Sáng kiến kinh nghiệm SKKN 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

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 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 Ở TRƯỜNG THPT"... Giải một bài toán hóa học b

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

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 Ở TRƯỜNG THPT"

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

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

đƣợc 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 lƣợt là 6 và 8 Xác định

CTPT của X và thành phần phần trăm thể tích của mỗi khí trong

y nx



 2 14

x y x n

y nx

x y x n

 ( 14 2 )(1 1 )

y x y y nx

14

(

y x y

x y nx



y

x y x y

y nx

) (

2 14

y nx



 2 14

x y x n

14

(

y x y

x y nx



y

x y x y

y nx

) (

2 14

14 10

14 14

x n

14 10

14 14

x n

y nx



 2 14

x y x n

x y

x n

x n

14

14n  n  

H2 2 14n - 14 n = 3  CTPT của anken X là C3H6

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

160 100

Gọi x, y, z lần lượt là số mol của C2H2, C2H6, C3H6 trong 24,8 gam hỗn hợp X Giả sử số mol các chất trong 0,5 mol hỗn hợp gấp k lần số mol các chất tương ứng trong 24,8 gam hỗn hợp X

4 , 0

2 ,

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

giá trị không đổi

Ta có hệ

x + y + z = 1

5 , 0

625 ,

0 

6 , 1

8 , 24

z y

0  

1

25 ,

0  

1

25 , 0

2  

Ta có :

k n

n H

C

2 2

2

1 2 ( n k

n H

C

2 2

2 2

H C

k n

0,5 0,5k (mol)

Ta có hệ :

0,5k = 0,625

k

n 1 

6 , 1

4

9 8 ,

4 ,

0  

% Thể tích của C2H6 là : 100 25 %

8 , 0

2 ,

0  

8 , 0

2 , 0

(C2H6, C3H6) (H=6) 2  50%

(C2H2) (H=2) 2  50%

4

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

n hidrocacbo



2

2 3

2

2 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 đƣợc 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:

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

toàn nguyên tố như sau:

mC = 12 nCO2 = 12.0,8 = 9,6 gam ; mH = 2 nH O = 2.1,4 = 2,8 gam

2 , 35

2

A 20,4 gam B 18,96 gam C 16,8 gam D 18,6 gam

Gọi khối lượng CO2 và H2O thu được khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X là m (m>0)

Cách 1 Phương pháp đại số

Ta có hệ:

4 , 42 40 42

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)

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

y mol C3H6 42 1,6

42,4

Cách 3.2 Quy hỗn hợp X về hai chất C3H8 và C3H4 với số mol tương ứng là x, y (x, y >0)

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 >0)

y mol C3H4 40 -0,6

42,4

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 m

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

Bài 5 Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một axit cacboxylic A đơn chức,

cần vừa đủ V lít khí O 2 (đktc), thu đƣợc 0,3 mol CO 2 và 0,2 mol H 2 O

2 3 , 0 1 , 0 1

Cách 2 Ta có A là một axit đơn chức và có n X n CO n H O

2

2 

công thức tổng quát của A là CnH2nO2 (n 1 ,nN*)

2 , 0 1

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 đƣợc 18

gam chất rắn Giá trị của V là

Lời giải

Cách 1

Gọi a là số mol của hỗn hợp

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

Cách 3 Định luật bảo toàn khối lượng

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 đƣợc 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

C HCOOH, C 2 H 5 COOH D HCOOH,

Các phản ứng xảy ra :

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)

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

+ 1 , 67

3 , 0

5 , 0

 1 axit đơn chức và 1 axit 2 chức

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 :

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

5 , 0

5 , 0

>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 đƣợc 0,3 mol CO 2 và 0,5 mol H 2 O Tính

m

Lời giải

Cách 1 Phương pháp thông thường

Các phản ứng hóa học:

CnH2n+2O + O2   nCO2 + (n+1)H2O

a an a(n+1)

Cn+1H2n+4O + O2   (n+1)CO2 + (n+2)H2O

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

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

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

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

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 đƣợc

m gam hỗn hợp este (Hiệu suất của các phản ứng este hóa đều đạt 80%)

6 , 37

Cách 2 Phương pháp bảo toàn khối lượng

0,2 0,2 0,2

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

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

Bài 10 Hỗn hợp A gồm một axit no đơn chức và hai axit không no đơn chức chứa một liên kết đôi, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng Cho A tác dụng hoàn toàn với 150 ml dung dịch NaOH 2M Để trung hòa vừa hết lƣợng

NaOH dƣ cần thêm vào 100 ml dung dịch HCl 1M, đƣợc dung dịch D Cô

cạn cẩn thận D đƣợc 22,89 gam chất rắn khan Mặt khác đốt cháy hoàn toàn

A rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình đựng lƣợng dƣ dung

dịch NaOH đặc, khối lƣợng bình tăng thêm 26,72 gam Xác định công thức

phân tử của các chất trong A

Lời giải

tương ứng là x, y, z

Cách 1 Phương pháp thông thường

Các phản ứng hóa học xảy ra:

Số mol NaOH dư là: 100.1/1000 = 0,1 mol

Số mol NaOH phản ứng với axit là : 0,15.2 – 0,1 = 0,2 mol

Khối lượng muối hữu cơ là : 22,89 – 0,1.58,5 = 17,04 gam

z = 0,26 – 0,1n – 0,1m

vì z > 0 nên n + m < 2,6 mà m  2



Cách 2 Gọi công thức của axit no là CnH2n+1COOH : x mol

Công thức chung của hai axit không no là C

n + m= 2,457

Vì m>2 , n nguyên n = 0, m = 2,457   m1= 2, m2 = 3

Cách 3 Gọi công thưc chung của ba axit là CnH2n12kCOOH

Theo định luật tăng giảm khối lượng ta có:

Khối lượng axit là: 17,04 – 0,2.22 = 12,64 gam

Xét 2 trường hợp xảy ra:

Trường hợp 1: HCOOH: 0,1 mol

CmH2m1COOH: 0,1 mol

Trường hợp 2: CH3COOH: 0,1 mol

CmH2m1COOH: 0,1 mol

 m= 1,457 (loại vì m < 2)

Trong 3 cách, cách số 3 là nhanh nhất, nhưng không phải học sinh nào cũng làm

được Học sinh phải vận dụng linh hoạt 2 chiều nhận xét nếu

Bài 1 Đốt cháy hoàn toàn 11 gam hỗn hợp A chứa axetilen, propilen và metan thu được

gam brom Xác định thành phần % về thể tích của hỗn hợp ban đầu biết thể tích các khí

đo ở đktc

Đáp ố : % C 2 H 2 = 50; % CH 4 = % C 3 H 6 = 25%

Bài 2 Hỗn hợp X gồm C2H4, C3H4 và C3H8 Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X thu được

Tính thành phần phần trăm thể tích mỗi khí trong hỗn hợp

Đáp ố : % C 2 H 4 = % C 3 H 4 = % C 3 H 8 = 33,33%