SKKN Các phương pháp lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dành cho học sinh THCS

Trước thực tế đó qua kinh nghiệm của nhiều năm giảng dạy tôi đã đúc kết và rút ra kinh nghiệm và viết nên đề tài “Các phương pháp lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dành cho học s

Đề tài:

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP LẬP CÔNG THỨC

PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ DÀNH

CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ

Người thực hiện : Vương Thị Hồng Phượng

Chức vụ : Giáo viên

Tổ : Hoá - Sinh - NhạcNăm học : 2014-2015

Tháng 01 năm 2015

I ĐẶT VẤN ĐỀ:

Trong thời đại khoa học thông tin ngày nay đòi hỏi con người phải có mộttrình độ khoa học nhất định Vì vậy mục tiêu của giáo dục đào tạo là bồi dưỡngcon người trở thành lao động có tư duy sáng tạo và xử lí thông tin một cáchnhanh chóng, chính xác và khoa học Để đạt được điều đó hơn bao giờ hết chúng

ta cần phải chú ý nâng cao chất lượng học tập của học sinh ở trường phổ thông

Môn Hoá Học ở trường phổ thông có một vị trí và ý nghĩa rất quan trọngđối với việc giáo dục thế hệ trẻ Bước đầu hình thành cho học sinh những kháiniệm về hoá học và sự biến đổi về tính chất của các chất Giúp cho học sinh hiểuđược hoá học có ý nghĩa rất quan trọng trong đời sống xã hội, từ đó có cái nhìn

và thái độ đúng đắn đối với môn học

Với xu hướng phát triển của giáo dục hiện nay đối với nhiều bộ môn nóichung và bộ môn hoá học nói riêng là tăng cường việc kiểm tra trắc nghiệm trongviệc đánh giá kết quả học sinh Vì vậy việc định dạng bài tập để chọn ra cách giảinhanh các bài tập để chọn ra cách giải nhanh các bài tập hoá học là hết sức cầnthiết

Với đặc điểm của học sinh lớp 9, mới bắt đầu tiếp xúc với phân môn Hoáhọc hữu cơ nên việc định dạng bài tập để tìm ra hướng giải đúng và nhanh là hếtsức khó khăn đối với học sinh Trước thực tế đó qua kinh nghiệm của nhiều năm

giảng dạy tôi đã đúc kết và rút ra kinh nghiệm và viết nên đề tài “Các phương

pháp lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dành cho học sinh THCS”.

II CƠ SỞ LÝ LUẬN:

Theo nghị quyết hội nghị lần thứ IV Ban chấp hành Trung ương ĐảngCộng sản Việt Nam (khoá VII, 1993) đã chỉ rõ: Mục tiêu giáo dục - đào tạo phảihướng vào đào tạo những con người lao động, tự chủ, sáng tạo, có năng lực giảiquyết những vấn đề thường gặp, qua đó mà góp phần tích cực thực hiện mục tiêulớn của đất nước là dân giàu, nước mạnh, xã hội công bằng, dân chủ, văn minh

Về phương pháp giáo dục, phải khuyến khích tự học, phải áp dụng những phươngpháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, nănglực giải quyết vấn đề

Nghị quyết hội nghị lần thứ II Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản

Việt Nam (khoá VIII, 1997) tiếp tục khẳng định: “Phải đổi mới phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, bảo đảm điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, nhất là sinh viên đại học”.

Các quan điểm trên đây đã được pháp chế hoá trong luật giáo dục (2005).Điều 28.2 viết: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tựgiác, chủ động, sáng tạo của học sinh, phù hợp với đặc điểm của từng lớp học,môn học, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thứcvào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hứng thú học tập cho họcsinh”.

III CƠ SỞ THỰC TIỄN:

Bài tập Hoá học hữu cơ là một bài tập khó đặc biệt là bài tập lập công thứcphân tử hợp chất hữu cơ cho học sinh trung học cơ sở Thế nhưng, trong nội dungcủa chương trình học không có một tiết học riêng giới thiệu về cách lập côngthức phân tử hợp chất hữu cơ Do đó việc nhận dạng, định hướng và tìm raphương pháp giải là một vấn đề hết sức khó khăn đối với học sinh nhất là họcsinh có sức học trung bình, yếu, kém Xuất phát từ thực tế đó qua kinh nghiệmgiảng dạy tôi đã rút ra những kinh nghiệm và viết nên đề tài với mong muốn giảiquyết được những khó khăn đối với học sinh, kích thích học sinh có lòng yêuthích môn học hơn nữa

Tuỳ vào điều kiện thời gian và mức độ nhận thức của học sinh giáo viên cóthể chọn những nội dung phù hợp nhất để truyền đạt đến học sinh Đề tài này cóthể được vận dụng trong các tiết luyện tập, tiết học tự chọn hay bồi dưỡng họcsinh giỏi

IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

Thông qua kinh nghiệm của quá trình giảng dạy và nghiên cứu tài liệu tôi

có thể chia các bài tập lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ thành ba dạnglớn

Dạng 1: Lập công thức phân tử theo phương pháp khối lượng

Dạng 2: Lập công thức phân tử theo phương pháp thể tích

Dạng 3: Lập công thức phân tử theo phương pháp biện luận

Tuỳ vào từng đối tượng học sinh giáo viên có thể lựa chọn từng trườnghợp cụ thể giảng dạy cho phù hợp

A Dạng 1: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ theo phương pháp khối lượng.

Đây là dạng toán cơ bản nhất mà yêu cầu tất cả các đối tượng học sinh phảinắm bắt được Giáo viên có thể cung cấp nội dung của phương pháp này trongtiết luyện tập, nếu trường nào có điều kiện giáo viên có thể truyền đạt đến họcsinh trong tiết học tự chọn hay tiết phụ đạo thì hiệu quả sẽ cao hơn

Nội dung của phương pháp này có thể được tóm tắt như sau:

1 Giả thiết bài toán:

Đốt cháy a (gam) hợp chất hữu cơ A thu được m CO2 , m H O

2 và m N2 (nếucó)

Để cho giả thiết tính M khối lượng mol của A (mA) yêu cầu lập công thứcphân tử của A

2 Các bước lập công thức phân tử:

Với giả thiết trên ta lập công thức phân tử A theo các bước sau:

Bước 1: Định lượng các nguyên tố trong A.

- Tìm cacbon: Dựa vào CO2

=

9

2O H m

Bước 2: Tính khối lượng phân tử gần đúng của hợp chất hữu cơ.

- Dựa vào tỉ khối hơi

dA/B =

B

A M

- Dựa vào khối lượng riêng của chất khí

Do = 22M,A4

-> MA = Do.22,4

Bước 3: Lập công thức phân tử của A.

Đối với bước này tôi chia thành ba cách, tuỳ thuộc vào điều kiện của bàitoán cho mà học sinh có thể chọn cho mình cách giải nhanh và dễ dàng nhất.

Cách 1: Dựa vào thành phần khối lượng của các nguyên tố trong phân tử

Hoặc nếu bài toán cho phần trăm khối lượng của các %C chất thì giáo viênhướng dẫn cho học sinh sử dụng công thức:

Thay các giá trị đã biết vào công tác thức trên suy ra các giá trị x, y, z, t,sau đó thay vào công thức tổng quát ta được công thức phân tử cần lập

Cách 2: Lập công thức phân tử qua công thức thực nghiệm.

Đối với cách này thường dùng để giải các bài toán mà yêu cầu lập côngthức nguyên hay bài toán cho thiếu giả thiết để tính MA

Trước tiên ta lập tỷ lệ số nguyên tử giữa các nguyên tố

C : H : O : N =

12

c m

:

1

H m

:

16

O m

:

14

N m

Hoặc C : H : O : N = %C12 : %H1 : %O16 : %N14

= a : b : c : d (là tỉ lệ số nguyên, tối giản)Suy ra công thức thực nghiệm (CaHbOcNd)n

Trong đó n ≥ 1 (là số nguyên): gọi là hệ số thực nghiệm

Dựa vào MA hoặc giả thiết của đề cho suy ra n, thay vào công thức thựcnghiệm suy ra công thức phân tử cần lập

Cách 3: Dựa vào phương trình cháy.

Giáo viên hướng dẫn cho học sinh phương trình cháy tổng quát nhất vàcách điền số vào phương trình

CxHyOZNt + (x + 4y - 2z )O2  to xCO2 + 2y H2O + 2t N2

Vì đây là bài tập đầu tiên giúp cho học sinh làm quen với bài tập lập côngthức phân tử của hợp chất hữu cơ cho nên người giáo viên cần chọn bài tập cơbản nhất và lần lượt hướng dẫn cho học sinh các bước giải thật cụ thể để bướcđầu giúp cho học sinh cảm nhận rằng việc giải một bài tập hoá hữu cơ cũngkhông quá khó đối với học sinh.

Bước 1: Định lượng các nguyên tố trong A.

= 3.1113,2 = 3,6 (g)

mH =

9

2O H m

= 59,4 = 0,6 (g)

mO = mA – (mC + mH) = 7,4 – (3,6 + 0,6) = 3,2 (g)

Vậy A có chứa 3 nguyên tố C, H và O

Bước 2: Tính MA = d A / H2 m H2 = 37.2 = 74 (g)

Bước 3: Lập công thức phân tử của A.

Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh lập theo cả 3 cách:

M

= 774,4 = 10-> x =

= 3

y = 10.mH = 10.0,6 = 6

z =

16

10m O

=1016.3,2 = 2Vậy công thức phân tử A là C3H6O2

Cách 2:

C : H : O =

12

c m

:

1

H m

:

16

O m

= 312,6 : 01,6 : 316,2 = 0,3 : 0,6 : 0,2 = 3 : 6 = 2

3 Các trường hợp biến dạng:

Để giải một bài tập theo phương pháp khối lượng không phải bao giờ cũngchỉ dừng lại ở dạng cơ bản mà nó còn đi sâu vào các trường hợp biến dạng đòihỏi học sinh phải có tư duy để giải Đối với những trường hợp này không yêu cầuđối với các học sinh có mức độ trung bình, yếu, kém mà các truờng hợp này chủ

yếu giành cho học sinh khá, giỏi Giáo viên có thể đưa vào chương trình bồidưỡng học sinh giỏi hoặc có thể hướng dẫn mở rộng thêm cho học sinh trong cácgiờ luyện tập nếu có thời gian Với phạm vi đề tài nghiên cứu này tôi xin đưa racác trường hợp biến dạng như sau:

1 Trường hợp 1: Đề toán không cho biết khối lượng của hợp chất hữu cơ

ban đầu mà cho biết lượng O2 cần dùng để đốt cháy hợp chất hữu cơ

Đối với dạng bài tập này ta sẽ giải quyết như sau:

Dựa vào phương trình: A + O2 to CO2 + H2O + N2

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m + ( )

2O H O

Giáo viên hướng dẫn học sinh các bước xử lý giả thiết đề cho:

-> Bài toán đã được đưa về dạng cơ bản, giáo viên cho học sinh tự giảitiếp.

2 Trường hợp 2: Bài toán không cho trực tiếp lượng CO2 và H2O mà chocác giả thiết như sau:

a Giả thiết 1: Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ rồi dẫn sản phẩm cháy

lần lượt qua bình một đựng H2SO4 đặc (hoặc P2O5, hoặc CaCl2 khan), cho tiếp sảnphẩm còn lại qua bình 2 đựng dung dịch Ca(OH)2 (hoặc Ba(OH)2, NaOH, KOH)

Sau đó cho khối lượng bình 1 tăng, khối lượng bình 2 tăng

Hướng giải quyết: Ta có thể suy ra m H O

2 = m bình 1 tăng; m CO2 = m bình 2tăng sau đó đưa bài toàn về dạng cơ bản để giải

b Giả thiết 2: Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ rồi dẫn toàn bộ sản

phẩm cháy qua bình đựng dung dịch Ba(OH)2 dư hoặc Ca(OH)2 dư Sau thínghiệm đề cho khối lượng của bình tăng và khối lượng kết tủa trong bình

Hướng giải quyết: Khi dẫn sản phẩm cháy vào bình thì cả CO2 và H2O bịgiữ lại trong bình Do đó:

2

CO

m + m H O

2 = m bình tăng (*)

Và CO2 tạo kết tủa với Ba(OH)2 hoặc Ca(OH)2

Từ khối lượng kết tủa -> Số mol kết tủa => dựa vào phương trình suy ra sốmol CO2 => Khối lượng CO2

Thay vào * suy ra m H O

2

Sau đó đưa bài toán về dạng cơ bản để giải

* Lưu ý: Trong giả thiết này khi cho sản phẩm cháy gồm CO2 và nước vào

dd Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2 thì dung dịch thu được có thể tăng lên hay giảm xuống

so với khối lượng ban đầu

Nếu mtăng = m (chất hấp thụ CO2,H2O) - m kết tủa

Nếu m giảm = m kết tủa - m chất hấp thụ.

Bài tập vận dụng:

1 Đốt cháy hoàn toàn 0,46g hợp chất hữu cơ A thu toàn bộ sản phẩm cháyqua bình 1 đựng P2O5, bình 2 đựng KOH thấy khối lượng bình 1 tăng 0,88g và

bình 2 tăng 0,54g Biết tỉ khối của khí A so với không khí bằng 1,58 Xác địnhcông thức phân tử của A.

Hướng giải quyết bài toán này nằm trong giả thiết 1

Bài toán được đưa vào dạng cơ bản

2 Đốt cháy hoàn toàn 10,4g chất hữu cơ A rồi cho sản phẩm cháy hấp thụhết vào bình chứa dung dịch Ca(OH)2 dư thấy khối lượng của bình tăng 16,8 (g)đồng thời trong bình có xuất hiện 30 gam kết tủa

Biết khối lượng của 0,05 mol A là 5,2g Xác định công thức phân tử của A.Đối với bài tập này nằm ở giả thiết thứ 2 Giáo viên hướng dẫn học sinhgiải quyết trường hợp biến dạng này để đưa vào dạng cơ bản

m

= 05,,052 = 104 (g)Bài toán được đưa về dạng cơ bản

3 Trường hợp 3: Bài toán không cho biết khối lượng sản phẩm cháy CO2,

H2O cụ thể, riêng biệt sinh ra khi đốt cháy hợp chất hữu cơ mà cho lượng hỗnhợp các sản phẩm này và tỉ lệ về khối lượng hay thể tích của chúng

Cách giải quyết: Đặc ẩn số mol cho CO2 và H2O (n CO2= a; n H O

2 = b) rồilập phương trình toán học về khối lượng CO2 và H2O cụ thể Sau đó tính lượng

CO2 và H2O riêng biệt rồi đưa vài toán về dạng cơ bản để giải

Bài tập vận dụng: Đốt cháy hoàn toàn 18g hợp chất hữu cơ A cần vừa đủ16,8 (l) O2 đktc Hỗn hợp sản phẩm cháy gồm CO2 và H2O theo tỉ lệ thể tích

2

CO

V : V H O

2 = 3 : 2 Xác định công thức phân tử của A biết d A / H2 = 36

Giáo viên hướng dẫn học sinh giải quyết bài toán để đưa về dạng cơ bản

CO n

n

2

2

= b a = 23-> 2a - 3b = 0 (2)

Giải hệ 2 phương trình (1) và (2) suy ra a = 0,75

Trên đây là các trường hợp để giải bài toán lập công thức phân tử theophương pháp khối lượng được áp dụng cho các học sinh ở trường THCS Ngoài

ra trong các chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi giáo viên còn có thể cung cấpthêm cho học sinh các cách giải bài toán lập công thức phân tử theo phương phápthể tích hay phương pháp biện luận

B Dạng 2: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ theo phương thức thể tích.

Phạm vi áp dụng: Phương pháp này được dùng để lập công thức phân tửcủa hợp chất hữu cơ ở thể khí hoặc hơi

Giáo viên giới thiệu các bước lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơgồm 3 bước

- Bước 1: Xác định thể tích các chất trước và sau phản ứng đốt cháy.

- Bước 2: Viết phương trình phản ứng cháy dưới dạng tổng quát.

Bước 3: Lập tỉ lệ mol và tỉ lệ thể tích tương ứng với các chất Sau đó giải

hệ các phương trình đã lập được để tìm ra kết quả

* Lưu ý: Các nghiệm số tìm được là các số nguyên dương.

Bài tập vận dụng:

1 Đốt cháy hoàn toàn 15cm3 hiđrocacbon trong 98 cm3 O2 (lấy dư) Sau đólàm lạnh hỗn hợp thì thu được 68cm3 khí, cho qua dung dịch KOH thì còn lại8cm3 khí Thể tích các khí đo trong cùng một điều kiện về nhiệt độ, áp suất Xácđịnh công thức phân tử của hiđrocacbon

Đối với phương pháp thể tích giáo viên nên cho học sinh lập sơ đồ để dễdàng tìm thể tích của các chất

x 

= 1590 = 6-> y = 4(6 – 4) = 8

-> Công thức phân tử cần lập là C4H8

Giáo viên cho học sinh đề một số bài tập tương tự để học sinh vận dụngcác bước để giải

2 Đốt cháy hoàn toàn 10cm3 hợp chất hữu cơ chứa 3 nguyên tố C, H và

O, trong 40 cm3 khí O2 (lấy dư), sau khi phản ứng kết thúc thu được 60cm3 hỗn

O2 còn dư

hợp khí Làm lạnh hỗn hợp sản phẩm thu được 30cm3 hỗn hợp khí, dẫn tiếp quabình đựng dung dịch NaOH thấy có 10cm3 thoát ra khỏi bình Xác định công thứcphân tử của hợp chất hữu cơ biết thể tích các khí đo trong cùng điều kiện về nhiệt

độ và áp suất

Trong phương pháp này giáo viên có thể giới thiệu cho học sinh 2 trườnghợp biến dạng có thể gặp

1 Trường hợp 1: Đốt cháy hỗn hợp trong đó có 1 chất cần xác định công

thức phân tử và một chất khác cháy được

Trong trường hợp này giáo viên cần lưu ý với học sinh thể tích O2 dùng đểđốt cháy là đốt hai chất vừa để đốt cháy chất hữu cơ cần xác định công thức phân

tử, vừa để đốt cháy chất có trong hỗn hợp

Bài tập vận dụng: Cho lượng oxi dư vào 300cm3 hỗn hợp gồm hidrocacbon

và NH3 rồi đốt cháy Sau khi đốt cháy hoàn toàn thể tích hỗn hợp khí thu được là1250cm3 Cho hơi nước ngưng tụ, thể tích còn lại là 550cm3 Sau khi cho quadung dịch KOH thể tích còn lại 250cm3, trong đó có 100cm3 thể tích N2 Thể tíchcác khí đo trong cùng một điều kiện như nhau Xác định công thức phân tử củahidrocacbon

Cũng tương tự những bài tập trên, giáo viên hướng dẫn học sinh lập sơ đồcho bài toán

CxHy 300cm3 đốt N2 làm lạnh N2 dd KOH N2 có 100cm3

NH3 CO2 -H2O CO2 -CO2 O2 dư

O2 dư 1250cm3

2 Trường hợp 2: Đốt cháy một hỗn hợp trong đó có một chất cần xác

định công thức phân tử và một chất khác không cháy được

Bài tập: Cho 0,5l hỗn hợp CxHy và khí CO2 và 2,5l O2 lấy dư rồi đốt cháy.Kết thúc phản ứng được một hỗn hợp mới có thể tích bằng 3,4l Sau khi cho nướcngưng tụ còn 1,8l và sau khi cho qua dung dịch KOH chỉ còn 0,5l Thể tích cáckhí đo trong cùng một điều kiện Xác định công thức phân tử của CxHy

= 01,,64 = 4 -> y = 8Vậy công thức phân tử hợp chất hữu cơ cần lập là C3H8

C Dạng 3: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ theo phương pháp biện luận.

Đây là phương pháp giải bài toán mà đề bài cho không đủ giả thiết để giảiquyết bài toán bằng hai phương pháp trên (khối lượng hay thể tích) Do đó để giảiquyết được bài toán này đòi hỏi học sinh phải nắm vững kiến thức một cách có