SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG THPT HÀ TRUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TĂNG GIẢM SỐ MOL CHẤT TRƯỚC VÀ SAU PHẢN ỨNG ĐỂ GIẢI MỘT SỐ LOẠI BÀI TẬP TRONG HÓA HỌC HỮU CƠ
Trang 1SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT HÀ TRUNG
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TĂNG GIẢM SỐ MOL CHẤT TRƯỚC VÀ SAU PHẢN ỨNG ĐỂ GIẢI MỘT SỐ LOẠI
BÀI TẬP TRONG HÓA HỌC HỮU CƠ
Người thực hiện: Lê Mộng Quyên Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc lĩnh mực: Hóa học
Trang 2MỤC LỤC
1 Mở đầu……… 1
1.1 Lý do chọn đề tài……….1
1.2 Mục đích nghiên cứu……… 1
1.3 Đối tượng nghiên cứu……… 1
1.4 Phương pháp nghiên cứu……….1
1.5 Những điểm mới của SKKN……… 2
2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm……… 2
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm………2
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm………3
2.3 Giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề……… 3
2.3.1 Dạng 1: Phương pháp tăng số mol chất ………3
2.3.2 Dạng 2: Phương pháp giảm số mol chất ……….9
2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục………17
3 Kết luận, kiến nghị……… 18
3.1 Kết luận………18
3.2 Kiến nghị……… 19
Tài liệu tham khảo ……… 20
Trang 31 Mở đầu
1.1 Lí do chọn đề tài
Đối với môn Hóa học đề thi trung học phổ thông quốc gia (THPTQG)năm học 2017-2018 về hình thức thi, số lượng câu hỏi và thời gian làm bàikhông thay đổi so với năm 2016-2017, điểm mới là về kiến thức tập trung chủyếu vào chương trình hóa học lớp 11 và 12 Bám sát nội dung các đề thiTHPTQG của những năm gần đây (2015-2016; 2016-2017), đặc biệt là đề thiminh họa năm 2017-2018 mà Bộ Giáo dục và Đào tạo công bố Bài tập sử dụngphương pháp tăng giảm số mol chất trong hóa học hữu cơ là một dạng bài tậpnằm trong chương trình và thường xuyên có mặt trong các đề thi THPTQG
Bài tập sử dụng phương pháp tăng giảm số mol chất trước và sau phảnứng trong hóa học hữu cơ là phần kiến thức hay nhưng tương đối khó với nhiềuhọc sinh, vì thế khi gặp các em thường lúng túng trong việc tìm ra phương pháp
và kĩ năng giải phù hợp
Nắm bắt được sự khó khăn của người học hoá học hữu cơ, bằng nhữngkiến thức hiện có và suy nghĩ tìm tòi tôi mạnh dạn đưa ra sáng kiến kinh nghiệm
về một mảng của lĩnh vực giải bài tập hoá học hữu cơ : "Áp dụng phương
pháp tăng giảm số mol chất trước và sau phản ứng để giải một số loại bài tập trong hoá học hữu cơ" nhằm giúp học sinh phổ thông nhận ra các dạng bài
tập thuộc phương pháp này từ đó đưa ra kết quả nhanh nhất và chính xác Gópphần cho người học tạo nên luồng tư duy mạch lạc, có cái nhìn sâu hơn về hoáhọc – môn khoa học tự nhiên đã, đang và sẽ mãi có những đóng góp quan trọngcho cuộc sống con người
1.2 Mục đích nghiên cứu
Khi tiến hành nghiên cứu đề tài "Áp dụng phương pháp tăng giảm số
mol chất trước và sau phản ứng để giải một số loại bài tập trong hoá học hữu cơ" tôi đặt ra mục đích:
Giúp học sinh nhận diện tốt dạng bài tập sử dụng "Phương pháp tănggiảm số mol chất trước và sau phản ứng trong hoá học hữu cơ", áp dụng tốtphương pháp để giải quyết nhanh và hiệu quả
Phát triển tối đa năng lực tư duy, năng lực phát hiện vấn đề, kĩ năng giảibài tập trắc nghiệm hóa học cho học sinh
Góp phần nâng cao hứng thú, sự say mê, tích cực, chủ động tự học củahọc sinh trong quá trình học tập
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Các bài tập đề hiđro hóa của ankan, crackinh ankan, hiđro hóa củahiđrocacbon không no, hiđro hóa các hợp chất hữu cơ có nhóm chức
Học sinh lớp 11 và lớp 12 THPT
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu cơ sở lí thuyết
Trang 4Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài: sách giáo khoa, tài liệu thamkhảo phương pháp dạy học hóa hữu cơ, chuyên đề hóa hữu cơ…
Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin
Tìm hiểu thực tiễn dạy học của môn học thông qua việc giảng dạy trựctiếp trên lớp, tham gia dự giờ lấy ý kiến của đồng nghiệp trong tổ nhóm chuyênmôn Từ đó xác định những khó khăn, hạn chế và tìm hướng khắc phục
Tham khảo ý kiến đồng nghiệp, thu thập thông tin phản hồi từ học sinhkhi tiến hành nội dung dạy học
Phương pháp thực nghiệm
Dựa trên kế hoạch môn học, kế hoạch dạy bồi dưỡng, soạn giáo án các tiếtdạy có áp dụng sáng kiến kinh nghiệm, thực hiện các tiết dạy tại nhà trườngnhằm kiểm chứng kết quả nghiên cứu của đề tài và đưa ra những đề xuất cầnthiết
Phương pháp thống kê, xử lí số liệu
Thông qua kết quả kiểm tra – đánh giá thường xuyên và định kì học sinh,
xử lí thống kê toán học trên cả 2 nhóm đối chứng và thực nghiệm để rút ranhững kết luận và đề xuất
1.5 Những điểm mới của SKKN
Phát hiện và phân loại những phản ứng hóa học hữu cơ có sự biến đổi về
số mol chất trước và sau phản ứng
Xây dựng được công thức tính của sự biến đổi số mol chất trước và sauphản ứng trong hóa học hữu cơ Từ đó áp dụng giải các bài tập có liên quan
2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
Dựa vào sự biến đổi (tăng hoặc giảm) số phân tử (số mol) hợp chất hữu cơtrước và sau khi tham gia phản ứng
Cơ sở của đề tài dựa vào hai loại phản ứng hữu cơ cơ bản sau:
Phản ứng cộng hiđro hay còn gọi là phản ứng hiđro hoá
Nhận thấy: Trong 2 phản ứng (1) và (2) Số phân tử khí tham gia phản ứng là 1;
Số phân tử khí tạo thành là 2; Vậy sự biến đổi số phân tử khí (∆n) ∆ntăng = 1
Nhận xét: Về hình thức biến đổi phân tử hợp chất hữu cơ khi tham gia phản ứng
ta thấy phản ứng tách và phản ứng cộng có hình thức biến đổi ngược nhau.
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
Trang 5Trong phản ứng hoá học hữu cơ có những hình thức biến đổi ngượcnhau sẽ có những cách thức tìm ra kết quả tương tự nhau nhưng ngược chiều Để
có cái nhìn tổng quát về phản ứng hiđro hoá, phản ứng đề hiđro hoá và phản ứng
crăckinh tôi đi tìm những điểm chung trong đề tài sáng kiến kinh nghiệm: "Áp
dụng phương pháp tăng giảm số mol chất trước và sau phản ứng để giải một số loại bài tập trong hoá học hữu cơ".Với hi vọng giúp học sinh THPT
nhận ra các dạng bài tập thuộc phương pháp này để khi bắt gặp học sinh có thểgiải quyết một cách nhanh gọn, chính xác đáp ứng được yêu cầu của phươngpháp thi TNKQ hiện nay
2.3 Giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề
2.3.1 DẠNG 1: PHƯƠNG PHÁP TĂNG SỐ MOL CHẤT TRONG HÓA
HỌC HỮU CƠ 2.3.1.1 Lý thuyết
Phương pháp tăng số mol trong hóa học hữu cơ áp dụng với 2 kiểu phảnứng: phản ứng đề hiđro hoá và phản ứng crăckinh của ankan
a Phương trình phản ứng đề hiđro hoá của ankan
CnH2n+2 CnH2n+2-2k + kH2 (n2;k)
Khi đó số mol tăng là số mol hiđro tạo thành:
tăng = ns – nt = nH2 (tạo thành)
Thí dụ phân tích: Thực hiện phản ứng đề hiđro hoá a mol ankan X thu được b
mol hỗn hợp Y Biết ankan đề hiđro hóa theo phản ứng sau:
Vậy số mol tăng là số mol H2 tạo thành
b Phương trình phản ứng crackinh của ankan
CnH2n+2 CmH2m+2 + CaH2a (a+m=n; a; m; n)
Số mol tăng là số mol ankan phản ứng:
tăng = ns – nt = nankan(phản ứng) = nanken(tạo thành) = nankan(tạo thành)
Để áp dụng phương pháp tăng số mol chất trong hóa học hữu cơ đối với 2kiểu phản ứng: phản ứng đề hiđro hoá và phản ứng crăckinh của ankan tathường phải sử dụng thêm định luật bảo toàn khối lượng: ms = mt
Trong đó: mt là khối lượng của ankan ban đầu
ms là khối lượng của hỗn hợp thu được sau phản ứng
2.3.1.2 Thí dụ minh họa
Trường hợp 1: Tách 1 phân tử hiđro hoặc phản ứng crackinh của ankan.
Trang 6Phương trình phản ứng tách 1 phân tử hiđro của ankan:
CnH2n+2 CnH2n + H2 (n2)Khi đó: k=1
Ta có: tăng = ns – nt = nH2 (tạo thành) = nankan(phản ứng)
Phương trình phản ứng tách 1 phân tử hiđro của ankan:
CnH2n+2 CmH2m+2 + CaH2a (a+m=n; a; m; n)
Ta có: tăng = ns – nt = nankan(phản ứng) = nanken(tạo thành) = nankan(tạo thành)
Thí dụ 1: Thực hiện phản ứng crăckinh C4H10 được hỗn hợp A gồm CH4, C3H6,
C2H6, C2H4 và C4H10 Tỉ khối hơi của hỗn hợp A so với H2 bằng 18,125 Hiệusuất của phản ứng crăckinh butan là
Gọi số mol C4H10 ban đầu là 1mol
Theo phương pháp tăng số mol ta có:
nt = 1 (mol); mt = 58 (g) = ms
Ms = 36,25 (g)
ns= = 1,6 (mol)
tăng = ns – nt = 0,6 (mol) = nankan(phản ứng)
Hiệu suất phản ứng crăckinh butan là:
H = 100% =60%
Chọn đáp án B
Thí dụ 2: Nhiệt phân 8,8 gam C3H8 thu được hỗn hợp khí Y gồm (CH4, C2H4,
C3H6, H2 và C3H8) Biết có 90% C3H8 bị nhiệt phân Tỉ khối của Y so với hiđro là
Trang 7Thí dụ 3: Khi nung nóng ankan A với chất xúc tác xảy ra phản ứng tách 1 phân
tử hiđro và thu được hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 12,571 Tìmcông thức phân tử của A và tính hiệu suất phản ứng?
Lời giải:
Ankan A có công thức tổng quát: CnH2n+2 ( n≥ 1)
Gọi số mol A ban đầu là 1mol nt = nA = 1 (mol); mt = (14n + 2) (g)
.100% = 75%
Trường hợp 2: Ankan tách nhiều phân tử hiđro
Khi đó: k > 1
Ta có: tăng = ns – nt = nH2 (tạo thành)
Thí dụ 1: Cho etan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu được một hỗn hợp 8,96 lít X
(đktc) gồm etan, etilen, axetilen và hiđro Tỷ khối của hỗn hợp X so với hiđrobằng 6 Số mol hiđro tạo thành sau phản ứng là
A 0,24 mol B 0,16 mol C 0,40 mol D 0,32 mol Lời giải:
Trang 8Phương trình phản ứng như sau:
Thí dụ 2: Cho butan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu được hỗn hợp X gồm
C4H10, C4H8, C4H6, H2 Tỉ khối của X so với butan là 0,4 Nếu cho 0,6 mol X vàodung dịch brom (dư) thì số mol brom tối đa phản ứng là
A 0,48 mol B 0,36 mol C 0,60 mol D 0,24 mol Lời giải:
Thí dụ 3: Nhiệt phân butan thu được hổn hợp X gồm 7 chất: CH4, C3H6, C2H4,
C2H6, C4H8, H2, C4H6 Đốt cháy hoàn toàn X thu được 0,4 mol CO2 và 0,5 mol
H2O, mặc khác X làm mất màu vừa đủ 0,12 mol brom trong dung dịch nướcbrom Phần trăm khối lượng C4H6 trong hổn hợp X là
Lời giải:
Ta có PTHH như sau:
C4H10 CH4 + C3H6 (1)
Trang 9Câu 1 Nung V ml butan thu được 35 ml hỗn hợp khí A gồm 7 khí Cho toàn bộ
hỗn hợp A lội từ từ qua dung dịch nước brom dư để phản ứng xảy ra hoàn toàn thì thấy khí đi ra khỏi bình có thể tích 20 ml Hiệu suất nung butan là
Câu 2 Crăckinh V lit butan thu được hỗn hợp A gồm 5 hiđrocacbon Trộn hỗn
hợp A với H2 với tỉ lệ thể tích 3 : 1 thu được hỗn hợp khí X, dẫn X qua xúc tác
Ni nung nóng sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp khí Y gồm 4 hiđrocacbon có thể tích giảm 25% so với X Y không có khả năng làm nhạt màu dung dịch brom Hiệu suất phản ứng crăckinh butan là
Trang 10Câu 4 Khi crăckinh V lít butan được hỗn hợp A chỉ gồm các anken và ankan.
Tỉ khối hơi của hỗn hợp A so với H2 bằng 18,125 Hiệu suất của phản ứngcrăckinh butan là bao nhiêu?
Câu 5 Crăkinh 40 lít butan thu được 56 lít hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H4,
C2H6 ,C3H6 , C4H8 và một phần butan chưa bị crăkinh (các thể tích khí đo ở cùngđiều kiện nhiệt độ và áp suất) Hiệu suất phản ứng tạo hỗn hợp A là
Câu 6 Cho etan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu được một hỗn hợp 13,44 lít X
(đktc) gồm etan, etilen, axetilen và hiđro Tỷ khối của hỗn hợp X so với etan bằng 0,4 Tính số mol hiđro tạo thành sau phản ứng?
A 0,36 mol B 0,24 mol C 0,60 mol D 0,48 mol Câu 7 Cho m gam butan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu được hỗn hợp X gồm
C4H10, C4H8, C4H6, H2 Tỉ khối của X so với hiđro là 11,6 Nếu cho 0,8 mol Xvào dung dịch nước brom (dư) thì có 0,48 mol brom phản ứng Giá trị của m là
Câu 8 Tiến hành nhiệt phân hỗn hợp X gồm butan và heptan (tỉ lệ 2 : 1 về số
mol) thì thu được hỗn hợp Y (Giả sử chỉ xảy ra phản ứng crăckinh ankan vớihiệu suất 100%) Khối lượng mol trung bình của Y (Ytb ) là
Câu 9 Nhiệt phân C3H8 thu được hỗn hợp X gồm H2, C2H4, CH4, C3H6, C3H8 có
dX/He = 10 Hiệu suất phản ứng là
Câu 10 Hỗn hợp X (but-1-en và butan tỉ lệ mol tương ứng 1:3) Dẫn X qua ống
đựng xúc tác thích hợp, nung nóng thu được hôn hợp Y gồm (CH4, C2H6, C2H4,
C3H6, C4H6, C4H8, C4H10 và H2), dY/X=0,8 Nếu dẫn 1,75 mol Y qua dung dịchbrom dư thì khối lượng brom cần phản ứng là
2.3.2 DẠNG 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢM SỐ MOL TRONG PHẢN ỨNG
HIĐRO HOÁ HỢP CHẤT HỮU CƠ 2.3.2.1 Lý thuyết
Phương pháp giảm số mol chất trong hóa học hữu cơ thường áp dụng chocác loại phản ứng hiđro hóa hợp chất hữu cơ (tức phản ứng cộng hợp hiđro củacác hợp chất hữu cơ)
Trang 11Khi đó khối lượng mol trung bình tỉ lệ nghịch với số mol:
:
ms ns
(2)Mặt khác theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: ms = mt
Trường hợp 1: Hiđro hóa hiđrocacbon
a Hiđro hóa anken
Phân tích: Khi đó theo phương pháp giảm số mol
Ta có: CnH2n + H2 CnH2n+2 (k= 1)
Số mol giảm là số mol hiđro phản ứng
giảm = nt – ns = nH2 (phản ứng) = nanken (phản ứng) = nankan(tạo thành)
Thí dụ 1: Hỗn hợp X gồm H2 và C2H4 có tỉ khối so với H2 là 7,5 Dẫn X
qua Ni nung nóng, thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 là 12,5 Hiệu suấtcủa phản ứng hiđro hoá là
Trang 12Lời giải:
C2H4 + H2 C2H6
Gọi nt= nX = 1(mol) Mt = MX = 15 (g)
H2 2 13
15
C2H4 28 13
=
1 1 nH2 = nC2H4 = 0,5 (mol) Ms = MY = 25 Theo phương pháp giảm số mol: Mt ns Ms = nt
15 25 = 1 ns ns = 0,6 (mol) giảm = 1 - 0,6 = 0,4 = nH2 (phản ứng) = nC2H4 (phản ứng) Hiệu suất tính theo hiđro hoặc etilen đều đúng: H = 0, 4 0,5 100% = 80% Chọn đáp án B Thí dụ 2: Hỗn hợp khí X gồm hiđrovà một anken có khả năng cộng HBr cho sản phẩm hữu cơ duy nhất Tỉ khối của X so với hiđro bằng 9,1 Đun nóng X có xúc tác Ni, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp khí Y không làm mất màu nước brom; tỉ khối của Y so với hiđro bằng 13 Công thức cấu tạo của anken là A CH2=C(CH3)2 B CH2=CH2 C CH2=CH-CH2-CH3 D CH3-CH=CH-CH3 Lời giải: Trước X Sau Y Gọi nt = nX = 1(mol) Mt = MX = 18,2 (g) Ms = MY = 26 (g) Ta có:
ns = 0,7 (mol) giảm = 1 - 0,7 = 0,3(mol) = nH2 (phản ứng) = nanken (phản ứng)
Do Y không làm mất màu dung dịch nước brom nên anken phản ứng hết
nanken (bđ) = nanken (pư) = 0,3 (mol)
Trang 13b Hiđro hóa ankin
Phân tích: Khi đó theo phương pháp giảm số mol
Ta có: CnH2n-2 + 2H2 CnH2n+2 (k= 2)
Số mol giảm là số mol hiđro phản ứng
giảm = nt – ns = nH2 (phản ứng) = 2nanken (phản ứng) = 2nankan(tạo thành)
Thí dụ 1: Hỗn hợp X gồm ankin Y và H2 có tỉ khối so với H2 là 6,7 Dẫn X điqua bột Ni nung nóng cho đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗnhợp Z có tỉ khối so với H2 là 16,75 Công thức phân tử của Y là
Trang 14khối so với H2 là 11 Y làm mất màu tối đa x mol Br2 (trong dung dịch CCl4).Giá trị của x là
=
mt Ms
=
8,8 22
= 0,4 (mol) giảm = nt – ns = 0,2 = nH2(phản ứng)
Bảo toàn liên kết ∏:
= +
2nC2H2 + 1.nC2H4 = nH2(pư giai đoạn 1) + nBr2(pư giai đoạn 2)
2.0,1 + 0,2 = 0,3 + nBr2(pư giai đoạn 2)
nBr2(pư giai đoạn 2) = 0,1
Chọn đáp án A
c Hiđro hóa hiđrocacbon không no khác
Phân tích: Khi đó theo phương pháp giảm số mol
Ta có: CnH2n-k + kH2 CnH2n+2
Số mol giảm là số mol hiđro phản ứng
giảm = nt – ns = nH2 (phản ứng) = knanken (phản ứng) = knankan(tạo thành)
Thí dụ 1: Hỗn hợp X gồm 0,15 mol vinylaxetilen và 0,6 mol hiđro Nung
nóng hỗn hợp X (xúc tác Ni) một thời gian, thu được hỗn hợp Y có tỉ khối sovới H2 bằng 10 Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy
ra hoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng là
=
mt Ms
= 0,45 (mol)
giảm = 0,75 – 0,45 = 0,3 (mol)
Do sau khi tác dụng với dung dịch brom đều đưa sản phẩm lên no Mặt khác sốmol brom phản ứng ở giai đoạn hai bằng số mol hiđro phản ứng ở giai đoạn này(nếu cho tác dụng) đưa lên no Do đó ta có: