SKKN Một số phương pháp lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9

Một số phương pháp lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9.mà mỗi giáo viên dạy hóa phải trăn trở tìm tòi, biên soạn nội dung giảng dạy làmthế nào để học sinh rèn l

PHÒNG GD & ĐT ÂN THI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG THCS BẮC SƠN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc



- -Tên đề tài:

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP LẬP CƠNG THỨC PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ

DÀNH CHO HỌC SINH LỚP 9

- -Phần 1: - -Phần lí lịch.

Tác giả : Nguyễn Văn Thượng - Tổ trưởng chuyên mơn

Nơi cơng tác : Trường THCS Bắc Sơn – Ân Thi – Hưng Yên

Là một giáo viên dạy mơn hĩa học chắc hẳn ai cũng hiểu bộ mơn hĩa là bộmơn mới và khĩ đối với học sinh bậc THCS, đặc biệt là phân mơn hĩa học hữu cơ

Số tiết phân bố trong chương trình cịn ít song yêu cầu lượng kiến thức lại quánhiều và rộng, lượng bài tập phong phú đa dạng song SGK và sách bài tập lại chưaphân dạng từng loại bài tập cũng như chưa nêu nên cách thiết lập phương pháp giải

cụ thể cho từng dạng tốn Đĩ chính là cái khĩ cho người học và cũng là nội dung

Một số phương pháp lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9.

mà mỗi giáo viên dạy hóa phải trăn trở tìm tòi, biên soạn nội dung giảng dạy làmthế nào để học sinh rèn luyện kỹ năng giải tốt các dạng bài tập theo yêu cầu củachương trình 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 “Một số phương pháp lập công

thức phân tử của hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9”.

1 Thực trạng chung

* Trong những năm học trước tôi giảng dạy, tôi nhận thấy rằng các dạng bài tậpcủa hóa vô cơ và hóa hữu cơ ở bậc THCS có điểm chung gần giống nhau chỉ khácnhau ở dạng toán lập công thức phân tử các hợp chất hữu cơ, đây là dạng toán mới

và khó đối với học sinh lớp 9, hơn nữa sách bài tập lại không thiết lập cách giảicho từng dạng cụ thể do vậy trong quá trình khảo sát cuối năm tôi nhận thấy hầuhết học sinh lớp 9 còn yếu về các dạng toán này Đó chính là lí do tôi chọn đề tài

mới “Một số phương pháp lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dành cho

học sinh lớp 9” và đã áp dụng thành công vào giảng dạy trong 2 năm học

2012-2013 và 2012-2013-2014 đạt kết quả khá cao

2 Ý nghĩa và tác dụng của đề tài

- Nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy và học môn hóa học nói chung và phân mônhóa học hữu cơ nói riêng

- Giúp học sinh biết phân loại và nắm chắc bản chất của dạng bài tập “Lập côngthức phân tử của hợp chất hữu cơ” từ đó rèn kỹ năng giải bài tập hóa học nóichung và bài tập dạng lập công thức hợp chất hữu cơ nói riêng

- Phát huy tính tích cực và tạo hứng thú cho học sinh trong học tập đặc biệt là tronggiải bài tập hóa học

II Phương pháp tiến hành

1 Cơ sở lí luận

Mục tiêu giáo dục - đào tạo phải hướng vào đào tạo những con người laođộng, tự chủ, sáng tạo, cĩ năng lực giải quyết những vấn đề thường gặp, qua đĩ màgĩp phần tích cực thực hiện mục tiêu lớn của đất nước là dân giàu, nước mạnh, xãhội cơng bằng, dân chủ, văn minh Về phương pháp giáo dục, phải khuyến khích tựhọc, phải áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinhnăng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề

Kỹ năng giải tốn hĩa học chỉ được hình thành khi học sinh nắm vững líthuyết, nắm vững kiến thức về tính chất hĩa học của chất, biết vận dụng kiến thứcvào giải bài tập Học sinh phải hình thành được một mơ hình giải tốn hĩa học, cácbước để giải một bài tốn, kèm theo đĩ là phải hình thành ở học sinh thĩi quenphân tích bài và định hướng được cách làm, đây là một kỹ năng rất quan trọng đốivới việc giải một bài tốn hĩa học

2 Cơ sở thực tiễn:

Bài tập Hố học hữu cơ là một bài tập khĩ đặc biệt là bài tập lập cơng thứcphân tử hợp chất hữu cơ cho học sinh trung học cơ sở Thế nhưng, trong nội dungcủa chương trình học khơng cĩ một tiết học riêng giới thiệu về cách lập cơng thứcphân tử hợp chất hữu cơ Do đĩ việc nhận dạng, định hướng và tìm ra phươngpháp giải là một vấn đề hết sức khĩ khăn đối với học sinh nhất là học sinh cĩ sứchọc trung bình, yếu, kém Xuất phát từ thực tế đĩ qua kinh nghiệm giảng dạy tơi đãrút ra những kinh nghiệm và viết nên đề tài với mong muốn giải quyết được nhữngkhĩ khăn đối với học sinh, kích thích học sinh cĩ lịng yêu thích mơn học hơn nữa

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

3 Các biện pháp tiến hành.

1 Khảo sát chất lượng vào cuối tháng 4/2012

Một số phương pháp lập cơng thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9.

* Nội dung : thực hiện các bài tập lập công thức các hợp chất hưũ cơ

* Thời gian : 45 phút kết quả như sau:

- Từ kết quả khảo sát và những nguyên nhân trên năm hoc 2011-2012 tôi bắttay vào việc tiến hành nghiên cứu phân loại dạng bài tập lập công thức phân tửHCHC, bằng kinh nghiệm và kiến thức của bản thân kết hờp với kiến thức từcác sách tham khảo tôi tiến hành biên soạn nội dung, nhằm tìm ra biện phápthích hợp và chọn nội dung phù hợp trong việc Đó cũng chính là nguyên nhântôi tiến hành biên soạn và thực hiện đề tài

* Hoạch định về thời gian thực hiện:

Tháng 05  07/ 2011 - Nghiên cứu và biên soạn nội dung trên cơ sở tài liệu Tháng 08  09/ 2011 - Tổng hợp nội dung nghiên cứu

Tháng 10 11/ 2011 – Viết và hồn thiện đề tài

Tháng 2  4/ 2012 - Áp dụng đề tài vào thực nghiệm lần 1

yếu là bài tập dạng đốt cháy chính vì thế tơi chọn đề tài “Hướng dẫn học sinh lớp

9 một số phương pháp lập cơng thức phân tử của hợp chất hữu cơ ” để học sinh

cĩ cơ sở luyện giải dạng bài tập cơ bản này đạt kết quả tốt, trước hết tơi trang bị

I Những kiến thức cơ bản về lí thuyết cần trang bị cho học sinh.

1 Công thức tổng quát của hợp chất hữu cơ.

Cung cấp cho học sinh công thức tổng quát của HCHC nhằm giúp học sinh xácđịnh được số nguyên tử của từng nguyên tố trong hợp chất khi gặp dạng cụ thể và

để xác định công thức hợp chất khi biết dạng tổng quát cũng như xác định tên hợpchất khi đã tìm được

H) CTTQ: CXHY

Hydrocacbon no (Họ ANKAN: CnH2n + 2

với

n 1)Hydrocacbon không no (Họ ANKEN:

CnH2n với n 2)Hydrocacbon không no (HọANKIN:CnH2n - 2 với n 2)

Hydrocacbon thơm ( Họ AREN: CnH2n - 6

với n 6 )Dẫn xuất

hydrocacbon( Ngoài C và H còn có nguyên tố khác như: O, N )

Một số phương pháp lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9.

hiđrôcacbon (A) đem đốt :

Nếu nCO 2  nH 2 O hay x 

2

y

 A là Ankan Nếu nCO 2 = nH 2 O hay x = 2y  A là Anken

+ Phương trình phản ứng cháy tổng quát của các loại dẫn xuất hiđrôcacbon (A):

- Hợp chất hữu cơ có chứa ôxi :

xuất hiđrôcacbon (A) đem đốt :

Nếu nCO 2  nH 2 O hay x 

2

y

 A có thể là Ankanol (Rượu) Nếu nCO 2 = nH 2 O hay x = 2y  A là Ankanoic (Axit ) đơn chức no

- Hợp chất hữu cơ có chứa ôxi và nitơ :

CxHyOzNt + (x  4y -2z )O2  t0 x CO2 + 2y H2O + 2t N2

3 Bài toán dạng cơ bản: ( áp dụng cho mọi đối tượng học sinh )

a) Sơ đồ phân tích đề bài tốn:

m (g) + O2 mCO2 (g) ( hay nCO2(mol) , VCO2(lít) ở đktc )

HCHC mCO2(g) hay nH2O(mol)

(A) VN2(lít) ở đktc ( hay nN2(mol) )

* Yêu cầu : Xác định cơng thức phân tử hợp chất hữu cơ (A)

* Tính tổng khối lượng : ( mC + mH + mN ) rồi so sánh

- Nếu ( mC + mH + mN ) = mA ( đem đốt ) => A khơng chứa ơxi

- Nếu (mC + mH + mN )  mA (đem đốt) => A cĩ chứa ơxi

; %H =

A

H m

; %N =

A

N m

%O =

A

O m

= 100% - ( %C + %H + %N )

Bước 2 : Xác định khối lượng mol phân tử hợp chất hữu cơ (MA)

* Dựa vào khối lượng riêng của hợp chất hữu cơ (A) ở đktc (DA)

MA = 22,4 DA

MA = MB dA/B MA = 29 dA/KK

Một số phương pháp lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9.

* Dựa vào khối lượng (mA (g) ) của một thể tích (VA (lít) ) khí A ở đktc

* Dựa vào biểu thức phương trình Mendeleep – Claperon:

Cho mA (g) chất hữu cơ A hóa hơi chiếm thể tích VA (l) ở nhiệt độ T

(oK) và áp suất P(atm)

PV = nRT  M mRTpV (R = 0,082 atm/ oKmol)

* Dựa vào định luật Avogadro:

Định luật: Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, mọi thể tích khí bằng

nhau đều chứa cùng một số phân tử khí.

VA = VB => nA = nB 

B

B A

A

M

m M

Bước 3 : Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ (A)

Cách 1 : Dựa vào công thức tổng quát của hợp chất huwuc cơ (A) : CxHyOzNt

A

A N O H

M m

t m

z m

y m

z H

y C

- Tính trực tiếp x , y , z , t từ tỉ lệ trên => công thức phân tử hợp chất (A)

Cách 2 : Tính trực tiếp từ phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ (A)

* Trường hợp 1 : Đề cho biết khối lượng của các chất trong phản ứng cháy:

O H

M m

t m

y m

2

14 9

=> Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ A

* Trường hợp 2 : Đề cho biết thể tích và hơi của các chất trong phản ứng cháy (ở

cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất)

- Trường hợp này ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, tỉ lệ thể tích của chất khí vàhơi cũng chính là tỉ lệ số mol Do đố khi iair nên áp dụng các thể tích trên trực tiếpvào phương trình phản ứng cháy tổng quát

4 Các bài tập minh họa:

Bài tập 1 : Một hydrocacbon A có thành phần nguyên tố: % C = 84,21; %H =

15,79; Tỉ khối hơi đối với không khí bằng dA/KK = 3,93 Xác định CTPT của A

.%C M

1.100

114.15,79 1.100

.%H M

Suy ra CTPT A: C8H18

Bài tập 2 :

Một hydrocacbon A ở thể khí có thể tích gấp 4 lần thể tích của lưu huỳnh

đioxit có khối lượng tương đương trong cùng điều kiện Sản phẩm cháy của A dẫn qua bình đựng nước vôi trong dư thì có 1g kết tủa đồng thời khối lượng bình tăng 0,8g Tìm CTPT A

4

SO A

SO

SO A

A

M M M

m M

Một số phương pháp lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9.

4

64 4

12 , 0 16 12.m

m M x m

M m

y m

12

A

C A A

A H C

04 , 0 16 m

m M y

 CTN : C3H8  CTTN : (C3H8)n

Biện luận :

Số H  2 số C +2  8n  6n + 2  n  1 mà n nguyên dương n = 1

CTPT A : C3H8

Bài tập 4 : Đốt cháy hoàn toàn 3 gam hợp chất hữu cơ (A) chứa các nguyên tố:

C, H, O, kết quả thu được 6,6 gam CO2 và 3,6 gam H2O Biết tỉ khối hơi của hợpchất này đối với khí H2 là 30 Xác định công thức phân tử của HCHC (A) ?

H

M m

z m

y m

16 4 , 0 8 , 1

M m

y m

x





2 2

9 44

3

60 6 , 3

9 6 , 6

 z =

1 16

) 8

Một số phương pháp lập cơng thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9.

Vậy cơng thức phân tử của (A) là: C3H8O

Bài tập 5 : Đốt cháy hồn tồn 100ml hơi chất hữu cơ (A) chứa 3 nguyên tố: C,

H, O, cần 250ml khí O2, thu được 200ml CO2 và 200ml H2O (các khí đo ở cùngđiều kiện nhiệt độ và áp suất) Xác định cơng thức phân tử của hợp chất hữu cơ(A)

2 200 100 1

z y x y

2 100

4 2 100

250 250

2 4 100

Vậy công thức phân tử của hợp chất hữu cơ (A) là : C2H4O

Bài tập 6: Đốt cháy hoàn toàn 7,4(g) hợp chất axit đơn chức no, thu được

72 , 6 4 , 22





- Số mol CnH2n+1COOH : n C n H2n 1COOH 14n7,446

- Phương trình phản ứng đốt cháy axit đơn chức no:

CnH2n+1COOH + )

2

1 3 ( n O2  t0 (n +1)CO2 + (n +1)H2O

1 (n +1)

14n7,446 0,3

- Theo phương trình phản ứng, ta có tỉ lệ:

147,446  0,31

n ( Giải ra ta được kết quả: n = 2 )

- Vậy công thức của axit là: C2H5 - COOH

5 Các bài toán dạng phân hoá thường gặp (biến dạng) : áp dụng cho đối tượng học sinh khá, giỏi

5.1 Biến dạng 1:

a) Đặc điểm bài toán : Đề không cho dữ kiện tính MA, yêu cầu xác định côngthức phân tử hợp chất hữu cơ (A)

b) Phương pháp giải :

Bước1 : Đặt công thức (A) dạng tổng quát : CxHyOzNt

Sau đó dựa vào dữ kiện bài toán thiết lập tỷ lệ :

x : y : z : t = : 14

16

: 1

: 12

N O H

m

=> công thức đơn giản nhất ( CTĐGN ) và công thức thực nghiệm ( CTTN ) của chất (A)

Bước 2 : Biện luận từ công thức thực nghiệm ( CTTN ) để suy ra công thức

phân tử đúng của (A)

Bảng biện luận một số trường hợp thường gặp

Một số phương pháp lập cơng thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9.

nguyên

y lẻ nếu t lẻ

y chẳn nếu t chẳn

=> n = 1 => CH4N (loại)

n = 2 => C2H8N2 (nhận)

c) Bài tập minh hoạ:

- Đốt cháy hoàn toàn 2,64 gam một Hydrôcacbon (A) thu được 4,032 lít khí

032 , 4 12 4 , 22

- Dạng công thức của(A) : CxHy

- Ta có tỷ lệ : x : y = 0 , 18 : 0 , 48

1

48 , 0 : 12

16 , 2 1

CTĐGN của (A) là: C3H8 => CTTN của (A): (C3H8)n hay C3nH8n

Điều kiện : 8n  2 3n 2  n 1 , vì n nguyên , > 0, buộc n = 1

- Vậy công thức phân tử của (A) là: C3H8

5.2 Biến dạng 2:

a) Đặc điểm bài toán :

- Đề không cho biết lượng chất hữu cơ (A) đem đốt mà lại cho lượng ôxy cầnđể

đốt cháy hoàn toàn (A)

b) Phương pháp giải :

- Trước hết áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho sơ đồ phản ứng cháycủa(A)

(A) + O2  t0 CO2 + H2O

=> lượng chất (A) đem đốt : mA = ( mCO2 + mH2O ) - mO2

- Sau đó đưa bài toán về dạng toán cơ bản để giải

* Lưu ý:

- Nếu biết (A) là Hydrôcacbon, dựa vào phương trình phản ứng cháy tổngquát

của (A) : CxHy + (x  4y) O2  t0 x CO2 + 2y H2O

- Ta luôn có phương trình toán học :

nO2 (phản ứng cháy) = nCO2 + 21 nH2O

- Các khí và hơi đo ở cùng điều kiện, ta cũng có :

VO2 (phản ứng cháy) = VCO2 + 21 VH2O (hơi)

c) Bài tập minh họa:

- Đốt cháy hoàn toàn chất hữu cơ (A) cần vừa đủ 6,72 lít khí O2 ở đktc thuđược 13,2 (g) CO2 và 5,4(g) H2O Xác định công thức phân tử của (A) ? Biết tỷkhối hơi của (A) đối với Heli là 7,5

72 , 6

) = 9 (g)

( Vận dụng phương pháp giải dạng cơ bản )

- Khối lượng mol của chất (A) MA = MHe dA/He = 4 7,5 = 30(g)

- Khối lượng các nguyên tố có trong (A):

mC = 12 3 , 6 ( )

44

2 , 13 12 44

m H O





Một số phương pháp lập cơng thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh lớp 9.

- Tổng: mC + mH = 3,6 + 0,6 = 4,2(g) < mA đem đốt 9(g)

=> chất (A) có chứa ôxi : mO = 9 - 4,2 = 4,8(g)

- Dạng công thức của (A) là CxHyOz

- Ta có tỉ lệ :

A

A O H

M m

z m

y m

(A) H2O mB2 (tăng lên)

+ Yêu cầu : Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ (A)

- Cách giải : Tư ø mB1 (tăng lên) = mH2O ; mB2 (tăng lên) = mCO2

Sau đó đưa bài toán về dạng cơ bản để giải

* Kiểu đề 2:

HCHC CO2 mBình (tăng lên)

(A) H2O m muối trung hoà

m muối axit

+ Yêu cầu : Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ (A)

- Cách giải : Viết phương trình phản ứng CO2 tác dụng với dung dịch kiềm

- Từ lượng muối trung hoà và muối axit thu được ( dữ kiện đề bài ) dự vàophương

trình phản ứng tính lượng CO2

- Vì độ tăng khối lượng bình chứa : mB2 (tăng lên) = mCO2 + mH2O

=> mH2O = mB2 (tăng lên) - mCO2

Bình d 2 Ca(OH) 2 hay Ba(OH) 2

hấp thụ toàn bộ CO 2 và H 2 O

- Tính được mCO2 và mH2O sinh ra do chất hữu cơ (A) cháy ; đưa bài toán vềdạng cơ bản để giải

c) Bài tập minh hoạ:

Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn 10,4(g) chất hữu cơ (A) rồi cho sản phẩm lần lượt

qua bình (1) chứa H2SO4 đậm đặc và bình (2) chứa nước vôi trong có dư ; thấykhối lượng bình (1) tăng 3,6 (g) ; ở bình (2) thu được 30 (g) kết tủa Biết tỉ khốihơi của chất (A) đối với khí O2 là 3,25 Xác định công thức phân tử của (A) ?

Giải

- Theo đề , chất hữu cơ (A) đốt cháy chắc chắn cho sản phẩn CO2 và H2O ;

H2O bị H2SO4 đậm đặc giữ lại ; CO2 phản ứng với Ca(OH)2

( Vận dụng phương pháp giải dạng cơ bản )

- Khối lượng các nguyên tố có trong (A):

m H = 2 0 , 4 ( )

18

6 , 3 2 18

m H O



 ; m C = m CO2 12  0 , 3 12  3 , 6 (g)

- Tổng: mC + mH = 3,6 + 0,4 = 4(g) < mA ( đem đốt )

=> Chất hữu cơ (A) có chứa ôxi : mO = 10,4 - 4 = 6,4(g)

- Khối lượng mol của chất (A): MA = dA/O2 MO2 = 3,25 32 = 104(g)

- Dạng công thức phân tử của (A) là: CxHyOz

- Ta có tỉ lệ :

A

A O H

M m

z m

y m

Giải ra ta được kết quả : x = 3 ; y = 4 ; z = 4

Vậy công thức phân tử của (A) là : C3H4O4

Bài 2 : Đốt cháy hoàn toàn 1,08(g) chất hữu cơ (A) rồi cho toàn bộ sản phẩm

vào dung dịch Ba(OH)2 ; thấy bình nặng thêm 4,6(g) ; đồng thời tạo thành

6,475(g) muối axit và 5,91(g) muối trung hoà Tỉ khối hơi của (A) đối với Heli là 13,5 Xác định công thức phân tử của (A) ?