Một trong những phương pháp có thể giúp học sinh giải rất nhanh các bài tập hỗn hợp nhiều chất hữu cơ là “Phương pháp loại bỏ chất”.. Xuất phát từ lí do trên, tôi nhận thấy việc trình bà
Trang 11 MỞ ĐẦU
1.1 Lí do chọn đề tài
Trong những ngày đầu khai sinh đất nước, Đảng và Nhà nước ta đã xác định vận mệnh của dân tộc phụ thuộc nhiều vào sự nghiệp giáo dục Sinh thời Bác Hồ nói “một dân tộc dốt có nghĩa là một dân tộc yếu” Người đã nhấn mạnh:
“Vì lợi ích mười năm thì phải trồng cây
Vì lợi ích trăm năm thì phải trồng người.”
Ở thời đại ngày nay, khi nhân loại đã bước sang một thế kỉ mới cùng với
sự phát triển của khoa học công nghệ thì tiềm năng trí tuệ trở thành động lực thúc đẩy sự phát triển của một đất nước Vì thế ta khẳng định “Giáo dục là chìa khóa
mở đường cho tương lai và sự phồn vinh của đất nước”, quyết định sự thành bại của một quốc gia trên trường quốc tế, quyết định sự thành bại của mỗi cá nhân trong trường đời rộng lớn
Những vấn đề trọng tâm trên đã tạo một ý tưởng xây dựng một xã hội trong thế kỉ 21 là một xã hội học tập, một nền văn minh dựa vào quyền lực tri thức Phương pháp học tập ngày nay đã thay đổi, giáo dục phải giúp học sinh phát hiện và phát triển tài năng sáng tạo, khả năng thích ứng của bản thân Xuất phát từ những yêu cầu cao của thực tiễn xã hội như trên, việc đổi mới nội dung và phương pháp dạy học ở các bậc học nói chung và bậc học THPT nói riêng là một vấn đề cần thiết và không thể chậm trễ
Hòa mình vào xu thế chung, môn Hóa học đã đổi mới phương pháp dạy học và phương thức kiểm tra đánh giá học sinh (hình thức thi trắc nghiệm) Với hình thức này đòi hỏi thí sinh trong khoảng thời gian ngắn phải giải quyết được
số lượng câu hỏi và bài tập khá lớn (kì thi THPT Quốc gia 50 phút học sinh phải giải quyết 40 câu) Do đó việc tìm ra phương pháp giải nhanh bài tập hóa học và giúp học sinh vận dụng có hiệu quả và thành thạo những phương pháp này luôn
có ý nghĩa rất quan trọng Một trong những phương pháp có thể giúp học sinh
giải rất nhanh các bài tập hỗn hợp nhiều chất hữu cơ là “Phương pháp loại bỏ chất” Tuy nhiên trong chương trình sách giáo khoa không đề cập đến phương
pháp này
Trang 2Xuất phát từ lí do trên, tôi nhận thấy việc trình bày sáng kiến: “Sử dụng hiệu quả phương pháp loại bỏ chất trong giải nhanh các bài tập hóa học hữu cơ” sẽ giúp học sinh biết đến phương pháp, làm quen, vận dụng thành thạo
phương pháp và sử dụng có hiệu quả trong giải nhanh các bài tập trắc nghiệm là cần thiết và thiết thực
1.2 Mục đích nghiên cứu
Theo phương pháp truyền thống thì giải bài toán hỗn hợp các chất thường lập hệ, quy đổi, nhưng phương pháp này không đáp ứng được yêu cầu hiện nay
Vì vậy trong sáng kiến đi nghiên cưú tìm ra phương pháp giải nhanh các bài tập hỗn hợp các chất hữu cơ đặc biệt khi bài toán cho số dữ kiện ít hơn số chất và khi học sinh không nhớ một số chất trong đề bài
1.3 Đối tượng nghiên cứu
- Các bài tập hỗn hợp các chất hữu cơ mà số chất cho nhiều hơn số dữ liệu
- Học sinh trường: Trung học phổ thông Thạch Thành 4 khối 11(khi học hóa hữu cơ) và học sinh khối 12
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Để tiến thực hiện sáng kiến tôi đã sử dụng các phương pháp sau: Phương pháp quan sát thực tế, phương pháp trao đổi trực tiếp với giáo viên và học sinh
về những vấn đề liên quan đến SKKN, phương pháp nghiên cứu, phương pháp thống kê – phân tích số liệu thực nghiệm
2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
Loại bỏ chất là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán đầu
là một hỗn hợp phức tạp thành hỗn hợp đơn giản qua đó làm cho số ẩn bằng số phương trình và tính toán trở nên dễ dàng thuận tiện hơn, nhanh hơn Khi loại
bỏ trong SKKN cũng đưa ra những lưu ý để bản chất bài toán không bị thay đổi
và vẫn đảm bảo định luật bảo toàn khối lượng
Trang 32.2 Thực trạng của vấn đề nghiên cứu.
Bài tập hỗn hợp các chất hữu cơ và vô cơ khác nhau là những bài toán rất hay gặp trong hóa học phổ thông Tuy nhiên cách giải truyền thống là lập hệ phương trình, nếu phức tạp thì đưa thêm số liệu hoặc ghép ẩn hoặc quy đổi Tuy nhiên đối với những bài toán số ẩn lớn hơn số dữ kiện bài ra thì thường sử dụng phương pháp quy đổi, ghép ẩn hoặc dồn chất Nhưng với bài tập hữu cơ để nhanh nhẹn nhận ra dấu hiệu để quy đổi bài toán không phải học sinh nào cũng nhìn ra được trong khoảng thời gian vô cùng ngắn Đặc biệt càng khó với học sinh học sinh miền núi (học sinh trường THPT Thạch Thành 4 có 2/3 học sinh là dân tộc thiểu số điều kiện kinh tế và học tập còn khó khăn) việc tiếp cận với phương pháp mới chưa nhiều
Trong sách giáo khoa không đề cập đến, rất ít sách tham khảo đề cập đến
“Phương pháp loại bỏ chất” nhưng còn một số hạn chế: Trình bày sơ sài, số
lượng bài tập ít nên học sinh chưa hiểu sâu sắc, chưa giúp học sinh vận dụng nhanh thành thạo trong giải nhanh các bài tập hữu cơ
2.3 Các giải pháp thực hiện
Để giải quyết thực trạng trên tôi mạnh dạn đưa ra sáng kiến “Sử dụng hiệu quả phương pháp loại bỏ chất trong giải nhanh bài tập hóa học hữu cơ”
vào giảng dạy môn Hóa học bằng cách đưa ra phương pháp loại bỏ chất: Có cơ
sở của phương pháp, nguyên tắc loại bỏ chất những vấn đề lưu ý khi loại bỏ chất với các ví dụ minh họa phân tích và bài tập vận dụng Cách tiến hành như sau:
2.3.1 Phương pháp loại bỏ chất
2.3.1.1 Cơ sở của phương pháp
Đề bài cho n chất và cho m dữ kiện (số mol, khối lượng, thể tích…) và n>
m ta bỏ đi n-m chất để thiết lập phương trình, giải hệ phương trình và tìm ra kết quả bài toán
Trang 42.3.1.2 Nguyên tắc phương pháp
Loại bỏ chất là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán đầu
là một hỗn hợp phức tạp thành hỗn hợp đơn giản qua đó làm cho số ẩn bằng số phương trình và tính toán trở nên dễ dàng thuận tiện hơn, nhanh hơn
Tuy nhiên, dù tiến hành loại bỏ chất phải tuân thủ theo hai nguyên tắc sau:
+ Không làm thay đổi dữ kiện của bài toán đã cho
+ Không làm thay đổi mối quan hệ cũng như phản ứng giữa các chất (tức thay đổi bản chất của bài toán)
Lưu ý:
- Trong quá trình tính toán theo phương pháp loại bỏ chất đôi khi ta gặp số âm
để tổng số mol mỗi nguyên tố được bảo toàn Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình thường.
- Trong quá trình tính toán nên kết hợp sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng bảo toàn nguyên tố và bảo toàn electron, kết hợp với việc sơ đồ hóa bài toán để tránh viết phương trình qua đó rút ngắn thời gian làm bài.
- Dữ kiện nào bài toán có liên quan đến việc xác định thành phần chất thì được xem là 1 số liệu lập hệ phương trình Mục đích chính của phương pháp này là đi xác định số mol của chất thành phần (các chất còn lại sau khi loại bỏ chất).
2.3.1.3 Các bài tập minh họa
Câu 1 : Hỗn hợp X gồm etilen, metan, propin và vinylaxetilen có tỉ khối so với
H2 là 17 Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol hỗn hợp X rồi hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào bình dung dịch Ca(OH)2 dư thì khối lượng bình tăng thêm m gam Giá trị của m là:
( Đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ khối B năm 2011)
Trang 5Hướng dẫn giải :
Vì đề bài cho hai dữ kiện nên ta bỏ đi hai chất Để đơn giản ta lấy metan và etilen
Phương trình hóa học :
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O
Gọi số mol của metan và etilen có trong 0,05 mol hỗn hợp là x,y
Theo bài ra ta có hệ sau :
0 , 05
7 , 1 2 17 05 , 0 28
16
y
x
y
mol y
025 , 0 075 , 0
Bảo toàn nguyên tố cacbon và hiđro ta có
mol
n CO 0 , 025 1 0 , 075 2 0 , 125
mol
n H O 0 , 025 2 0 , 075 2 0 1
Vậy khối lượng bình tăng là : m= 0,125.44 +0,1.18=7,3 gam.(Chọn đáp án D)
Câu 2: Hỗn hợp X gồm hiđro, propen, axit acrylic, ancol anlylic Đốt cháy hoàn
toàn 0,75 mol X thu được 30,24 lít khí CO2 (đktc) Đun nóng X với bột Ni một thời gian, thu được hỗn hợp Y Tỉ khối hơi của Y so với X bằng 1,25 Cho 0,1 mol Y phản ứng vừa đủ với V lít dung dịch Br2 0,1M Giá trị của V là:
(Đề thi tuyển sinh ĐH- CĐ khối B năm 2011)
Hướng dẫn giải:
- Đề cho 4 chất nhưng cho có hai dữ kiện nên ta có thể bỏ đi hai chất Tuy nhiên không bỏ H2 vì còn liên quan đến phản ứng cộng H2
- Chọn propen và H2
- Phương trình hóa học xảy ra:
C3H6 + 9/2O2 3CO2 + 3 H2O
C3H6 + H2 C3H8
Trang 6C3H6 + Br2 C3H6Br2
Gọi x, y lần lượt là số mol propen và hidđro trong 0,75 mol hỗn hợp ta có hệ:
x y mol
mol x
75
,
0
35 , 1 4 , 22 : 24
,
30
3
.
mol y
45 , 0 3 , 0
Giải ra ta được npropem= 0,45 mol ; nH2= 0,3 mol
nY= nX/1,25=0,6 mol
Số mol H2 đã phản ứng là 0,45+0,3- 0,6= 0,15mol
Số mol B2 cần để phản ứng hết 0,6 mol Y là: 0,45-0,15 =0,3 mol(theo bảo toàn số mol pi)
Vậy số mol Br2 cần để phản ứng hết 0,1 mol Y là 0,3:6= 0,05 mol
V= 0,05:0,1= 0,5 lít(đáp án B)
Câu 3: Hỗn hợp X gồm ancol metylic, etylen glicol Cho m gam X phản ứng
hoàn toàn với Na dư, thu được 2,24 lít khí H2 (đktc) Đốt cháy hoàn toàn m gam
X , thu được a gam CO2 Giá trị của a là:
(Đề thi tuyển sinh ĐH- CĐ năm 2013 khối B)
Hướng dẫn giải:
Đề bài cho một dữ kiện nên đơn giản ta có thể chọn ancol metylic
CH3OH + Na CH3ONa + 1/2H2
CH3OH + 3/2 O2 CO2 + 2H2O
mol n
n ancolmetyl ic 2 H 0 , 2
2
; n CO n ancolmetyl ic 0 , 3mol
a = 0,2.44 = 8,8 gam (Chọn đáp án C)
Câu 4: Cho hỗn hợp X gồm ancol metylic, etylen glicol và glixerol Đốt cháy
hoàn toàn m gam X thu được 6,72 lít khí CO2 (đktc) Cũng m gam X trên cho tác dụng với Na dư thu được tối đa V lít khí H2 (đktc) Giá trị của V là:
Hướng dẫn giải:
Trang 7Đề bài cho một dữ kiện nCO2= 6,72/22,4 =0,3 mol Nhưng cho 3 chất nên ta giữ lại một chất đơn giản nhất CH3OH
CH3OH + 3/2 O2 CO2 + 2H2O
CH3OH + Na CH3ONa + 1/2H2
nCO2 = nancol metylic = 0,3 mol
nH2 = 1/2 nancol metylic = 1/2.0,3 = 0,15 mol
=> V = 0,15 22,4 = 3,36 lít (Chọn đáp án C)
Câu 5: Hỗn hợp X gồm axit fomic, axit acrylic, axit oxalic và axit axetic Cho m
gam X phản ứng hết với dung dịch NaHCO3 thu được 1,344 lít khí CO2 (đktc) Đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 2,016 lít O2 (đktc), thu được 4,84 gam CO2 và a gam H2O Giá trị của a là:
(Đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ khối A năm 2012)
Hướng dẫn giải:
Đề bài cho 3 số liệu nhưng cho 4 chất nên ta bỏ đi một chất là axit acrylic Gọi x, y, z lần lượt là số mol của axit fomic, axit oxalic và axit axetic có trong
m gam
Phương trình:
HCOOH + NaHCO3 HCOONa + H2O + CO2
(COOH)2 + 2 NaHCO3 (COONa)2 + 2H2O + 2 CO2
CH3COOH + NaHCO3 CH3COONa + H2O + CO2
CH2O2 + 1/2O2 CO2 + H2O
C2H2O4 + ½ O2 2CO2 + H2O
C2H4O2 + 2O2 2CO2 + 2 H2O
Lưu ý: Khi giải toán để nhanh ta sử dụng khi đốt cháy a mol hợp chất C x H y O z thì số mol O 2 = a.(x+y/4-z/2)
Và khi phản ứng NaHCO 3 thì n CO nCOOH
2
Trang 8Ta có hệ:
mol z
y x
mol z
y
06 , 0 2
11 , 0 2
5 , 0
mol x
mol
05 , 0 05 ,
00,03
gam a
mol z
y x
n H O 2 0 , 05 0 , 03 0 , 05 2 0 , 08 0 , 08 18 1 , 44
Câu 6: Đốt cháy hoàn toàn 3,42 gam hỗn hợp gồm axit acrylic, vinyl axetat,
metyl acrylic và axit oleic, rồi hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH)2 dư Sau phản ứng thu được 18 gam kết tủa và dung dịch X Khối lượng X so với khối lượng dung dịch Ca(OH)2 ban đầu đã thay đổi như thế nào?
A Giảm 7,38 gam B Tăng 2,70 gam.
C Tăng 7,92 gam D Giảm 7,74 gam.
(Đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ khối A năm 2011)
Hướng dẫn giải:
- Bài cho 4 chất nhưng cho có hai dữ kiện nên ta bỏ đi hai chất
- Ta chọn hai chất axit acrylic, vinyl axetat (bỏ đi metyl acrylic và axit oleic)
C3H4O2 + 3 O2 3 CO2 + 2H2O
C4H6O2 + 9/2O2 4 CO2 + 3 H2O
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3
Gọi số mol của axit acrylic, vinyl axetat trong 3,42 gam hỗn hợp là x, y
Theo bài ra ta có hệ :
72 86 3 , 42
18 , 0 4 3
y x
y
mol y
06 , 0 09 , 0
; 18 , 0 4 09 , 0 3 06 , 0
n CO n H2O 2x 3y 0 , 15mol
Nhận thấy : m CO m H O m 0 , 18 44 0 , 15 18 18 7 , 38gam
2
Vậy khối lượng bình giảm là 7,38 gam (Chọn đáp án A)
Câu 7 : Đốt cháy hoàn toàn 13,36 gam hỗn hợp X gồm axit metacrylic, axit
ađipic, axit axetic và glixerol( trong đó số mol axit metacrylic bằng số mol axit axetic) bằng O2 dư, thu được hỗn hợp Y gồm khí và hơi Dẫn Y vào dung dịch chứa 0,38 mol Ba(OH)2, thu được 49,25 gam kết tủa và dung dịch Z Đun nóng Z
Trang 9lại thấy xuất hiện kết tủa Cho 13,36 gam hỗn hợp X tác dụng với 140ml dung dịch KOH 1M, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, cô cạn dung dịch thu được chất rắn khan có khối lượng là :
A 18,68 gam B 19,04 gam C 14,44 gam D 13,32 gam.
(Đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ khối A năm 2014)
Hướng dẫn giải:
Ba(OH)2 0,38 mol +CO2 BaCO3 0,25 mol
Vậy bảo toàn Ba ta tính được Ba(HCO3)2 = 0,13 mol
- Đề bài cho 3 dữ kiện tuyệt đối là mX(1), nCO2(2), số mol axit metacrylic bằng
số mol axit axetic (3)
- Đề cho 4 chất ta cần bỏ đi một chất:
+ Nếu ta bỏ đi axit metacrylic hoặc axit axetic thì dữ kiện (3) bị mất đi nên không bỏ được hai chất này
+ Hỗn hợp X tác dụng với KOH nếu ta bỏ glixerol thì tất cả các chất trong X đều phản ứng với KOH bản chất hóa học bị thay đổi vì vậy không bỏ được glixerol
+ Vậy ta bỏ axit ađipic
Gọi số mol C4H6O2, C2H4O2 và C3H8O3 lần lượt là x, y, z Ta có hệ sau :
mol x
mol
z y
x
z y
05 ,
00,06 36
, 13
9 2 60
8 6
5 1 , 0 3 2
4
- Khi tác dụng với KOH chỉ có axit phản ứng và các axit đều đơn chức mà naxit = 0,12 mol < nKOH = 0,14 mol Vậy KOH dư 0,02 mol
mrắn = mmuối + mKOH (dư) = 0,06.(60+86)+0,12.(39-1)+0,02.(39+17) =14,44 gam
Chọn đáp án C
Câu 8 : Hỗn hợp X gồm etylaxetat, đimetyl ađipat, vinyl axetat, anđehit
acrylic và ancol metylic(trong đó anđehit acrylic và ancol metylic có cùng số mol) Đốt cháy hoàn toàn 19,16 gam X cần dùng 1,05 mol O2, sản phẩm cháy gồm CO2, H2O được dẫn qua nước vôi trong lấy dư, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch có khối lượng giảm m gam so với ban đầu Giá trị m là
Trang 10Hướng dẫn giải:
Bài cho 5 chất ta mà cho ba dữ kiện: Khối lượng X, số mol O2 và số mol anđehit acrylic và ancol metylic bằng nhau
Ta bỏ đi hai chất etylaxetat, đimetyl ađipat
C3H4O + 7/2 O2 3CO2 + 2 H2O
CH4O + 3/2 O2 CO2 + 2 H2O
C4H6O2 + 9/2 O2 4 CO2 + 3 H2O
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3
Gọi số mol C3H4O, CH4O, C4H6O2 lần lượt là x, y, z Theo bài ra ta có hệ :
mol x
mol
y y
x
y
12 , 0 1 ,
00,12
1 6 ,
1 9
8 6 32
56
0 5 , 1 5 , 4 5
, 1 5
,
3
mol
n CO 0 , 12 3 0 , 12 1 0 , 1 4 0 , 88
mol
n H O 0 , 12 2 0 , 12 2 0 , 1 3 0 , 78
Khối lượng dung dịch giảm là : 0,88.100 - 0,88.44 - 0,78.18 = 35,24 gam
Câu 9 : Hỗn hợp X gồm glyxin, alanin và axit glutamic Hỗn hợp Y gồm
tristearin và tripanmitin Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol hỗn hợp Z gồm m gam X và
m gam Y cần dùng 2,59 mol O2, sản phẩm cháy gồm N2, CO2 và 34,2 gam H2O Nếu đun nóng m gam Y với dung dịch NaOH dư, thì thu được a gam glixerol Giá trị của a là
Hướng dẫn giải :
Bài cho 5 chất mà có 3 dữ kiện yêu cầu tính glixerol nên trong hỗn hợp Y không thể bỏ hai chất
Ta bỏ axit glutamic và tristearin
NH2 CH2COOH + 9/4 O2 2CO2 + 5/2 H2O
CH3CH(NH2)COOH + 15/4 O2 3 CO2 + 7/2 H2O
(C15H31COO)3C3H5 + 145/2 O2 51CO2 + 49 H2O
Gọi số mol của glyxin, alanin và tripanmitin lần lượt là x, y, z ta có hệ :
mo l x
mo l
z y
x
z y
44 , 2 08 ,
2 , 0
9 , 1
4 9 5
, 3 5
,
2
Trang 11Khối lượng glixerol là : 0,08.92= 7,36 gam
Câu 10 : Hỗn hợp X gồm glixerol, metanol, etanol, propanol và nước Cho m
gam hỗn hợp X tác dụng với Na dư thu được 3,36 lít khí H2(đktc) Đốt cháy hoàn toàn m gam X thu được 11,34 gam H2O Biết trong X glixerol chiếm 25%
số mol Giá trị đúng của m gần nhất là :
Hướng dẫn giải :
Bài cho ba dữ kiện khối lượng nước, thể tích H2 và glixerol chiếm 25% số mol Nên ta chọn: glixerol, metanol, etanol
C3H8O3 + Na C3H5(ONa)3 + 3/2 H2
CH3OH + Na CH3ONa + 1/2 H2
C2H5OH + Na C2H5ONa + ½ H2
C3H8O3 + 7/2 O2 3CO2 + 4 H2O
CH3OH + 3/2 O2 CO2 + 2 H2O
C2H5OH + 3 O2 2CO2 + 3 H2O
Gọi số mol của glixerol, metanol, etanol lần lượt là x,y,z theo bài ra ta có hệ :
mol x
mol
z y x x
z y
05 , 0 13 ,
00,02 )
( 25 , 0
63 , 0 3 2
3
Khối lượng của X là : 0,05.92+0,02.32+0,13.46= 11,22 gam
(Chọn đáp án B)
2.3.1.4 Bài tập vận dụng
Bài 1 : Đốt cháy hoàn toàn 29,064 gam hỗn hợp gồm HOC-CHO, axit acrylic,
vinyl axetat và metyl metacrylat rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy vào bình 1 đựng dung dịch H2SO4 đặc, bình 2 đựng dung dịch Ba(OH)2 dư thấy khối lượng bình 1 tăng 13,608 gam, bình 2 xuất hiện m gam kết tủa Giá trị của m là :
A 318,549 B 213,672 C 220,64 D 232,46.
Bài 2 : Hỗn hợp X gồm etanol, propan-1-ol, butan-1-ol, pentan-1-ol Oxi hóa
không hoàn toàn X bằng CuO nung nóng, sau thời gian thu được H2O và hỗn hợp
Y gồm 4 anđehit tương ứng và 4 ancol dư Đốt cháy hoàn toàn Y cần vừa đủ