6

0,1 mol

4,24 g

3 4

X C H

C H

C H









CO H O

m + m = 0,3.44 + 0,32.18 =18,96 g Đáp án B

Câu 2: Hỗn hợp khí X gồm C2H6, C3H6 và C4H6 Tỉ khối của X so với H2 bằng

24 Đốt cháy hoàn toàn 0,96 gam X trong oxi dư rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy vào 1 lít dung dịch Ba(OH)2 0,05M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

A 9,85 B 5,91 C 13,79 D 7,88.

Hướng dẫn giải

X

0,96

24.2

Sơ đồ phản ứng:

CO2 Ba(OH)2 2

6

n 1< <2

0,07 mol +O

0,07 (BT ) 0,05

6 0,02 mol

0,02

X H C

CO +Ba(OH)

H

C



Câu 3: Đốt cháy hoàn toàn 5,6 lít hỗn hợp X gồm etan, propen, isopren cần

dùng vừa đủ 22,4 lit O2, sau phản ứng thu được CO2 và m gam nước.Giá trị của

m là:

Hướng dẫn giải

2

X

O

n = 0,25 mol

n =1 mol







Sơ đồ phản ứng:

2

+O Q§

3 6 0,25 mol

1 mol

5 8

CH x







x+0,75

2

3

Câu 4 ( Đề thi THPT Quốc gia năm 2021 ): Nung nóng a mol hỗn hợp X gồm

propen; axetilen và hiđro với xúc tác Ni trong bình kín (chỉ xảy ra phản ứng cộng H2), thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H2 là 17 Đốt cháy hết Y, thu được 0,84 mol CO2 và 1,08 mol H2O,biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của a là

A 1,14 B 0,60 C 0,84 D 0,72 [4]

Hướng dẫn giải

Sơ đồ phản ứng:

0

2

3 6

2 +O

Ni,t

2 2

a mol

2 2

2

C H x

H O 1,08 mol

H 1,08 mol (BT )

H z

C H













2

BTKL: m = m + m = 12.0,84 + 2.1,08 = 12,24 g

Y

12,24

17.2 <nH O2 - nCO2  H ph¶n øng hÕt,hhY gåm c¸c hidrocacbon2

3 6

2 2

2

H H

z= 0,48 3x+y+z=1,08 (BT )

n =z

a = 0,12 + 0,24 + 0,48 = 0,84 §¸p ¸n







Câu 5 (Đề sở Thanh Hoa - 2022):Crackinh pentan một thời gian thu được

1,792 lit hỗn hợp khí X gồm 7 hidrocacbon.Thêm 4,48 lit khí H2 vào X rồi nung với Ni đến phản ứng hoàn toàn thu được 5,6 lít hỗn hợp khí Y.Đốt cháy hoàn toàn Y rồi cho sản phẩm cháy hấp thụ vào nước vôi trong dư,phản ứng hoàn toàn thu được m gam kết tủa.Các thể tích khí đều đo ở đktc.Giá trị của m là:

Hướng dẫn giải

2

H

Y

n =0,08 mol

n =0,2 mol

n =0,25 mol

X











Sơ đồ phản ứng:

2 0

2

+Ca(OH)

+O

0,08 mol 0,2 mol 0,25 mol

2

2

C anken

H



2 p



5 10

C H ankan (X)

3 5 10

C CaCO C H

BT : n = 5.n = 5.0,05 = 0,25 mol mCaCO3 = 25 g Đáp án C

Dạng 2: Phương pháp bảo toàn electron

Câu 1: Hỗn hợp khí X gồm etilen, metan, propin và vinylaxetilen có tỉ khối so

với H2 là 15,75 Đốt cháy hoàn toàn 3,78 gam hỗn hợp X cần V lít khí O2 (đktc) Giá trị của V là:

A 7,2 B 8,96 C 8,848 D 7,84

Hướng dẫn giải

X

3,78

2.15,75

Sơ đồ phản ứng:

2 4

0,12 mol

4

4 4

C H

H 0.12 mol

C H

















4

C

BTe: n = n + n = 0,275 + 0,12 = 0,395 mol V = 8,848 lit Đáp án C

Câu 2 ( Đề thi tốt nghiệp THPTQG 2021 lần 1– MĐ 201):Nung nóng một

lượng butan trong bình kín (với xúc tác thích hợp), thu được 0,82 mol hỗn hợp

X gồm H2 và các hiđrocacbon mạch hở (CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C4H8, C4H10) Cho toàn bộ X vào bình chứa dung dịch Br2 dư thì có tối đa a mol Br2 phản ứng, khối lượng bình tăng 15,54 gam và thoát ra hỗn hợp khí Y Đốt cháy hoàn toàn

Y cần vừa đủ 0,74 mol O2, thu được CO2 và H2O Giá trị của a là

Hướng dẫn giải

Sơ đồ phản ứng:

2

2

Br 2

a mol 15,54g t

4 10

x

2 x

hhY (akan,H ):

o





C H X





2

Br anken X Y

n = n = n - n = 0,82 - 0,37 = 0,45 mol

Câu 3 : Crackinh m gam butan, thu được hỗn hợp khí X (gồm 5 hiđrocacbon).

Cho toàn bộ X qua bình đựng dung dịch nước brom dư, thấy khối lượng bình brom tăng 5,32 gam và còn lại 4,48 lít (đktc) hỗn hợp khí Y không bị hấp thụ, tỉ

khối hơi của Y so với metan bằng 1,9625 Để đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X trên cần dùng V lít khí O2 (đktc) Giá trị của V là

A 29,12 lít B 17,92 lít C 13,36 lít D 26,88 lít

Hướng dẫn giải

2

H

n = 0,2 mol

Sơ đồ phản ứng:

2

5,32 g

2 +O

crackinh

2

2 0,2 mol

2

anken: CH (b×nh Br t¨ng)

CO

H O hhY (akan):

H 0,2 mol









4 10

C H

26.n

4

  V = 29,12 litO2 Đáp án A

Dạng 3: Phương pháp bảo toàn số mol liên kết pi.

Câu 1 (Đề thi THPTQG 2018): Cho 11,2 lít (đktc) hỗn hợp X gồm C2H2 và

H2 qua bình đựng Ni (nung nóng), thu được hỗn hợp Y (chỉ chứa ba hiđrocacbon) có tỉ khối so với H2 là 14,5 Biết Y phản ứng tối đa với a mol

Br2 trong dung dịch Giá trị của a là

A.0,15 B 0,20 C 0,25 D 0,10 [2]

Hướng dẫn giải

X

Y

n = 0,5 mol

M =14,5.2 = 29







2

C H b

H (0,5-b)





 Có:

C H Br H









Đáp án D

Câu 2 ( Đề Minh Họa BGD 2022): Nung nóng a mol hỗn hợp X gồm propen;

axetilen và hiđro với xúc tác Ni trong bình kín (chỉ xảy ra phản ứng cộng H2), sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với X là 1,25 Đốt cháy hết Y, thu được 0,87 mol CO2 và 1,05 mol H2O Mặt khác, Y phản ứng tối đa với 0,42 mol brom trong dung dịch Giá trị của a là

A 0,45 B 0,60 C 0,30 D 0,75 [7]

Hướng dẫn giải