Sử dụng hệ thống bài tập có nhiều cách giải nhằm rèn luyện tư duy cho học sinh trong dạy học hóa học hữu cơ ở trường THPT

Giải một bài toán hóa học bằng nhiều cách dưới các góc độ khác nhau có khả năng rèn tư duy cho học sinh gấp nhiều lần so với giải bài toán bằng một cách dù cách đó là ngắn gọn nhất, giúp

PHẦN I: MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

Trong dạy học hóa học, có nhiều biện pháp và phương pháp để nâng cao chất lượng dạy học và phát triển năng lực nhận thức của học sinh Thực tế cho thấy, giải bài tập hóa học không chỉ có tác dụng ôn tập, củng cố kiến thức đã học mà còn có tác dụng để phát triển kiến thức, phát triển năng lực tư duy và rèn trí thông minh cho học sinh Giải một bài toán hóa học bằng nhiều cách dưới các góc độ khác nhau có khả năng rèn tư duy cho học sinh gấp nhiều lần so với giải bài toán bằng một cách dù cách đó là ngắn gọn nhất, giúp cho học sinh có khả năng nhìn nhận vấn đề theo nhiều hướng khác nhau, phát triển tư duy logic, sử dụng thành thạo và tận dụng tối đa các kiến thức đã học Để phát triển tư duy và rèn trí thông minh cho học sinh thì việc tìm ra đáp số của bài toán hóa học là chưa đủ mà giáo viên cần phải khuyến khích học sinh tìm nhiều cách giải cho một bài tập, chọn cách giải hay nhất và ngắn gọn nhất Khi nói lên được ý hay, với phương pháp tối ưu sẽ tạo cho học sinh niềm vui, sự hưng phấn, kích thích học sinh tư duy, nỗ lực suy nghĩ để tìm ra cách giải hay hơn thế nữa

Vì vậy tôi chọn đề tài :

"Sử dụng hệ thống bài tập có nhiều cách giải nhằm rèn luyện tư duy cho học sinh trong dạy học hóa học hữu cơ trường THPT"

Hy vọng đề tài này sẽ góp phần nâng cao chất lượng dạy học hóa học ở trường THPT

II Mục đích nghiên cứu

- Rèn luyện tư duy đa hướng cho học sinh lớp 11,12 trường Trung học phổ thông qua hệ thống bài tập hóa học có nhiều cách giải

- Nâng cao hiệu quả dạy học hóa học 11, 12 nâng cao trường THPT và bồi dưỡng học sinh giỏi

III Nhiệm vụ của đề tài

- Tuyển chọn, xây dựng và sử dụng hệ thống bài toán hóa học có nhiều cách giải cho lớp 11 nâng cao ở trường THPT

- Nghiên cứu, đề xuất phương pháp sử dụng hệ thống bài tập có nhiều cách giải một cách có hiệu quả trong quá trình dạy học hóa học ở lớp 11, 12 nâng cao trường THPT

- Thực nghiệm sư phạm : Kiểm nghiệm giá trị của hệ thống bài toán hóa học có

nhiều cách giải và hiệu quả của các đề xuất về phương pháp sử dụng ở trường Trung

học phổ thông

IV Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu : Quá trình dạy học hóa học ở trường THPT

- Đối tượng nghiên cứu : Hệ thống bài tập hóa học có nhiều cách giải ở lớp 11, 12 nâng cao trường THPT

V Phạm vi nghiên cứu

- Chương trình hóa học THPT : chương trình hóa học hữu cơ 11 và 12

VI Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu, tham khảo các tài liệu có liên quan

- Tổng hợp, phân tích, đề xuất phương pháp giải

- Đưa ra các dạng bài tập tiêu biểu để minh họa sau đó có bài tập tương tự

VII Kế hoạch thực hiện đề tài:

Nghiên cứu thực trạng của học sinh sau khi học hoá 11và 12 và kiểm tra chất lượng để

căn cứ vào đó lập kế hoạch xây dựng đề tài từ tháng tháng 11 năm 2012

THPT: Trung học phổ thông

PHẦN II NỘI DUNG

I TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BÀI TẬP HOÁ HỌC NHIỀU CÁCH GIẢI

NHẰM RÈN LUYỆN TƯ DUY CHO HỌC SINH HIỆN NAY Ở TRƯỜNG THPT

Qua thực tế giảng dạy ở trường THPT Tiên Lữ chúng tôi thấy rằng: Đa số giáo viên

đã chú ý đến việc sử dụng bài tập trong quá trình giảng dạy nói chung tuy nhiên việc sử dụng bài tập trong quá trình dạy học hóa học còn có những hạn chế phổ biến sau đây:

- Việc xác định mục đích cần đạt cho bài tập nhiều khi chỉ dừng lại ở bản thân lời giải của bài tập mà chưa có được mục tiêu nhận thức, phát triển tư duy cho học sinh

- Khi hướng dẫn các em giải bài tập còn chạy theo số lượng, chưa khai thác hết được các phương pháp giải của một bài toán để từ đó giúp học sinh có thể tự học và tự nghiên cứu dễ dàng hơn

Từ khi Bộ Giáo dục và đào tạo tổ chức thi đại học môn hóa theo phương pháp trắc nghiệm, 50 câu trong 90 phút làm cho học sinh học hóa học chỉ quan tâm đến kĩ thuật giải nhanh toán hóa còn giáo viên chỉ chú trọng đến luyện kĩ thuật giải toán hóa nhằm tìm ra đáp số nhanh nhất và thường chỉ giải bài hóa đó theo một cách Để xác định cách giải nhanh nhất với giáo viên thì rất dễ, nhưng với học sinh để làm được điều này thì trong quá trình học, học sinh phải biết được các cách khác cho 1 toán hóa Và một điều nữa là không phải cách nhanh nhất của bài toán đã là cách nhanh nhất với em học sinh cụ thể Vì vậy trong quá trình giảng dạy, giáo viên phải khuyến khích học sinh giải bài tập theo nhiều cách

Xét về mặt phát triển tư duy thì việc giải được một bài toán hóa đã rèn được tư duy cho học sinh, nhưng giải một bài toán hóa bằng nhiều cách có tác dụng rèn tư duy tốt hơn nữa, đặc biệt là loại tư duy đa hướng Với mỗi cách giải nhiều khi chỉ làm nổi bật được một hay một số khía cạnh của bài tập Giải bài tập bằng nhiều cách là một phương pháp có hiệu quả nhằm khai thác bản chất hóa học của bài toán Cụ thể, học sinh không rập khuôn máy móc mà linh hoạt, mềm dẻo, có khả năng nhìn nhận vấn đề, bài toán dưới nhiều góc độ và khía cạnh khác nhau nên nắm vững được bản chất hóa học của bài hóa

II MỘT SỐ BÀI TẬP BÀI TẬP HỮU CƠ CÓ NHIỀU CÁCH GIẢI

Bài 1 : Cho hỗn hợp A gồm anken X và H2 qua Ni đung nóng , thu được hỗn hợp B gồm 2 khí Biết B không làm mất màu dung dịch Brom Tỉ khối của A và

B so với H 2 lần lượt là 6 và 8 Xác định CTPT của X và thành phần phần trăm thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp A

y nx



214

x y x n

y nx

x y x n

Thay y = 3x vào ( 2 ) ta được n = 3 CTPT của anken X là C3H6

y x y

x y nx



y

x y x y

y nx

.)(

214

y nx



214

x y x n

2

14

(

y x y y

(

y x y

x y nx



y

x y x y

y nx

.)(

214

1410

Hoặc :

x n

Cách 5 : Bảo toàn khối lượng + Sơ đồ đường chéo :

1410

1414

x n

Cách 6 : Khối lượng mol trung bình + Sơ đồ đường chéo :

Bạn có thể chọn 1 trong 2 cách nhỏ sau :

MA =

y x

y nx



214

= 12  14nx + 2y = 12x + 12y  14nx = 12x + 10y ( 1 )

Sơ đồ đường chéo :

x n

x y x n

Cách 7 : Sơ đồ đường chéo :

x n

14 14

Bài 2 Hỗn hợp X gồm axetilen, etan và propen Đốt cháy hoàn toàn 24,8 gam hỗn hợp X thu được 28,8 gam nước Mặt khác 0,5 mol hỗn hợp này tác dụng vừa

đủ với 500 gam dd Br 2 20% Tính thành phần phần trăm thể tích mỗi khí trong hỗn hợp

28  (mol)

Số mol Br2 là : 0 , 625

160 100

500 20

4,

2,





% Thể tích của C3H6 là : 100 25%

2,02,04,0

2,0







Đây là cách làm quen thuộc mà đa số học sinh thường sử dụng để giải bài tập loại này

Cách 1.2

Hỗn hợp X theo đề bài là một hỗn hợp đồng nhất, tỉ lệ giữa các thành phần khí trong hỗn hợp là không thay đổi do đó khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp (M )

là giá trị không đổi

Gọi x, y, z lần lượt là số mol của C2H2, C2H6, C3H6 trong 1 mol hỗn hợp khí X

Ta có hệ

x + y + z = 1

2x + z = 1,25

5,0

625,

M = 26x + 30y + 42z = ( 3 3 )

6,1

8,24

z y

0  

% Thể tích của C3H6 là : 100 25 %

1

25 ,

n H

C 2 22 + )

2

12

(( 14n 2  2k)= 24,8

Sau khi tìm được CTPT trung bình ta dễ dàng tìm ra kết quả của bài toán theo 1

trong 3 phương pháp sau :

24  (mol)

nC = 1 , 8

4

9 8 ,

4,

% Thể tích của C2H6 là : 100 25%

8,0

2,0





% Thể tích của C3H6 là : 100 25%

8,0

2,0

% Thể tích của C2H2 là 50%

% Thể tích của C2H6 là: 100 – 50 – 25 = 25%

Phương pháp đường chéo sử dụng trong bài này khá mới mẻ Thông thường

phương pháp đường chéo chỉ sử dụng cho hỗn hợp hai chất, trong bài này lại sử dụng

cho hỗn hợp 3 chất Học sinh nào phải có tư duy độc lập, sáng tạo mới làm được theo

cách này

Cách 2.3 Phương pháp phân tích hệ số và ứng dụng

Ta đã có : nX = 0,8 mol Phân tích hệ số các phản ứng cháy ta thấy :

- Tỉ lệ số mol

2

1

2



CO

n hidrocacbo

, trừ phản ứng của C3H6 có tỉ lệ 1:3

 n C H n CO 2.n X

2

3 6   = 0,2 mol

- Tỉ lệ số mol

2

1

2



O H

n hidrocacbo

, trừ phản ứng của C2H2 có tỉ lệ 1:1



2

2 3

2

O H X H

C

n n

Ta dễ dàng tích được số mol của C2H6 là 0,2 mol từ đó tính % thể tích các chất

trong hỗn hợp

Mặc dù trong số các cách làm ở trên không có cách làm thực sự nhanh, nhưng

đều là những cách làm hay và hàm chứa tư duy logic, tư duy hóa học Bài toán này thích

hợp với giáo viên sử dụng để minh họa khi giảng dạy về phương pháp, đồng thời cũng

là một bài tập quan trọng để các em học sinh tham khảo và học tập

Bài 3 Đốt cháy hoàn m gam toàn hỗn hợp X gồm CH 4 , C 2 H 4 và C 2 H 2 , thu được

35,2 gam CO 2 và 25,2 gam H 2 O Giá trị của m là

A 1,24 B 12,40 C 2,48 D 24,80

Lời giải

Cách 1: Sử dụng phương pháp thông thường:

● X + O2: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O (1)

x x 2x

C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O (2)

(C2H6, C3H6) (H=6)

2  50%

(C2H2) (H=2)

2  50%

4

Một số HS học khá hơn suy nghĩ nhận thấy rằng, để tìm m không nhất thiết phải tìm được số mol của từng chất trong hỗn hợp Từ biểu thức tính khối lượng:

m = 16x + 28y + 26z

Có thể phân tích thành:

m = 12(x + 2y + 2z) + 2(2x + 2y + z) = 12.0,8 + 2.1,4 = 12,4 gam

 Chọn đáp án B

Cách 2: Với HS thông minh thì bài toán trên có thể giải nhanh bằng phương pháp

bảo toàn nguyên tố như sau:

2

z y x

Ta nhận thấy propan, propen và propin trong phân tử đều có 3 nguyên tử C Do

đó ta có thể đặt công thức chung của hỗn hợp X là C3H x (4<x<6)

Ta có : M = 36 + x = 42,4  x = 6,4

C3H6,4 + 4,6O2  t

3CO2 + 3,2H2O 0,1 0,3 0,32 (mol)

m = 0,3 x 44 + 0,32 x 18 = 18,96 (gam)

Đáp án B

Cách 3 Nhóm các phương pháp quy đổi

Cách 3.1 Quy hỗn hợp X về hai chất C3H8 và C3H6 với số mol tương ứng là x, y (x, y

>0)

Đến đây HS đặt ra câu hỏi là liệu có thể quy hỗn hợp X về hai chất C3H6 và C3H4

được không vì khi đó M < M1, M2

Cách 3.3 Quy hỗn hợp X về hai chất C3H6 và C3H4 với số mol tương ứng là x, y (x, y

y mol C3H6 42

1,6

42,4

x mol C3H6 42 2,4

 6

y x

y mol C3H4 40 -0,6

42,4

Ta có hệ:

2x = -6y

x + y = 0,1

 x = 0,12 ; y = -0,02

m = (3x + 3y) 44 + (3x + 2y) 18 = 18,96 (gam)

Như vậy trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi khi ta gặp ố

âm Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình thường và kết quả cuối cùng vẫn thỏa

23,01,01

y x

2,0

Cách 3 Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố

) ( ) ( ) ( )

n

2 2

O

V = 0,3 x 22,4 = 6,72 (lít)  Đáp án B

Nhận xét : Cách thứ 3 ngắn gọn và thông minh hơn cách 1 và cách 2

Bài 6 Để trung hòa hết 12,72 gam hỗn hợp hai axit cacboxylic A và B cần vừa đủ

V ml dd NaOH 1M Cô cạn dd sau phản ứng thu được 18 gam chất rắn Giá trị của V là

A 120 B 240 C 150 D 400

Lời giải

Cách 1

Đặt công thức tổng quát của A và B là R(COOH)x (x1)

Gọi a là số mol của hỗn hợp

R(COOH)x + xNaOH   R(COONa)x + xH2O

a ax a

Ta có hệ:

Ra + 45ax = 12,72 (1)

Ra + 67ax = 18 (2)

Nhiều học sinh thấy hệ trên không giải được vì hệ 3 ẩn, 2 phương trình nên rơi

vào trạng thái bế tắc Một số học sinh khác nhận thấy để tích V chỉ cần tìm ax Vì vậy, lấy (2) – (1) sẽ được ax = 0,24

R(COOH)x + xNaOH   R(COONa)x + xH2O

a a

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m hh axit + mNaOH = m rắn + m nước  12,72 + 40.a = 18 + 18.a

 a = 0,24  V = 0,24 (lít) = 240 ml

Học sinh có tư duy làm theo cách 2 và cách 3 sẽ nhanh và ngắn gọn hơn cách 1

Bài 7 Cho hỗn hợp X gồm hai axit cacboxylic no, mạch không phân nhánh Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp X, thu được 11,2 lít khí CO 2 (đktc) Nếu trung hòa 0,3 mol X cần dùng 500ml dung dịch NaOH 1M Hai axit đó là

A HCOOH, HOOC-CH 2 -COOH B HCOOH, CH 3 COOH

C HCOOH, C 2 H 5 COOH D HCOOH, HOOC-COOH

CnH2n+2-x(COOH)x + kO2   (n + x) CO2 + (n + 1) H2O

CmH2m+2-y(COOH)y + k’O2   (m + y) CO2 + (m + 1) H2O

CnH2n+2-x(COOH)x + xNaOH   CnH2n+2-x(COONa)x + xH2O

CmH2m+2-y(COOH)y + yNaOH   CmH2m+2-y(COONa)y + yH2O

Ta có hệ :

a + b = 0,3 (1) (n + x)a + (m + y)b = 0,5 (2)

ax + by = 0,5 (3)

Từ (1) và (3) ta thấy chỉ có trường hợp x = 1, y = 2 là thỏa mãn

Thay vào (1) và (3) ta có hệ:

a + b = 0,3 a = 0,1

a + 2b = 0,5 b = 0,2 Thay vào (2) ta có:

0,1n + 0,2m = 0  m = n = 0 Vậy hai axit là HCOOH, HOOC-COOH Đáp án D

Cách 2 Phương pháp đại số kết hợp với biện luận

Học sinh thông minh hơn có thể nhận xét

+ Hai axit có tối đa 2 nhóm chức

3 , 0

5 ,

 1 axit đơn chức và 1 axit 2 chức

Do đó có thể đặt công thức tổng quát của hai axit là : CnH2n+1COOH và

Cách 3 Phương pháp trung bình

Cách 3.1 Trong trường hợp học sinh chưa nhận xét ngay được số nhóm chức thì có thể

biện luận dựa vào công thức phân tử trung bình như sau :

Đặt công thức tổng quát của hai axit đó là R(COOH)n

R(COOH)n + nNaOH   R(COONa)n + H2O

Ta có: n = 1,67

3,0

5,0

  n1 = 1 ; n2 = 2 Đến đây ta có thể áp dụng cách giải đại số như cách 2 để xác định axit

Cách 3.2 Đặt công thức chung của hỗn hợp là CnH2n+2-x(COOH)x

CnH2n+2-x(COOH)x + xNaOH   CnH2n+2-x(COONa)x + xH2O

CnH2n+2-x(COOH)x + kO2   (n + x) CO2 + (n + 1) H2O

Ta có:

3 , 0

5 ,

0 



X

NaOH n

n

 x1 = 1 ; x2 = 2

n + x = 1 , 67

3 , 0

5 , 0

X

CO n

n

 n1 = 1 ; n2 = 2 Vậy hai axit là HCOOH, HOOC-COOH Đáp án D

5 ,

0 



X

NaOH n

n

>1 nên loại nhóm 1

Đến đây , ta có thể đặt công thức tổng quát theo nhóm 2 để giải Tuy nhiên, với 2 phương án lựa chọn thì cách tốt nhất ta dùng một phương án tính toán đối chiếu kết quả, nếu phù hợp thì ta chọn, còn không thì là phương án còn lại

Hệ này vô nghiệm Vậy đáp án đúng là D

Bài 8 Đốt cháy m gam hỗn hợp 2 ancol no, đơn chức mạch hở liên tiếp nhau trong dãy đồng đẳng thu được 0,3 mol CO 2 và 0,5 mol H 2 O Tính m

Lời giải

Cách 1 Phương pháp thông thường

Gọi công thức của 2 ancol là CnH2n+2O và Cn+1H2n+4O với số mol lần lượt là a và b Các phản ứng hóa học:

m = (14n + 18)a = 0,2(14.1,5 + 18) = 7,8 (gam)

Cách 3 Nhận xét 2 ancol no, đơn chức, khi đốt cháy 2 ancol no thì

Số mol ancol = số mol H2O – số mol CO2 = 0,2 mol

Vì 2 ancol đã cho là đơn chức  nO = 0,2 mol

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m = mC + mH + mO = 0,3.12 + 0,5.2 + 0,2.16 = 7,8 gam

Học sinh nhanh nhạy sẽ nhận ra mối quan hệ giữa số mol nước và CO2 khi đốt cháy một hợp chất hữu cơ no bất kì để làm theo cách số 3 Học sinh học khá có thể làm theo cách số 2 Cách này sẽ hữu ích hơn cách 3 nếu trong một bài toán khác yêu cầu tìm

công thức của 2 ancol

Bài 9 Hỗn hợp X gồm axit HCOOH và axit CH 3 COOH (tỉ lệ mol 1:1) Hỗn hợp

Y gồm hai ancol CH 3 OH và ancol C 2 H 5 OH (tỉ lệ mol 3:2) Lấy 11,13 gam hỗn hợp X tác dụng với 7,52 gam hỗn hợp Y (có xúc tác H 2 SO 4 đặc) thu được m gam hỗn hợp este (Hiệu suất của các phản ứng este hóa đều đạt 80%) Tính m

Cách 2 Phương pháp bảo toàn khối lượng

RCOOH + R’OH  RCOOR’ + H2O

0,2 0,2 0,2

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m = 0,2.0,8.( M Y M X - 18) = 11,616 gam

Cách 3 Phương pháp tăng giảm khối lượng

Cứ 1 mol ancol tạo thành 1 mol este thì khối lượng tăng (53-18) = 35 gam

Cứ 0,2 mol ancol tạo thành 0,2 mol este thi khối lượng tăng lên là:

35.0,2 = 7 gam Vậy m = (7,52 + 7).0,8 = 11,616 gam