Sử dụng công thức kinh nghiệm giải nhanh bài toán thủy phân hỗn hợp peptit có tỉ lệ mol cho trước

Lý do chọn đề tài Từ kỳ thi THPTQG năm học 2016-2017 Bộ GD&ĐT gộp chung các mônVật lí, Hóa học, Sinh học thành bài thi KHTN, thời gian làm bài thi của các mônrút ngắn còn 50 phút/môn, số

NỘI DUNG SÁNG KIẾN

A PHẦN MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

Từ kỳ thi THPTQG năm học 2016-2017 Bộ GD&ĐT gộp chung các mônVật lí, Hóa học, Sinh học thành bài thi KHTN, thời gian làm bài thi của các mônrút ngắn còn 50 phút/môn, số lượng câu hỏi trong mỗi môn nhiều (40 câu) trong

đó số câu ở mức độ vận dụng cao chiếm khoảng 8 câu Để đạt được điểm 9,10thì các em học sinh phải có kiến thức vững vàng, có lối tư duy mạch lạc và cónhững kinh nghiệm nhất định trong việc giải những dạng bài tập khó Tuy nhiên,kiến thức cơ bản của đa số các em học sinh rất hạn chế gây không ít khó khăncho giáo viên trong quá trình bồi dưỡng để các em thi đạt điểm cao

Hiện nay có nhiều phương pháp giải nhanh bài tập Hóa học trong đó cóphương pháp "Sử dụng công thức kinh nghiệm" là một trong các phương pháp

mà trong quá trình dạy đòi hỏi học giáo viên phải hướng dẫn để học sinh trang

bị đầy đủ mình nền tảng từ cơ bản đến nâng cao rồi khái quát lên thành "kinhnghiệm" để các em vận dụng khi giải nhanh những dạng bài tập khó Vì vậy dạyhọc không chỉ dạy về kiến thức, dạy các phương pháp giải bài tập mà phải dạy

cả phương pháp học tập nghiên cứu để hoàn thiện kỹ năng sử dụng phương pháp

và hình thành tư duy sáng tạo

Bài toán thủy phân hoàn toàn hỗn hợp Peptit có tỉ lệ mol cho trước làmột trong những nội dung được khai thác nhiều trong những năm gần đây và nó

là dạng bài tập khó nhưng rất quan trọng trong hệ thống bài tập Hoá học Hữu cơ

ở trường THPT Qua quá trình giảng dạy ôn thi học sinh giỏi, ôn thi THPTQGtôi thấy có một số vấn đề nổi lên sau đây về phản ứng thủy phân hoàn toàn hỗnhợp Peptit:

- Có nhiều tài liệu trên mạng internet viết về cách giải bài toán thủy phân hoàn toàn peptit nhưng các cách giải đã viết đều sử dụng cách biện luận dài dòng, đôi khi không tổng quát, gây khó khăn cho học sinh trung bình kể cả những học sinh khá khi giải theo nhứng cách đó.

- Học sinh rất mơ hồ, không có hướng tư duy mạch lạc, hay nhầm lẫn khi

sử dụng các cách giải đó.

- Khó áp dụng để giải nhanh các bài tập trong thời gian ngắn.

Sử dụng công thức kinh nghiệm để giải nhanh bài toán thủy phân peptit

là một nội dung mới lạ, nhưng đó là một phương pháp, một cách làm sáng tạo,khoa học và hiệu quả giúp học sinh giải nhanh được bài tập ở mức độ vận dụngcao trong kỳ thi THPTQG năm 2018 và những năm tiếp theo

Việc "thiết lập và sử dụng công thức kinh nghiệm để giải nhanh bài tậpthủy phân peptit theo tỉ lệ mol cho trước" cũng giúp học sinh có góc nhìn mớihơn về loại bài tập lâu nay vẫn được coi là khó trong chương trình thi THPTQGxét tuyển Đại học.

Việc lựa chọn công thức kinh nghiệm sẽ rút ngắn thời gian giải các bài tậpthủy phân hoàn toàn Peptit tạo cho các em động lực tích cực học tập và nghiêncứu

II Mục đích nghiên cứu

Thiết lập và sử dụng công thức kinh nghiệm để giải nhanh bài toán thủyphân hoàn toàn peptit có tỉ lệ mol cho trước

Chỉ ra dạng bài tập thủy phân Peptit có thể sử dụng hiệu quả việc côngthức kinh nghiệm đã thiết lập để giải nhanh

Rèn luyện kĩ năng phân loại và nhận dạng bài tập từ đó thể áp dụng đểgiải nhanh và đưa ra kết quả chính xác

III Đối tượng nghiên cứu

Các bài tập thủy phân hoàn toàn hỗn hợp peptit có tỉ lệ mol cho trước ởchương trình lớp 12 THPT

IV Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đềtài như: sách giáo khoa, tài liệu về phương pháp dạy học Hoá Hữu cơ, sách thamkhảo về chuyên đề Hoá hữu cơ

Phương pháp điều tra quan sát: Tìm hiểu về việc vận dụng các phươngpháp dạy học tích cực ở một số trường phổ thông

Phương pháp tổng kết kinh nghiệm: Tham gia dự giờ, rút kinh nghiệmtrong tổ bộ môn, tham dự các buổi họp chuyên đề, trao đổi ý kiến với đồngnghiệp

Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm ở các lớp 12A, 12B,Trường THPT Hà Trung trong năm học 2017 - 2018

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I Cơ sở lí luận

Đẩy mạnh việc đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) đang diễn ra ở tất

cả các trường học, việc đổi mới PPDH đem lại chất lượng và hiệu quả cao tronggiảng dạy Đổi mới PPDH ở trường THPT được diễn ra theo bốn hướng chủ yếusau:

+ Phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động trong học tập của học sinh.+ Bồi dưỡng phương pháp tự học

+ Rèn luyện kĩ năng vận dụng lí thuyết vào thực tiễn

+ Tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho họcsinh

Trong đó hướng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động trong học tậpcủa học sinh được xem là chủ đạo, chi phối đến ba hướng còn lại

Đề tài được nghiên cứu thực hiện trên lý thuyết và các tiết dạy chuyên đềthực tế Qua bài dạy giáo viên chỉ cho học sinh thấy cách nhìn mới mẻ nhưngđầy logic và hứng thú trong tư duy

Khi hướng dẫn học sinh "xử lý" bài tập khó giáo viên cần hướng cácphương pháp giải khác nhau, xây dựng một hệ thống các hoạt động từ dễ đếnkhó để học sinh dần dần lĩnh hội kiến thức từ đó phát triển tư duy cho học sinh,phát huy tính tích cực chủ động, tăng cường khả năng vận dụng linh hoạt, sángtạo của học sinh

Về phía học sinh: Đối với học sinh khá, giỏi thì nắm vững kiến thức cơbản, vận dụng vào giải được bài tập ngay Đối với học sinh trung bình trở xuốngviệc tiếp thu rất khó khăn, hay nhầm lẫn không linh hoạt trong xử lý bài tập

Trong quá trình dạy học, tôi đã chọn ra hai lớp 12A và 12B làm bài kiểm travới cùng một đề bài như nhau thu được kết quả như sau:

1 3 4

Lớp 12A

1 3 4

Lớp 12B

(1 Điểm giỏi 2 Điểm khá 3 Điểm trung bình 4 Điểm yếu)

Qua khảo sát trên có thể thấy rằng tỉ lệ học sinh đạt điểm dưới trung bìnhcòn cao, nhiều học sinh chưa nắm vững kiến thức cơ bản Như vậy nếu giáo viênkhông có một phương pháp dạy học tích cực thì sẽ không đạt được mục tiêu

III Các giải pháp thực hiện

1 Đưa kiến thức bổ trợ, bài tập đặt vấn đề và hướng dẫn học sinh giải chitiết cụ thể, chuẩn mực theo nhiều cách để học sinh so sánh ưu điểm, nhược điểm

2 Phân tích ưu điểm, nhược điểm của cách giải

3 Hướng dẫn học sinh thực hành các cách giải khác nhau từ đó xây dựngcông thức kinh nghiệm áp dụng cho việc giải nhanh bài tập thủy phân hoàn toànpeptit có tỉ lệ mol cho trước

4 Bài tập minh họa cho dạng toán trong phạm vi áp dụng

5 Bài tập tự rèn luyện và đáp số

NỘI DUNG SÁNG KIẾN

1 Bài toán đặt vấn đề

Hỗn hợp X gôm 3 peptit đều mạch hở có tỉ lệ mol tương ứng là 1:1:3.Thủy phân hoàn toàn m gam X thu được hỗn hợp sản phẩm gồm 0,16 molAlanin và 0,07 mol Valin Biết tổng số liên kết của ba peptit trong X nhỏ hơn

13 Giá trị của m là

A.18,47 B.19,19 C.18,83 D.20

(Trích đề tuyển sinh ĐHKB-2014)

Phân tích, bình luận các cách giải bài toán

Cách 1: Sử dụng phương pháp trùng ngưng hóa

Giả sử trong X là 3 peptit A,B,C có tỉ lệ mol 1:1:3

Ta trùng ngưng hóa như sau:

A + B + 3C [A - B - C - C - C] + 4 H2 O

( E )Khi thủy phân X cũng như thủy phân (E+4H2O)

Ta có: n Ala=0,16 (mol ); nVal=0,07 (mol )→n Ala

n Val=

0,16 0,07=

Phương trình: E + 22 H2O  16Ala + 7 Val

0,22 mol 0,16 mol 0,07 mol

(E + 4 H2O) + 18 H2O  16Ala + 7 Val

0,18 mol 0,16 mol 0,07 mol

Thay số: m pep=m E+m 4 H2O

¿(0,16.89+0,07.117 )−18.0,18=19,19( gam)

Lưu ý: Trong đề thi THPTQG, hệ số k sẽ không quá lớn, nên cứ thử k=1;2; thì sẽ ra rất

nhanh! Còn với thi tự luận, chúng ta nên biện luận chặt chẽ tuy mất chút thời gian nhưng nếu

ta biết thì mọi chuyện sẽ rất dễ dàng

Cách 2: Phân tích các đơn amino axit theo tỉ lệ mol của peptit

n Ala=0,16 (mol ); nVal=0,07 (mol )

Suy ra: n Ala

n Val=

0,16 0,07=

Theo giả thiết : (3+3+4)*k <13  k < 1,3  k=1

Vậy 3 peptit là : Ala2Val2; Ala2Val2; Ala4Val

Gọi số gốc aa tạo X, Y, Z lần lượt là a, b, c  a + b + 3c = 23

n H2O=x (a−1 )+x (b−1)+3 x (c−1)=x (a+b+3 c )−5 x

¿0,23−0,05=0,18(mol)

Theo bảo toàn khối lượng: m pep+mH2O=maa

Tuy nhiên bài toán “khó” đó nếu sử dụng công thức kinh nghiệm tôi xây dựng dưới đây thì thời gian “giải quyết” chỉ tính bằng “giây” và cho kết quả rất chính xác.

2 Xây dựng công thức tính nhanh khối lượng hỗn hợp peptit

m pep=∑m aa – 18¿ ¿

Xây dựng công thức tính nhanh khối lượng hỗn hợp peptit từ bài toán trên

Gọi số phần gốc amino axit tạo X, Y, Z lần lượt là a, b, c

 ∑số phần gốc aa=¿ ¿a + b + 3c

Số mol X, Y, Z tương ứng tỉ lệ là 1 : 1 : 3 = x : x : 3x

Bảo toàn nguyên tố Nitơ Phương trình theo số mol nguyên tố Nitơ :

ax + bx + 3cx = x(a + b + 3c)

Sơ đồ phản ứng thủy phân hoàn toàn A:

Bài 1: Hỗn hợp M gồm hai peptit X và Y, chúng cấu tạo từ một amino axit và

có tổng số nhóm -CO-NH- trong 2 phân tử là 5 với tỉ lệ mol nX: nY=1:2 Thủyphân hoàn toàn m gam M thu được 12 gam glyxin và 5,34gam alanin Giá trị của

Alanin

→

8 (1) 3

Glyxin Alanin

n

Gọi công thức cấu tạo X là Glya − Alab và công thức cấu tạo Y là Glyc − Alad.

5 1 1 (a b) (c d) 7

Ta có :

1 (2) 2

Công thức cấu tạo của X là : Gly2 − Ala

Công thức cấu tạo của Y là: Gly3 − Ala

Chú ý : Số liên kết peptit trong 1 peptit=số amino axit tạo nên peptit-1

Cách 2: Sử dụng công thức kinh nghiệm

m pep=∑m aa – 18¿ ¿

Thay số: m pep=(12+5,34 )−18.(0,22−0,22 3

11)=14,46(gam)

Bài 2: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp 3 peptit X, Y, Z có tỉ lệ mol lần

lượt là 2:3:5 thu được 60 gam glyxin, 80,1 gam alanin và 117 gam valin Biếttổng số liên kết peptit trong X, Y và Z là 6 và số liên kết mỗi peptit là khácnhau Giá trị của m là

(Trích đề thi thử THPT Quỳnh Lưu- Nghệ An 2015)

Hướng dẫn giải:

Cách 1: Sử dụng phương pháp trùng ngưng hóa

Ta có: n gly=0,8 (mol) , nala=0,9 (mol) , nval=1(mol)

Suy ra tỉ lệ: n gly :n ala :n val= 8 : 9 : 10  tổng số mắt xích = 27k

Với tổng số liên kết là 6, số liên kết trong mỗi peptit là khác nhau.

Giả sử số liên kết có trong các chất là: X :1lk Y : 2lk Z : 3lk

mx max  (1  1) * 2  (2  1) * 3  (3  1) * 5  27k  k  1,2 

k 1

Với bài này, không cần xét đến Kmin chúng ta có thể cố định được giá trị của k

Trùng ngưng hóa: 2X  3Y  5Z  E  9H2O

[E  9H2O]  17 H2O 8Gly  9Ala  10Val

Bài 3: Hỗn hợp X gồm 3 peptit A,B,C đều mạch hở có tổng khối lượng là m và

có tỷ lệ số mol là n : n : n A B C  2 : 3: 5 Thủy phân hoàn toàn X thu được 60 gam Glyxin; 80,1 gam Alanin và 117 gam Valin Biết số liên kết peptit trong C, B, A theo thứ tự tạo nên 1 cấp số cộng có tổng là 6 Giá trị của m là:

(Trích đề thi thử lần 1, năm 2015 Trường THPT Yên Lạc 2, Tỉnh Vĩnh Phúc)

Hướng dẫn giải:

Cách 1: Lời giải của trường THPT Yên Lạc

B1: Quy đổi các amino axit về thành các peptit dài:

(X là amino axit mắt xích trung bình).

B2: Tính số mol peptit tổng hợp dựa trên số mol các amino axit

Có: n Gly  0,8 mol; n Ala  0,9 mol; n Val  1,0 mol

Vì số liên kết peptit trong C, B, A theo thứ tự tạo nên 1 cấp số cộng có tổng là 6

⟹ số liên kết peptit trong C; B; A lần lượt là 1; 2; 3

Vì ở trên ta đã quy CT peptit là A A B B B C C C C C(X )          n

Bài 4: Hỗn hợp A gồm ba peptit mạch hở X, Y, Z có tỉ lệ mol tương ứng là 2 : 3

: 4 Thủy phân hoàn toàn m gam A thu được hỗn hợp sản phẩm gồm 21,75 gamGlyxin và 16,02 gam Alanin Biết số liên kết peptit trong phân tử X nhiều hơntrong Z và tổng số liên kết peptit trong ba phân tử X, Y, Z nhỏ hơn 17 Giá trịcủa m là

(Trích đề thi thử THPTQG lần 1 năm 2017, THPT Nông Cống 1)

Bài 5: Hỗn hợp M gồm một peptit X và một peptit Y đều mạch hở ( được cấu

tạo từ 1 loại amino axit, tổng số nhóm –CO-NH- trong 2 phân tử là 5 ) với tỉ

lệ mol X : Y=1 : 3 Khi thủy phân hoàn toàn m gam M thu được 81 gam

glyxin và 42,72 gam alanin Giá trị của m là:

A 116,28 B 109,5 C 104,28 D 110,28

(Trích đề thi thử THPTQG năm 2017, Sở GD&ĐT Tỉnh Vĩnh Phúc)

Hướng dẫn giải:

Cách 1: Lời giải của Sở GD&ĐT Tỉnh Vĩnh Phúc

- Khi gộp X và Y với tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3 có X 3Y     XY 3  3H O 2

- Khi thủy phân m gam M thì : n H O 2  n M  n X  n Y  0, 48mol và

- Quy đổi hỗn hợp M thành H2O, CH2 và C2H3ON

+ Ta có : n C H ON 2 3  n Gly  n Ala  1,56 mol vµ nCH 2  n Ala  0, 48 mol

Bài 6: Hỗn hợp A gồm một peptit X và một peptit Y (mỗi chất được cấu tạo từ

1 loại aminoaxit, tổng số nhóm –CO-NH- trong 2 loại phân tử là 5) với tỉ lệ sốmol nX : nY = 2 : 1 Khi thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp A thu được 5,625

gam glyxin và 10,86 gam tyrosin Gía trị của m là:

A 14,865 B 14,775 C 14,665 D 14,885.

(Trích đề thi thử THPTQG lần 1 năm 2017, THPT Tiên Lãng, Tỉnh Hải Phòng)

Hướng dẫn giải:

Cách 1: Lời giải của Trường THPT Tiên Lãng, Hải Phòng.

- Khi gộp X và Y với tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3 có 2X Y     X Y 2H O (1) 2  2

Thay số: m pep=(5,625+10,86 )−18.(0,135−0,1353

9)=14,865(gam)

Bài 7 : Hỗn hợp A gồm ba peptit mạch hở có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 1 : 2.

Thủy phân hoàn toàn m gam A thu được hỗn hợp sản phẩm gồm 52,5 gamGlyxin và 71,2 gam Alanin Biết số liên kết peptit trong phân tử X nhiều hơntrong Z và tổng số liên kết peptit trong ba phân tử X, Y, Z nhỏ hơn 10 Giá trịcủa m là

A 96,7 B 101,74 C 100,3 D 103,9

Hướng dẫn giải:

Cách 1: Sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng

Ta có: n gly=0,7 (mol) ;n ala=0,8 (mol )→n gly

n ala=

0,7 0,8=

- BT nitơ ta có ax + bx + 2cx = 0,15 mol  x = 0,1 mol

- Phương trình phản ứng thủy phân:

4 Bài tập áp dụng

Bài 1: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp 3 peptit X, Y, Z có tỉ lệ mol lần

lượt là 2:3:5 thu được 60 gam glyxin, 80.1 gam alanin và 117 gam valin Biết

tổng số liên kết peptit trong X, Y và Z là 6 và số liên kết mỗi peptit là khácnhau Tính giá trị của m là

A.226,5 B.257,1 C.255,4 D.176,5

Bài 2: Hỗn hợp M gồm hai peptit X và Y, chúng cấu tạo từ một amino axit và

có tổng số nhóm -CO-NH- trong 2 phân tử là 5 với tỉ lệ mol nX: nY=1:2 Thủyphân hoàn toàn m gam M thu được 12 gam glixin và 5,34gam alanin Giá trị củam:

Bài 3: Hỗn hợp A gồm ba peptit mạch hở X, Y, Z có tỉ lệ mol tương ứng là 2 : 3

: 4 Thủy phân hoàn toàn m gam A thu được hỗn hợp sản phẩm gồm 21,75 gamGlyxin và 16,02 gam Alanin Biết số liên kết peptit trong phân tử X nhiều hơntrong Z và tổng số liên kết peptit trong ba phân tử X, Y, Z nhỏ hơn 17 Giá trịcủa m là:

Bài 4: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp A gồm 2 peptit X và Y (tỉ lệ mol là

3:1) được 15 gam glyxin; 44,5 gam alanin và 35,1 gam valin Tổng số liên kếtpeptit trong 2 phân tử X và Y là 6 Giá trị của m là:

Bài 5: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp A gồm peptit X và peptit Y (được

trộn theo tỉ lệ mol 4:1) thu được 30 gam glyxin; 71,2 gam alanin và 70,2 gamvalin Biết tổng số liên kết peptit có trong 2 phân tử X và Y là 7 Giá trị nhỏ nhấtcủa m có thể là

Bài 7: Thủy phân m gam hỗn hợp X gồm 3 peptit A, B, C đều cấu tạo từ các

aminoaxit no, chứa 1 nhóm –COOH, 1 -NH2 có tỉ lệ số mol là 3:2:4 ( biết tổng

số oxi của X nhỏ hơn 14) trong dung dịch HCl vừa đủ thu được 17,84 gam muốicủa gly, 10,04 gam muối của ala và 12,28 gam muối của val Giá trị của m là A.21 B.24 C.29 D.42

Đáp số:

IV Hiệu quả của sáng kiến.

Năm học 2017 - 2018 tôi được giao nhiệm vụ giảng dạy một số chuyên đề ônthi THPTQG môn Hoá ở các lớp 12A,12B với đa số học sinh chăm ngoan và có

ý thức học Sau một thời gian tiến hành thực nghiệm sáng kiến của mình tại cáclớp dạy, tôi đã thu được nhiều kết quả khả quan Hoạt động học tập của học sinhdiễn ra khá sôi nổi, đa số học sinh hiểu bài và vận dụng được vào giải toán.Riêng các em học sinh khá giỏi đã biết tự tìm tòi, nghiên cứu thêm giải đượcmột số bài toán ở mức độ vận dụng cao

Kết quả kiểm tra:

So sánh kết quả kiểm tra hai lớp trước và sau khi áp dụng đề tài: