Sử dụng phương pháp tách, ghép để đơn giản hóa cách giải bài toán hỗn hợp aminoaxit

Chính vì vậy, để giúp các em giải nhanh các bài tập có liên quan tới aminoaxit tôi mạnh dạn đưa ra đề tài “Sử dụng phương pháp tách, ghép để đơn giản hóa cách giải bài toán hỗn hợp amino

2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến 6

3 Các giải pháp để giải quyết vấn đề 6

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài:

Để đạt được điểm cao khi thi THPT Quốc Gia môn hóa học là một điềukhông dễ dàng với học sinh Hiện nay, với dung lượng kiến thức khá lớn, cónhiều câu hỏi vận dụng và đặc biệt là vận dụng cao làm khó cho học sinh trongkhoảng thời gian 50 phút nhưng có tới 40 câu hỏi, bài tập vận dụng cao có thểlên tới 6 câu Nếu các em chỉ được trang bị kiến thức để làm bài mà không đượchướng dẫn cách làm nhanh sẽ không đủ thời gian Vì vậy không chỉ bài tập ởmức độ nhận biết và thông hiểu, ở các dạng vận dụng và vận dụng cao cầnhướng dẫn các em những phương pháp tối ưu nhất, thời gian làm bài được rútgọn nhất Trong các dạng bài tập vận dụng cao trong quá trình dạy và ôn thiTHPT Quốc gia, tôi thấy các em thường gặp khó khăn khi giải quyết các bài tậphỗn hợp aminoaxit có aminoaxit no, mạch hở, 1nhóm NH2, 1nhóm COOH ngoài

ra còn có aminoaxit khác loại với nó Đặc biệt là bài toán hỗn hợp không chỉ cóaminoaxit mà còn có các chất hữu cơ khác Chính vì vậy, để giúp các em giải

nhanh các bài tập có liên quan tới aminoaxit tôi mạnh dạn đưa ra đề tài “Sử dụng phương pháp tách, ghép để đơn giản hóa cách giải bài toán hỗn hợp aminoaxit”

3 Đối tượng nghiên cứu:

Học sinh lớp 12 trường THPT Yên Định 2

4 Giả thuyết nghiên cứu:

Nếu sử dụng và ứng dụng tốt phương pháp tách ghép vào bài học khi giảngdạy Phần aminoaxit – lớp 12 cơ bản thì sẽ nâng cao được hiệu quả học tập chohọc sinh, góp phần nâng cao hiệu quả giáo dục

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Hệ thống hóa những vấn đề về aminoaxit

- Nghiên cứu và vận dụng phương pháp tách, ghép vào bài học khi giảngdạy Phần luyện tập aminoaxit – Lớp 12 cơ bản

- Thực nghiệm sư phạm, xử lí kết quả và rút ra kết luận

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết

+ Khẳng định phương pháp dạy học tích cực là phương thức có hiệu quả

để thực hiện mục tiêu dạy học

- Về thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài đã khẳng định, phương pháptách, ghép sử dụng vào bài luyện tập giải toán aminoaxit– lớp 12 cơ bản đã giúphọc sinh nâng cao hiệu quả học tập cho học sinh THPT đặc biệt đối với học sinhlớp 12

PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I CỞ SỞ LÍ LUẬN:

1 Thành phần nguyên tố trong aminoaxit và cơ sở tách ghép.

Không ngừng tìm tòi, phát hiện vấn đề, đưa ra phương pháp giải toán mớiđơn giản, hiệu quả là một yêu cầu cấp thiết hiện nay Nó giúp học sinh hứng thúhơn với môn học, hiểu bài nhanh chóng, các em không có cảm giác sợ khi giảicác bài toán hóa học nói chung Thậm chí các bài tập hóa học luôn được các emmong chờ mối khi làm bài Bài tập aminoaxit có nhiều loại, biến hóa rất tài tình,chính sự biến hóa này làm các em thỏa sức khám phá và phát hiện ra những điềuthú vị trong các bài toán

- Nếu hỗn hợp gồm các aminoaxit quen thuộc như Gly, Ala, Val, Glu, Lys,Axit – 6 – aminohexanoic, Axit – 7 – amino heptanoic… thì có một phát hiệnquan trọng là sau khi tách nhóm COO thì phần còn lại trong phân tử chất hữu cơkhông còn liên kết π, mỗi một nguyên tử N làm tăng 1 nguyên tử H so với ankan

là hidocacbon no, mạch hở có số nguyên tử H tối đa, vì vậy phần còn lại luônđược tách thành NH, CH4 và CH2 theo phương pháp đồng đẳng hóa

- Nếu bài toán cho thêm hợp chất không no thì hỗn hợp được tách thànhCOO, NH, CH4, CH2 và H2 với số mol âm đúng bằng số mol liên kết π trong hợpchất hữu cơ

2.Thành phần nguyên tố của hidrocacbon và nguyên tắc tách, ghép:

Nếu bài toán cho thêm ankan thì ankan được tách thành CH4 và CH2 Nếu bàitoán cho thêm anken thì anken do có công thức CnH2n nên chuyển đổi thành

CH4 và CH2 và H2 với số mol âm đúng bằng số mol anken Nếu bài toán choankin, ankadien thì tách được thành CH4, CH2 và H2 có số mol âm bằng 2 lần sốmol ankin hay ankadien, …Tóm lại việc cho thêm hidrocacbon vào bài toán hỗnhợp aminoaxit khi tách ghép ta ta vẫn có các thành phần như trong hỗn hợpaminoaxit, chỉ khi không no ta có thêm H2 với số mol âm bằng số mol lien kết π

- Nếu bài toán chỉ cho các chất no, mạch hở thì số mol hỗn hợp thì có thểtách tách hỗn hợp thành H2 có số mol bằng số mol hỗn hợp( bản chất là ankangồm CH2 và H2)

- Nếu hồn hợp có amin no, mạch hở thì amin luôn được tách thành ankan,

NH Vì vậy ta tách thành NH, CH4, CH2 Nếu amin không no ta có thêm H2 với

số mol âm bằng số mol liên kết π

3 Thành phần nguyên tố của axitcacboxylic, este và nguyên tắc tách, ghép

- Nếu hỗn hợp có axitcacboxylic mạch hở, este mạch hở ta luôn tách đượcthành COO, CH4, CH2, H2 với với số mol âm bằng số mol liên kết π trong gốchidrocacbon nếu có

- Với bản chất các chất như trên ta luôn tách các chất trong hỗn hợpaminoaxit thành các thành phần: COO, NH, CH4, CH2 và H2( H2 chỉ có với sốmol âm khi có liên kết π ở gốc hidrocaccon) Sau đó từ việc tách từng chất nhưtrên ta ghép hỗn hợp lại thành COO, NH, CH4, CH2 và H2

Dạng toán này không chỉ rèn luyện tư duy tích cực, sáng tạo cho học sinh

mà còn giúp các em không ngừng tìm kiếm cái mới, cái hay để có thể ngày cànglàm đơn giản hơn các bài toán hóa học

4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường.

Kinh nghiệm mà bản thân tôi rút ra được khi áp dụng phương pháp tách,ghép giải bài toán hỗn hợp aminoaxit đã đáp ứng được một yêu cầu vô cùngquan trọng trong giải toán hóa học đó là:

Học sinh gặp dạng bài tập này ngay lập tức có định hướng cách giải bài toán

và nhanh chóng tìm ra kết quả

Vận dụng phương pháp này các em có thể làm các dạng bài tập khác, cho cácbài tập đó một phương pháp giải toán hiệu quả, đồng thời tăng kỹ năng giải toán hóa học của các em

Học sinh nắm được phương pháp giải toán này làm cho các em hứng thú hơnvới bộ môn, cảm thấy môn hóa học thật thú vị và học cũng rất dễ dàng chứkhông quá khó khăn như trước đó các em đã từng nghĩ

Giáo viên trong tổ bộ môn và bản thân tôi khi áp dụng phương pháp này đềuthấy được hiệu quả thực sự lớn mà nó mang lại, cổ vũ tinh thần cho chúng tôitìm tòi thêm các cách giải hay, mới giúp cho học sinh hăng say học tập, nângcao chất lượng chuyên môn của nhà trường, góp phần nâng cao chất lượng giáodục của tỉnh nhà

Sau khi đã hoàn chỉnh đề tài của mình, tôi đã trình bày trước tổ chuyênmôn, xin ý kiến nhận xét và tôi đã nhận được nhiều ý kiến hay, sâu sắc để giúptôi hoàn chỉnh bản sáng kiến này Có thể nói từ khi bắt đầu ý tưởng cho đến khithực hiện, bản sáng kiến này đã được sự tham gia góp ý của nhiều giáo viên Vớiviệc cải tiến phương pháp giải toán phục vụ ôn thi THPT Quốc gia, ôn thi họcsinh giỏi Như vậy, đề tài này là hoàn toàn mới chưa có đề tài nào khai thác và

có tác dụng rất tốt trong việc phát triển năng lực học tập cho học sinh cũng như

là nguồn tư liệu cho giáo viên tham khảo

Mục đích của tách, ghép là làm giảm ẩn đáng kể của bài toán, làm cho cácbài toán trở nên đơn giản hơn

Phương pháp tách, ghép là công cụ lý tưởng cho việc giảng dạy các bàitoán hóa học Phương pháp tách, ghép giúp giáo viên có thể cung cấp cho họcsinh một công cụ tuyệt vời trong giải toán hóa học hữu cơ, cung cấp một cáinhìn tổng quan về phương pháp giải toán hóa học hữu cơ đang rất mới mẻ này.Học sinh sẽ không bị mất định hướng khi giải toán, thay vào đó các em sẽ nhanhchóng tư duy ra cách giải quyết bài toán Hiệu quả làm bài sẽ được tăng lên

Có một điều thú vị, trong quá trình giảng dạy giáo viên có thể thêm ngayvào bài toán một số chất mới nhưng cách giải vẫn không thay đổi, từ đó có thểphát triển ra nhiều bài toán từ 1 bài toán gốc

5 Ưu điểm của phương pháp tách, ghép:

So với các cách làm bài truyền thống, thì phương pháp tách, ghép cónhững điểm vượt trội như sau:

- Học sinh có tư duy suy luận tốt, khả năng giải toán trở nên linh hoạt hơn

- Từ một bài toán gốc chính học sinh có thể phát triển ra những bài toán mới mànhững bài toán này nếu không sử dụng tách, ghép thì không giải quyết được.Chính tư duy này làm cho học sinh nắm vững và hiểu rõ cách giải các bài toánhóa hữu cơ hơn

II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI NGHIÊN CỨU:

1 Đối với giáo viên

Phương pháp tách, ghép hiện nay là phương pháp khá mới mẻ với cả giáoviên Rất nhiều giáo viên chưa cập nhật phương pháp này, vì vậy ngay cả giáoviên cũng có nhiều bài toán hóa học hỗn hợp aminoaxit vẫn giải theo cáchtruyền thống hoặc không giải được Giáo viên nếu không tìm tòi, nghiên cứu thì

sẽ bị lạc hậu so với thời cuộc, sẽ không tạo được cho học sinh những cái nhìnmới mẻ, cách tư duy sáng tạo, thông minh và đầy hứng thú, không đơn giản hóađược cách giải các bài toán hóa học

Đặc biệt với những giáo viên lâu năm cách dạy thi tự luận đã ăn sâu vàotiềm thức thì có một số ngại thay đổi, ngại làm theo cái mới Đây cũng là mộthạn chế rất lớn hiện nay đối với đội ngũ giáo viên

2 Đối với học sinh

Các bài toán hỗn hợp aminoaxit có aminoaxit khác loại hoặc có thêm một

số chất hữu cơ khác khi học sinh không được hướng dẫn cách làm theo phươngpháp tách, ghép thì đa số làm mất rất nhiều thời gian hoặc không thể làm được.Đây là một dạng toán mà các em xác định sẽ phó mặc cho may rủi khi đi thibằng cách tô bừa, các em đều thấy bị bế tắc do theo cách thông thường sốphương trình lập được ít hơn so với số ẩn Lại khó có cách nào ghép các phươngtrình với nhau để làm giảm ẩn của bài toán

Trong đề thi THPT Quốc Gia có số lượng bài tập hữu cơ khoảng ¼ số câuhỏi Phải nói rằng bài tập hữu cơ thường gây khó khăn cho học sinh, đa số họcsinh thường có cảm giác sợ, ngại làm bài tập Nếu được hướng dẫn các phươngpháp thì hóa hữu cơ lại đem lại hứng thú rất lớn cho học sinh, tạo cho các emđộng lực rất lớn khi giải toán hóa học hữu cơ

III CÁC GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ:

Giáo viên trước tiên cần phải nắm vững chủ trương đối mới giáodục phổ thông thể hiện ở chương trình sách giáo khoa, phương pháp giảng dạy,việc sử dụng các phương tiện dạy học, các hình thức tổ chức dạy học phải phùhợp, thích ứng với từng hoạt động giúp học sinh tích cực trong tìm tòi, tiếp thulĩnh hội kiến thức Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện, phải thấy rằng phươngpháp tách, ghép là một công cụ phối hợp các phương pháp khác đã thực hiệnthêm phần hiệu quả, không phải là một giải pháp có thể thay thế tất cả cácphương pháp khác Vì vậy, tôi đã đưa ra và áp dụng nhiều giải pháp có hiệu quảnhưng trọng tâm là sử dụng phương pháp tách, ghép cho bài toán hỗn hợpaminoaxit

Hiện nay, tôi chưa thấy có sáng kiến kinh nghiệm nào đưa ra cách giảiriêng cho bài tập hỗn hợp aminoaxit Đối với các bài toán hỗn hợp aminoaxit khigiải bài tập này mỗi tác giả giải theo những cách khác nhau nhưng nhìn chungkhông đưa ra được phương pháp cụ thể chung áp dụng cho các bài toán, bài thìvận dụng kiểu này, bài làm kiểu khác dẫn đến học sinh khi nghiên cứu hiểuđược cách làm bài đó nhưng không áp dụng để giải các bài toán khác nếu không

y hệt về nội dung chỉ thay số liệu Cũng không có phân dạng cụ thể cho mỗikiểu bài, vì thế học sinh có cảm giác rất sợ khi gặp bài toán này

Tuy nhiên khi các em được hướng dẫn tách ghép, không chỉ các em giảiquyết được bài toán, mà cách làm cũng rất ngắn gọn, nhanh chóng Khôngnhững thế, nó còn giúp các em suy luận giải các bài toán hữu cơ khác như este,axitcacboxylic, amin, …Cùng với sử dụng đồng đẳng hóa, tách ghép là công cụrất hữu hiệu để các em tìm ra kết quả bài toán một cách dễ dàng, biến bài toánphức tạp trở thành đơn giản

Trong quá trình dạy ôn thi THPT Quốc Gia cho học sinh tôi đã thực hiệnviệc chia bài tập hỗn hợp aminoaxit thành các dạng sau đây:

Dạng 1: Tách, ghép hỗn hợp chỉ gồm các aminoaxit:

Cơ sở lý thuyết: Do aminoaxit quen thuộc nhưGly, Ala, Val, Glu, Lys, Axit– 6 – aminohexanoic, Axit – 7 – amino heptanoic… thì có một phát hiện quantrọng là sau khi tách nhóm COO thì phần còn lại trong phân tử chất hữu cơkhông còn liên kết π, mỗi một nguyên tử N làm tăng 1 nguyên tử H so với ankan

là hidocacbon no, mạch hở có số nguyên tử H tối đa, vì vậy phần còn lại luônđược tách thành NH, CH4 và CH2 theo phương pháp đồng đẳng hóa

Ví dụ minh họa:

Ví dụ 1[2]: Đốt cháy hoàn toàn 15,5 gam hỗn hơp X gồm lysin, alanin,glyxin cần dùng vừa đủ 16,24 lít khí O2 (đkc), sau đó cho sản phẩm cháy(gồm CO2, H2O và N2) vào dung dịch nước vôi trong dư, thu được 55 gamkết tủa Mặt khác, cho 15,5 gam X tác dụng với dung dịch NaOH đun nóng(vừa đủ) thì khối lượng muối thu được là:

Đối với phương pháp này vận dụng tối chủ yếu toàn nguyên tố để hỗ trợ lập phương trình

Ví dụ 2[1]: Đốt cháy 0,1 mol hỗn hợp X gồm glyxin, alanin, axit glutamic bằng

một lượng oxi vừa đủ, thu được 0,85 mol hỗn hợp Y gồm CO2, H2O và N2 Hấpthụ hết Y vào bình đựng nước vôi trong dư, thu được 38 gam kết tủa Mặt khác,cho m gam X tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được 34,925 gam hỗn hợp

muối Các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau

Dạng 2: Tách, ghép hỗn hợp gồm các aminoaxit và hidrocacbon:

Cơ sở lý thuyết: Aminoaxit được tách như trên thành CH4, CH2, COO và NH Hidrocacbon tách thành CH4, CH2 và H2 với số mol âm Vậy tách hỗn hợp này thành CH4, CH2 và H2 và COO

Ví dụ minh họa:

Ví dụ 1[1]: Hỗn hợp X chứa butan,Alanin và Val Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol

X cần dùng 1,99 mol O2, thu được CO2, N2 và H2O Biết trong X oxi chiếm22,378% về khối lượng Khối lượng ứng với 0,15 mol X là?

Ví dụ 2[2]: Hỗn hợp X gồm glyxin, alanin, axit glutamic Hỗn hợp Y gồm

propen, buten Đốt cháy hoàn toàn x mol X và y mol Y thì tổng số mol oxi cầndùng vừa đủ là 1,08 mol, thu được H2O; 0,08 mol N2 và 0,84 mol CO2 Mặtkhác, khi cho x mol X tác dụng với dung dịch KOH dư thì lượng KOH phản ứng

là m gam Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là?

Ví dụ minh họa:

Ví dụ 1[2]: Hỗn hợp X chứa hai amin kế tiếp thuộc dãy đồng đẳng của

metylamin Hỗn hợp Y chứa glyxin và lysin Đốt cháy hoàn toàn 0,4 mol hỗnhợp Z (gồm X và Y) cần vừa đủ 2,055 mol O2, thu được 32,22 gam H2O; 35,616

lít (đktc) hỗn hợp CO2 và N2 Phần trăm khối lượng của amin có khối lượngphân tử lớn hơn trong Z là:

A 14,42% B 16,05% C 13,04% D 26,76%.

Hướng dẫn giải

Tách, ghép

lys 2

Ví dụ 2[2]: Hỗn hợp X gồm Gly, Lys (tỷ lệ mol 2:1) và một amin đơn chức, hở,

có một liên kết đôi C=C trong phân tử Đốt cháy hoàn toàn 11,48 gam X cần vừa

đủ 0,88 mol O2 Toàn bộ sản phẩm cháy cho qua dung dịch Ca(OH)2 dư thấykhối lượng bình tăng 37,4 gam (xem N2 hoàn toàn không bị hấp thụ) Kết luậnnào sau đây là đúng:

A Công thức phân tử của amin trong X là C2H5N

B Công thức phân tử của amin trong X là C3H7N

C Công thức phân tử của amin trong X là C4H9N

D Số mol amin trong X là 0,05 mol

Cơ sở lý thuyết: Aminoaxit được tách như trên thành CH4, CH2, COO và NH

Este tách thành COO, CH4, CH2 và H2 với số mol âm nếu gốc hiddrocacbon

không no Vậy tách hỗn hợp này thành CH4, CH2 và H2 và COO Riêng este là

chất béo ta có thể dùng đồng đẳng hóa riêng cho nó bằng cách chuyển đổi

thành (HCOO)3C3H5 và CH2

Ví dụ minh họa:

Ví dụ 1[1]: Hỗn hợp X chứa một số este đơn chức, một số aminoaxit (đều

mạch hở) Đốt cháy hoàn toàn 0,11 mol hỗn hợp X cần vừa đủ 0,625 mol O2 thu

được hỗn hợp gồm CO2; 0,45 mol H2O và 0,04 mol N2 Hidro hóa hoàn toàn 0,2mol X cần dùng a mol khí H2 (xúc tác Ni, t0) Giá trị của a là?

Ví dụ 2[1] : Hỗn hợp X gồm glyxin, alanin và axit glutamic Hỗn hợp Y gồm

tristearin và tripanmitin Đốt cháy hoàn toàn 0,13 mol hỗn hợp Z gồm [X (trong

đó axit glutamic có 0,04 mol) và Y] cần dùng 2,76 mol O2, sản phẩm cháy gồm

N2, CO2 và 35,28 gam H2O Phần trăm khối lượng của axit glutamic có trong Z là?

Ví dụ 3[2]: 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 khối lượng glixerol thu được là?

+ O2 :2,59 mol t◦ CO2:6a+b+c + H2O: 1,9mol +N2

Theo các chất trong Z thì số mol NH và CH4 bằng nhau

Xét phản ứng cháy không có COO vì ko cần dùng O2 để đốt số mol CO2 là 6a+b+4c