SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Tên đề tài: PHÂN LOẠI VÀ RÈN KĨ NĂNG GIẢI BÀI TOÁN LẬP CÔNG THỨC HÓA HỌC HỢP CHẤT HỮU CƠ... Cơ sở lí luận Môn hóa học là một môn học có vị trí rất quan trọng tr
Cơ sở lí luận
Môn hóa học đóng vai trò quan trọng trong chương trình trung học cơ sở, cung cấp kiến thức hệ thống và toàn diện về lĩnh vực này Nó góp phần phát triển tư duy khoa học, rèn luyện các tác phong cơ bản như tỉ mỉ, cẩn thận, tiết kiệm, đoàn kết và hợp tác cho học sinh Ngoài ra, môn hóa học giúp xây dựng thế giới quan khoa học, hình thành phẩm chất của người lao động hiện đại, đồng thời thúc đẩy khả năng nghiên cứu và sáng tạo để tạo ra các chất mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của tiến bộ khoa học công nghệ.
Trong thế kỷ 21, nền kinh tế tri thức đặt ra yêu cầu cao về khả năng học tập liên tục của con người để tồn tại và phát triển Việc nâng cao năng lực học tập không chỉ dựa vào người học biết cách học hiệu quả mà còn đòi hỏi người dạy phải biết truyền đạt kiến thức một cách sáng tạo và hiệu quả Học cách học trở thành kỹ năng cốt lõi giúp cá nhân thích nghi nhanh chóng với sự thay đổi liên tục của xã hội và thị trường lao động Chính sự phối hợp giữa người học và người dạy sẽ tạo nên nền tảng vững chắc cho quá trình phát triển bền vững trong kỷ nguyên số.
“Dạy cách học” Như vậy thầy giáo phải là “Thầy dạy việc học, là chuyên gia của việc học”
Hiện nay, dạy cách học đã trở thành mục tiêu đào tạo chính nhằm nâng cao kỹ năng tự học của học sinh, chứ không đơn thuần chỉ là giải pháp để cải thiện chất lượng và hiệu quả giảng dạy Việc phát triển kỹ năng tự học giúp học sinh trở nên độc lập hơn trong quá trình tiếp thu kiến thức, góp phần nâng cao thành tích học tập và khả năng tự chủ trong học tập Trong bối cảnh ngày càng cạnh tranh và đổi mới của giáo dục hiện đại, việc truyền đạt kỹ năng học tập hiệu quả đã trở thành yếu tố quyết định giúp học sinh thành công trong học tập và cuộc sống.
Trong một xã hội phát triển nhanh theo cơ chế thị trường và cạnh tranh gay gắt, việc phát hiện sớm, giải quyết nhanh, sáng tạo và hợp lý các vấn đề nảy sinh trong thực tiễn là yếu tố quyết định thành công trong học tập và cuộc sống Việc rèn luyện cho học sinh kỹ năng phát hiện, đưa ra và giải quyết các vấn đề trong học tập, gia đình, cộng đồng không chỉ là phương pháp dạy học, mà còn là mục tiêu giáo dục và đào tạo quan trọng Để nâng cao hiệu quả kiểm tra và đánh giá kết quả học tập, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đề xuất áp dụng hình thức trắc nghiệm khách quan nhằm kiểm tra kiến thức chính xác, khách quan của học sinh Phương pháp này giúp học sinh củng cố kiến thức sâu sắc từ sách giáo khoa và giúp thầy trò điều chỉnh phương pháp dạy và học để đạt kết quả tốt hơn.
Cơ sở thực tiễn
Khảo sát thực tiễn
Khảo sát chất lượng vào cuối tháng 3/2017 với 47 học sinh lớp 9
* Nội dung : thực hiện các bài tập lập công thức các hợp chất hữu cơ
* Thời gian : 45 phút kết quả như sau:
Số lượng Giỏi Khá Trung bình Yếu Kém
Trong năm học 2016-2017, tôi bắt đầu nghiên cứu phân loại các dạng bài tập lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ dựa trên kinh nghiệm và kiến thức của bản thân cũng như các tài liệu tham khảo, nhằm phát triển phương pháp giảng dạy phù hợp Tôi đã biên soạn nội dung dựa trên các phân tích này để chọn lọc các nội dung phù hợp nhất trong việc giảng dạy, đồng thời tiến hành khảo sát nguyện vọng của học sinh để đảm bảo phương pháp giảng dạy đáp ứng nhu cầu học tập của các em.
- Học sinh biết làm toán lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ: 26%
- Học sinh không biết làm toán lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ: 74%
* 26% thích học môn hoá vì dễ hiểu
* 12% không thích học vì quá khó
* 25% không biết thiết lập cách giải
* 20% cho là môn Hoá quá khó, mau quên
Kết quả chứng tỏ học sinh gặp khó khăn chính là do thiếu hiểu biết bài học và không xác định được các dạng bài tập cùng phương pháp giải phù hợp, điều này là lý do tôi tiến hành biên soạn đề tài nhằm nâng cao kỹ năng phân loại và phương pháp giải các dạng bài, giúp học sinh nâng cao hiệu quả học tập.
Những biện pháp thực hiện
Trong quá trình dạy học, tôi nhận thấy rằng để học sinh có thể lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ, trước tiên các em cần hiểu rõ hợp chất hữu cơ là gì, đặc điểm của hiđrocacbon và các dẫn xuất của nó Hiểu rõ quá trình đốt hợp chất hữu cơ và sản phẩm tạo thành chính là kiến thức nền tảng để học sinh nắm vững về cấu trúc và tính chất của hợp chất hữu cơ.
- Hợp chất hữu cơ là hợp chất của C (trừ CO; CO 2 ; H 2 CO 3 ; muối cacbonat )
- Hiđrocacbon là hợp chất chỉ gồm C và H
- Dẫn xuất của hiđrocacbon là hợp chất ngoài C, H còn có nguyên tố khác: O,N
Như vậy nếu xác định được thành phần định tính của hợp chất thì việc lập công thức phân tử chỉ còn dựa vào thành phần định lượng
Dưới đây là các dạng bài tập giúp hệ thống tư duy của học sinh phát triển hiệu quả, qua đó khai thác dữ kiện một cách logic và sáng tạo Việc sử dụng kiến thức nền tảng để giải quyết các bài tập cụ thể không chỉ nâng cao khả năng suy luận mà còn giúp học sinh vận dụng linh hoạt các kỹ năng tư duy phân tích và tổng hợp trong thực tiễn.
DẠNG 1: LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ DỰA VÀO KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ VÀ BIẾT KHỐI LƯỢNG MOL CỦA HỢP CHẤT
Hợp chất hữu cơ A chứa các nguyên tố C, H, O có thành phần phần trăm khối lượng của C là 60% và của H là 13,33% Dựa trên các số liệu này, ta có thể xác định công thức phân tử của A, với khối lượng mol của hợp chất là 60 gam Điều này giúp hiểu rõ cấu trúc và tính chất của hợp chất A, hỗ trợ trong việc xác định công thức phân tử chính xác dựa trên thành phần phần trăm và khối lượng mol.
- Ở bài toán chưa biết % của O Vậy làm thế nào để tìm được %O
- Có % các nguyên tố thì sử dụng cách nào để tìm được công thức của A
Phần trăm khối lượng của nguyên tố O trong hợp chất A là:
Gọi công thức phân tử của A là C x H y O z (x, y,z Z + )
Vậy công thức phân tử của A là: C 3 H 8 O
Có thể hướng dẫn học sinh giải cách khác:
Ta có M A = 60 60n = 60 n= 1 Vậy công thức phân tử của A là C 3 H 8 O
Phân tích hợp chất hữu cơ A cho thấy tỷ lệ khối lượng của Carbon, Oxy, và Hidro là 2,1 phần C, 2,8 phần O, và 0,35 phần H Dựa vào dữ liệu này, ta có thể xác định công thức phân tử của A bằng cách tính tỷ lệ nguyên tử dựa trên khối lượng mol của từng nguyên tố, từ đó suy ra công thức đơn giản nhất Đồng thời, biết 1 gam hơi của A ở điều kiện tiêu chuẩn chiếm thể tích 0,3733 lít, giúp xác định số mol khí A trong thể tích đó Kết hợp các số liệu này, ta có thể tính được công thức phân tử của hợp chất A một cách chính xác.
- Ở bài này, muốn tính khối lượng mol của chất chưa biết phải dựa vào dữ kiện nào để tính?
- Cách giải tương tự bài 1, nhưng thay % bằng khối lượng
Gọi công thức phân tử của A là: C x H y O z (x, y,z Z + )
Công thức phân tử đơn giản của A : CH 2 O
Khối lượng mol của A là:
Công thức phân tử của A có dạng: (CH 2 O) 2 = 60
30n = 60 n = 2 Vậy công thức phân tử của A là C 2 H 4 O 2
* Nhận xét: Ở bài này ẩn là khối lượng mol M, học sinh nhớ lại công thức tính M.
DẠNG 2: BÀI TOÁN ĐỐT LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐÓ BIẾT LƯỢNG CHẤT ĐEM ĐỐT, KHỐI LƯỢNG CHẤT SẢN PHẨM VÀ KHỐI LƯỢNG MOL CỦA CHẤT HỮU CƠ
Bài toán yêu cầu xác định công thức phân tử của hợp chất hữu cơ A sau khi đốt cháy hoàn toàn 1,44 gam chất này, thu được 2,24 lít khí CO₂ (ở điều kiện tiêu chuẩn) và 2,16 gam H₂O Dựa vào dữ liệu, ta có thể tính sơ bộ nguyên tố cacbon, hidro trong A dựa trên lượng khí CO₂ và H₂O sinh ra Ngoài ra, đề bài cung cấp thông tin về thể tích hơi A ở điều kiện tiêu chuẩn, cụ thể 0,01 gam chiếm 3,1 ml, giúp xác định công thức thực của A Từ đó, kết hợp các số liệu để tìm ra công thức phân tử chính xác của hợp chất A.
- Một hợp chất hữu cơ khi đốt cháy cho sản phẩm là CO2 và H2O giúp ta suy ra được điều gì?
Để xác định thành phần định tính của hợp chất hoặc công thức tổng quát, cần dựa trên các số liệu tính toán chính xác và thành phần định lượng Việc này giúp xác định chính xác các thành phần hóa học trong hợp chất, đảm bảo độ tin cậy và chính xác của kết quả phân tích Phân tích thành phần định tính là bước quan trọng để hiểu rõ cấu trúc và tính chất của hợp chất, phục vụ cho các nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực hóa học.
- Từ đó tìm ra công thức đơn giản của hợp chất A
- Dữ liệu 0,01 gam hơi A(đktc) có V = 3,1ml =0,0031(l) giúp ta tính được đại lượng nào?
(Tìm được M A từ đó tìm được công thức phân tử của hợp chất A)
- Sau khi phân tích xong thì giáo viên giúp học sinh lập sơ đồ:
A + O 2 t 0 CO 2 + H 2 O nC = n CO 2 m C = n C M C nH = 2nH2O mH = nH MH
mC + mH = mA A gồm C và H Nếu mC + mH < mA thì A gồm C, H và O
Số mol CO 2 và H 2 O là:
Số mol C và H có trong CO 2 và H 2 O là: nC = n CO 2 = 0,1mol n H = 2 n H O
2 = 2 0.12 = 0,24mol Khối lượg C và H có trong A là: mC = nC MC = 0,24 1 = 0,24(g)
Ta có: mC + mH = 1,2 + 0,24 = 1,44(g) = mA
Vậy A là Hiđrocacbon có công thức tổng quát là: C x H y (x, y Z + )
Công thức đơn giản nhất của A là C 5 H 12
Khi đó công thức phân tử của A có dang: (C 5 H 12 ) n = 72
n = 1 Vậy công thức phân tử của A là C 5 H 12
*Nhận xét: Dạng toán này đơn giản nếu biết khối lượng chất sản phẩm và M Nhưng ở bài toán 1 ẩn M chưa biết nên học sinh thường hay lúng túng
Bài toán trên đã đưa ra một cách xác định giá tri của M
Bài toán 2 : Đốt cháy hoàn toàn 5,8 gam hợp chất hữu cơ X Sau phản ứng thu được 8,96 lít khí CO 2 (đo ở đktc) và 9g H 2 O Tìm công thức phân tử của X
Biết tỉ khối của X so với khí H 2 là 29
- Ở bài toán này hướng dẫn học sinh giống bài 1 Còn khối lượng mol M của hợp chất thì dựa vào dữ liệu nào? (dựa vào tỉ khối)
Công thức tính tỉ khối? (d A/B M
- Vậy có tìm được MA không? ( MA = M H 2 d)
- Tìm nC, nH mC, mH
Tính: mC + mH rồi so với mX?
Công thức tổng quát của X
Số mol CO2 và H2O là:
Số mol C và H có trong CO 2 và H 2 O hay trong X là: nC = nCO2 = 0,4 (mol) Khối lượng của C và H trong X là: mC = nC MC = 0,4 12 = 4,8(g) mH = nH mH = 1 1 = 1(g)
Ta có: mC + mH = 4,8 + 1 = 5,8 = mX
Vậy X là Hiđrocacbon có công thức tổng quát là: C x H y (x, y Z + )
Ta có: x : y = nC : nH = 0,4 : 1 = 2 : 5 Công thức phân tử đơn giản của X là C 2 H 5
Mà khối lượng mol của X là:
MX = MH2 29 = 2 29 = 58(g) Công thức phân tử của X có dạng: (C 2 H 5 ) n = 58
Công thức phân tử của X là: C 4 H 10
* Nhận xét: Ở bài toán này ẩn số cũng là M Như vậy lại có thêm một cách xác định M
DẠNG 3: DẠNG TOÁN ĐỐT CHÁY CƠ BẢN NHƯNG SẢN PHẨM CHO DƯỚI TỈ LỆ MOL HOẶC TỈ LỆ THỂ TÍCH
(Phương pháp giải: Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng) Bài toán 1: Đốt cháy hoàn toàn 2,1 gam hợp chất hữu cơ B cần dùng 5,04 lít khí
O 2 (đo ở đktc) thu được CO 2 và H 2 O có tỉ lệ thể tích là 1 :1 ở cùng điều kiện
Tìm công thức phân tử của B biết tỉ khối hơi của B so với khí hiđro là 21
- Ở bài toán này ta đã biết mCO2 , mH2O chưa?
- Làm thế nào để tính được 2 đại lượng này?
- Bài toán cho số liệu gì? Sử dụng như thế nào?
O 2 m sẽ tính được giúp ta suy ra điều gì?
2 = 1 : 1 giúp ta suy ra điều gì? Để tháo gỡ những nút thắt đó ta phải dựa vào những kiến thức sau:
- Định luật bảo toàn khối lượng
- Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất tỉ lệ về số mol giữa các chất khí chính là tỉ lệ về thể tích
- Từ đó ta sẽ tính được mCO 2 , mH 2 O và bài toán lúc này quay về dạng toán cơ bản mà học sinh đã làm
Số mol O2 và khối lượng của O2 là:
2 = n M = 7,2(g) Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
Mặt khác ta biết ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất ta có:
Ta có phương trình: 18x + 44x = 9,3 x = 0,15 mol
H O n 2 = 1 : 1 = 0.15mol n C = n CO 2 = 0,15 mol mC = nC MC= 12 0,15 = 1,8 (g) n H = 2 n H O
Ta có: mC + mH = 1,8 + 0,3 =2,1 = mB
Vậy B là Hiđrocacbon có công thức tổng quát là: C x H y (x, y Z + )
Ta có: x : y = 0,15 : 0,3 = 1 : 2 Công thức phân tử đơn giản của B là: CH 2
Mà khối lượng mol của B là: M B = d
M = 21 2 = 42 (g) Công thức phân tử của B có dạng: (CH2)n
n = 3 Vậy công thức phân tử của B là C 3 H 6
Trong bài toán này, dù ẩn là khối lượng của sản phẩm, nhưng nhờ vào việc áp dụng kiến thức đã học, chúng ta có thể xác định được tất cả các giá trị của ẩn Điều này giúp đưa bài toán về dạng cơ bản mà học sinh đã quen thuộc, từ đó dễ dàng giải quyết hơn.
Bài toán yêu cầu xác định công thức phân tử của chất hữu cơ A dựa trên phản ứng đốt cháy hoàn toàn 9,2 gam A với lượng khí O2 là 13,44 lít (đo ở đktc), tạo thành CO2 và H2O theo tỷ lệ 2:3 Tỉ khối hơi của A so với H2 là 23, điều này giúp xác định công thức phân tử của A một cách chính xác Phân tích phản ứng đốt cháy cho phép tính số mol của A dựa trên lượng CO2 và H2O sinh ra, từ đó xác định công thức trung hòa và công thức phân tử của hợp chất hữu cơ A để tối ưu hóa các tiêu chí về SEO.
* Phân tích bài toán: Tương tự bài 1
Số mol O 2 và khối lượng của O 2 là:
M = 0,6 32 = 19,2(g) Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
2 =m A + m O 2 = 9,2 + 19,2 = 28,4(g) Theo đầu bài, ta có:
Ta có: mC + mH = 4,8 + 1,2 = 6< mA =9,2
A là dẫn xuất của Hiđrocacbon, phân tử của A gồm C,H,O mO = mA – (mC + mH) = 9,2 – (4,8 + 1,2) =3,2(g)
3 = 0,2(mol) Vậy công thức tổng quát của A là: C x H y O z (x, y, z Z + )
Ta có: x : y : z = n C : n H : n O = 0,2 : 0,6 : 0,1 = 2 : 6 : 1 Công thức phân tử đơn giản của A là: C 2 H 6 O
Mà khối lượng mol của A là:
M = 23 2 = 46(g) Công thức phân tử của A có dạng: (C 2 H 6 O) n
(C2H6O)n = 46 46n = 46 n = 1 Vậy công thức phân tử của A là: C 2 H 6 O
Trong bài này, phần ẩn gồm khối lượng mol và khối lượng của sản phẩm, nhưng bằng cách áp dụng kiến thức đã học, học sinh có thể xác định được các giá trị ẩn này dễ dàng Việc đó giúp đưa bài toán về dạng cơ bản, phù hợp với kỹ năng và phương pháp giải đã được học, giúp nâng cao hiệu quả giải quyết các bài tập liên quan đến xác định khối lượng mol và khối lượng sản phẩm trong phản ứng hóa học.
DẠNG 4: BÀI TOÁN ĐỐT CHÁY CÓ SẢN PHẨM TIẾP TỤC THAM GIA PHẢN ỨNG
Oxi hóa hoàn toàn 4,2 gam chất hữu cơ X chỉ thu được khí CO 2 và
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
2 thể tích khí N 2 có khối lượng tương đương ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất Tìm công thức phân tử của X
- Ở bài này phải hiểu sản phẩm gồm CO2 và H2O đi vào dung dịch Ca(OH)2 Khối lượng bình tăng lên đó là: mCO2 + mH2O = 18,6(g)
- Kết tủa tạo thành là do phản ứng:
- Số mol kết tủa tính được do đó tính được nCO2 mCO2 Tính được mH2O
- Như vậy bài toán sẽ quay về dạng bài đã biết khối lượng sản phẩm mà học sinh đã biết cách làm
2 VN 2 giúp ta suy ra điều gì?
- Khi thực hiện ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất giúp ta có được điều gì?
- Từ đó tính được m X và như vậy sẽ tiếp tục giải bài toán tương tự như bài toán ở dạng bài 2
30 = 0,3(mol) Theo phương trình phản ứng (2) ta có:
M = 0,3 44 = 13,2(g) Khối lượng bình tăng lên đó là khối lượng của CO2 và H2O
Ta có: mC + mH = 3,6 + 0,6 = 4,2 = mX
X là Hiđrocacbon, phân tử gồm C và H
Công thức tổng quát của X là: C x H y (x, y Z + )
Ta có: x : y = n C : n H = 0,3 : 0,6 = 1 : 2 Công thức đơn giản của X là: CH 2
Theo đầu bài ta có: Ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất:
Công thức của X có dạng là: (CH 2 ) n
14n = 70 n =5 Vậy công thức phân tử của X là :C 5 H 10
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
- H 2 SO 4 đặc có tính chất gì? Khối lượng tăng của bình 1 là khối lượng của chất nào?
(Ở bài này khối lượng nước được tính theo khối tăng của bình 1 chứa
H2SO4 đặc vì H2SO4 đặc háo nước Từ đó tính được nH2O nH và mH )
Kết tủa hình thành do phản ứng của CO2 với dung dịch Ca(OH)2, giúp xác định lượng khí CO2 đã phản ứng Từ khối lượng kết tủa, có thể tính số mol CO2, từ đó suy ra các nguyên tố như mC và mH trong hợp chất Phương pháp này cho phép xác định chính xác thành phần nguyên tố của phạm vi phản ứng sinh ra hợp chất A.
- Dữ liệu dA/H2 = 30 cho ta biết điều gì? ( Tính được MA = d M H 2 )
- Tiếp tục giải như dạng cơ bản
Phương trình phản ứng xảy ra:
Khối lượng bình 1 tăng là do H2SO4 hút nước m H O
20 = 0,2(mol) Theo phương trình phản ứng (3) ta có:
Ta có: mC + mH = 2,4 + 0,4 = 2,8(g) < mA = 6g
A là dẫn suất của Hiđrocacbon, phân tử gồm C,H,O mO = mA – (mC + mH) = 6 – 2,8 = 3,2(g)
Vậy công thức tổng quát của A là: CxHyOz (x, y, z Z + )
Ta có: x : y : z = 0,2 : 0,4 : 0,2 = 1 :2 :1 Công thức đơn giản của A là: CH 2 O
Khối lượng mol của A là:
Công thức phân tử của A có dạng: (CH 2 O) n
(CH 2 O) n = 60 n = 2 Vậy công thức phân tử của A là: C 2 H 4 O 2
Trong bài này, giá trị ẩn của sản phẩm được xem là điểm nổi bật, giúp học sinh vận dụng kiến thức đã học để tìm ra các ẩn đó một cách linh hoạt Học sinh có khả năng phân tích đề bài, nhận diện các yếu tố ẩn, và chuyển đổi bài toán về dạng cơ bản mà mình đã thành thạo Việc này không chỉ giúp nâng cao kỹ năng tư duy logic mà còn củng cố kiến thức đã học, đồng thời phát huy khả năng vận dụng trong các tình huống thực tế.
DẠNG 5: LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA HIĐROCACBON DỰA VÀO PHẢN ỨNG HÓA HỌC ĐẶC TRƯNG
Cho 0.728 lít hỗn hợp gồm 2 hidrocacbon đi qua dung dịch nước brom lấy dư thấy có 2g brom phản ứng và còn 0.448 lít khí thoát ra ngoài Đốt cháy hoàn toàn 0.725 lít hỗn hợp khí trên rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy qua bình 1 đựng H 2 SO 4 đặc, sau đó qua bình 2 đựng dung dịch nước vôi trong lấy dư thấy xuất hiện 7,75g kết tủa Tìm công thức phân tử của 2 hidrocacbon trên Các thể tích khí đều đo ở điều kiện tiêu chuẩn
- Hỗn hợp hidrocacbon + dung dịch nước brom
Khí bị giữ lại thuộc hidrocacbon nào ? ( Hidrocacbon chưa no )
Khí đi qua được thuộc hidrocacbon nào ? (Hidrocacbon no )