Sử dụng phương pháp dồn chất để đơn giản hóa cách giải bài toán đốt cháy este mạch hở

Đểgiúp học sinh phần nào giải quyết vấn đề trên, để đa số các em không còn “ sợ”khi gặp bài toán este vận dụng cao đã có nhiều phương pháp được áp dụng, vừađơn giản hóa bài toán đồng thờ

2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến 5

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài:

Bài tập este trong đề thi THPT Quốc Gia là loại bài tập có số lượng câu hỏinhiều, có thể lên tới 8 câu cả lý thuyết và bài tập tính toán và nó có ở nhiều mứcđộ: Nhận biết, thông hiểu, vận dụng thấp, vận dụng cao Trong số các bài tậpvận dụng cao của đề thi, bài tập không thể thiếu là este, không chỉ một bài mà cóthể nhiều hơn.Đa số học sinh khi gặp bài tập này thường có ý nghĩ mình sẽ tôbừa và gần như không muốn tiếp cận loại bài tập này do mức độ khó của nó Đểgiúp học sinh phần nào giải quyết vấn đề trên, để đa số các em không còn “ sợ”khi gặp bài toán este vận dụng cao đã có nhiều phương pháp được áp dụng, vừađơn giản hóa bài toán đồng thời tiết kiệm thời gian làm bài rất nhiều so với cáchlàm truyền thống như phương pháp đồng đẳng hóa, hidro hóa, tách, ghép và đặcbiệt là phương pháp dồn chất 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 tậpeste Đặc biệt là bài toán hỗn hợp không chỉ có este mà còn có các chất hữu cơkhác Chính vì vậy, để giúp các em giải nhanh các bài tập có liên quan tới este

tôi mạnh dạn đưa ra đề tài “Sử dụng phương pháp dồn chất để đơn giản hóa cách giải bài toán đốt cháy este mạch hở”

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 dồn chất vào bài học khi giảngdạy Phần hóa hữu cơ – 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 các loại chất hữu cơ gồm hidrocacbon,ancol, axit, amin, este, aminoaxit

- Nghiên cứu và vận dụng phương pháp dồn chất vào bài học khi giảng dạyPhần luyện tập este – 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

- Phương pháp thực nghiệm

7 Đóng góp mới của đề tài

- Về lí luận:

+ Góp phần đổi mới phương pháp dạy học phù hợp học sinh THPT

+ Khẳng định phương pháp dạy học tích cực là phương thức có hiệu quả đểthực hiện mục tiêu dạy học

- Về thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài đã khẳng định, phương phápdồn chất sử dụng vào bài luyện tập giải toán hỗn hợp các chất hữu cơ– lớp 12 cơbản đã giúp học sinh nâng cao hiệu quả học tập cho học sinh THPT đặc biệt đốivới học sinh lớp 12

PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I CỞ SỞ LÍ LUẬN:

1 Thành phần nguyên tố trong este và cơ sở dồn chất.

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 este 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 điều thú vịtrong các bài toán

- Nếu hỗn hợp chỉ gồm các este no mạch hở… thì có một phát hiện quan trọng làsau khi tách nhóm COO thì phần còn lại trong phân tử chất hữu cơ chỉ còn hidro

và cacbon không chứa liên kết , tức là nó như một ankan là hidocacbon no, mạch

hở có số nguyên tử H tối đa, vì vậy phần còn lại luôn được tách thành H2 và CH2theo phương pháp đồng đẳng hóa

- Nếu bài toán cho thêm hợp chất không no thì hỗn hợp được dồn chất thànhCOO, H2 (có số mol bằng số mol hỗn hợp), CH2 và H2 (với số mol âm đúng bằng

số mol liên kết trong hợp chất hữu cơ)

- Nếu hỗn hợp este không cho các dữ kiện cụ thể là no hay không no thì ta có thểdồn chất thành COO, C, H

- Một số trường hợp ta có thể dồn chất thành OO, CH2.Đây là loại bài toán đốtcháy áp dụng bảo toàn nguyên tố oxi

2.Thành phần nguyên tố của các loại chất hữu cơ khác và nguyên tắc dồn chất:

- Nếu bài toán cho thêm ankan thì ankan được tách thành H2 và CH2.Nếu bài toán cho thêm anken thì anken do có công thức CnH2n nên chuyển đổithành CH2 Nếu bài toán cho ankin, ankadien thì tách được thành CH2 và H2 có

số mol âm bằng số mol ankin hay ankadien,… Tóm lại việc cho thêmhidrocacbon vào bài toán hỗn hợp este khi dồn chất ta vẫn có các thành phầnnhư trong hỗn hợp este, chỉ khi không no ta có thêm H2 với số mol âm bằng sốmol liên kết

- 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 hỗn hợp có ancol đơn chức, mạch hở thì tách thành H2O và CH2, cóthể có thêm số mol H2 âm bằng số mol liên kết Nếu ancol đa chức thì 2 chứctách thêm 1 nguyên tử O, 3 chức tách thêm 2 nguyên tử O…

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

NH và H2 với số mol âm đúng bằng số mol liên kết Vì vậy ta tách thành NH,H2, CH2 Nếu amin không no ta có thêm H2 với số mol âm bằng số mol liên kết

- Nếu hỗn hợp có thêm aminoaxit no, mạch hở thì tách aminoaxit thànhCOO, NH, H2, CH2 Nếu aminoaxit không no ta có thêm H2 với số mol âm bằng

số mol liên kết

- 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 trong gốchidrocacbon nếu có

- Với bản chất các chất như trên ta luôn tách các chất trong hỗn hợp estethành các thành phần: COO, H2 (số mol bằng số mol hồn hợp), CH2 và H2 (H2chỉ có với số mol âm khi có liên kết ở gốc hidrocaccon) Sau đó từ việc táchtừng chất như trên ta dồn chât hỗn hợp lại thành COO, H2 (số mol bằng số molhỗn hợp), CH2 và H2 (số mol âm đúng bằng số mol liên kết

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

3 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 dồnchât giải bài toán hỗn hợp este đã đáp ứng được một yêu cầu vô cùng quan trọngtrong giải toán hóa học đó là:

Học sinh gặp dạng bài tập này ngay lập tức có định hướng cách giải bàitoán và nhanh chóng tìm ra kết quả

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

Học sinh nắm được phương pháp giải toán này làm cho các em hứng thúhơn với 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 nàyđều thấy được hiệu quả thực sự lớn mà nó mang lại, cổ vũ tinh thần cho chúngtôi tìm 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 Trong năm học 2020 – 2021 Sở giáo dục Thanh Hóa có tổchức thi kiểm tra chất lượng các môn thi tốt nghiệp THPT, môn Hóa lớp 12A1tôi dạy mặc dù có một số em học khối A1 và khối D nhưng kết quả điểm trongbình môn hóa là 7,8 điểm Trường THPT Yên Định 2 có điểm thi trung bình xếpthứ 3 toàn tỉnh

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 dồn chất là làm giảm ẩn đáng kể của bài toán, làm cho cácbài toán trở nên đơn giản hơn

Phương pháp dồn chất là công cụ lý tưởng cho việc giảng dạy các bài toánhóa học Phương pháp dồn chất giúp giáo viên có thể cung cấp cho học sinh mộtcông cụ tuyệt vời trong giải toán hóa học hữu cơ, cung cấp một cái nhìn tổngquan về phương pháp giải toán hóa học hữu cơ đang rất mới mẻ này Học sinh sẽkhông bị mất định hướng khi giải toán, thay vào đó các em sẽ nhanh chóng tưduy 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 dồn chất:

So với các cách làm bài truyền thống, thì phương pháp dồn chất có nhữngđiểm vượt trội như sau:

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

- So với các phương pháp khác thì dồn chất là phương pháp siêu tiết kiệmthời gian khi làm bài

- Từ một bài toán gốc chính học sinh có thể phát triển ra những bài toánmới mà những bài toán này nếu không sử dụng dồn chất thì không giải quyếtđược Chính tư duy này làm cho học sinh nắm vững và hiểu rõ cách giải các bàitoán hóa hữu cơ hơn

II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI NGHIÊN CỨU:

1 Đối với giáo viên

Phương pháp dồn chất 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 este vẫn giải theo cách truyềnthống hoặc không giải được Giáo viên nếu không tìm tòi, nghiên cứu thì sẽ bịlạc hậu so với thời cuộc, sẽ không tạo được cho học sinh những cái nhìn mới

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 este các loại chất hữu cơ khác khi học sinh khôngđược hướng dẫn cách làm theo phương pháp dồn chất thì đa số làm mất rấtnhiều thời gian hoặc không thể làm được Đây là một dạng toán mà các em xácđịnh sẽ phó mặc cho may rủi khi đi thi bằng cách tô bừa, các em đều thấy bị bếtắc do theo cách thông thường số phương trình lập được ít hơn so với số ẩn Lạikhó có cách nào ghép các phương trình 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 câu

hỏi 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 giáo dục phổthông thể hiện ở chương trình sách giáo khoa, phương pháp giảng dạy, việc sửdụng các phương tiện dạy học, các hình thức tổ chức dạy học phải phù hợp,thích ứng với từng hoạt động giúp học sinh tích cực trong tìm tòi, tiếp thu lĩnhhội kiến thức Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện, phải thấy rằng phương phápdồn chất là một công cụ phối hợp các phương pháp khác đã thực hiện thêm phầnhiệu quả, không phải là một giải pháp có thể thay thế tất cả các phương phápkhác Vì vậy, tôi đã đưa ra và áp dụng nhiều giải pháp có hiệu quả nhưng trọngtâm là sử dụng phương pháp dồn chất cho bài toán hỗn hợp este

Hiện nay, tôi chưa thấy có sáng kiến kinh nghiệm nào đưa ra cách giảiriêng cho bài tập hỗn hợp este Đối với các bài toán hỗn hợp este khi giải bài tậpnày mỗi tác giả giải theo những cách khác nhau nhưng nhìn chung không đưa rađược phương pháp cụ thể chung áp dụng cho các bài toán, bài thì vận dụng kiểunày, bài làm kiểu khác dẫn đến học sinh khi nghiên cứu hiểu được cách làm bài

đó nhưng không áp dụng để giải các bài toán khác nếu không y hệt về nội dungchỉ thay số liệu Cũng không có phân dạng cụ thể cho mỗi kiểu bài, vì thế họcsinh có cảm giác rất sợ khi gặp bài toán này

Tuy nhiên khi các em được hướng dẫn dồn chất, 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 nhưaxitcacboxylic, amin, …Cùng với sử dụng đồng đẳng hóa, dồn chất 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 este thành các dạng sau đây:

Dạng 1: Dồn chất hỗn hợp chỉ gồm các este:

Cơ sở lý thuyết: Este sau khi tách nhóm COO thì phần còn lại trong phân

tử chất hữu cơ là C và H Trong bài toán của phản ứng đốt cháy este mạch hở thì

ta có COO xem như chính là CO2 nên không cần dùng oxi để đốt cháy Lúc nàyhỗn hợp được dồn chất thành COO, CH2, H2 (số mol bằng số mol hỗn hợp) vàH2 có số mol âm đúng bằng số mol liên kết π Ngoài ra este no, mạch hở còn cóthể tách thành OO, CH2 Nếu không no, mạch hở có thể biến thành no bằng cáchcộng thêm H2 (hidro hóa) và dồn chất thành OO, CH2

Ví dụ minh họa:

Ví dụ 1[1] X, Y, Z là 3 este đều hai chức, mạch hở và không chứa nhóm

chức khác Đốt cháy x gam hỗn hợp E chứa X, Y, Z cần dùng 1,2 mol O2 Mặt

khác đun nóng x gam E với 480 ml dung dịch NaOH 1M Trung hòa lượngNaOH dư cần dùng 120 ml dung dịch HCl 1M, cô cạn dung dịch sau khi trunghòa thu được hỗn hợp F chứa 2 ancol đều no, kế tiếp thuộc cùng dãy đồng đẳng

và hỗn hợp chứa 2 muối có khối lượng 35,82 gam Lấy F đun với H2SO4 đặc ở1400C thu được hỗn hợp chứa 7,05 gam 3 ete Hiệu suất ete hóa của ancol cókhối lượng phần tử nhỏ là 75%, hiệu suất ete hóa của ancol còn lại là?

y

C H OH M



Dồn chất cho:

2 2

Ví dụ 2[1]: Đốt cháy hoàn toàn 6,56 gam hỗn hợp X chứa 3 este đều đơn

chức, mạch hở bằng O2 vừa đủ thu được 7,616 lít CO2(đktc) Mặt khác hidro hóahoàn toàn X cần 0,06 mol H2 Nếu cho lượng X trên tác dụng với dung dịchKOH dư thấy có a mol KOH phản ứng Giá trị của a là:

0,34 0,34 0,346,56 0,12( )

Số mol COO = số mo OO trong phép toán dồn chất Vậy a = 0,06 mol

Ví dụ 3[2]. X làeste no, đơn chức; Y là este no, hai chức; Z là este không

no chứa một liên kết C=C (X, Y, Z đều mạch hở) Đun nóng 24,08 gam hỗn hợp

E chứa X, Y, Z với dung dịch NaOH vừa đủ, thu được hỗn hợp chứa 2 muối của

2 axit cacboxylic đều đơn chức và hỗn hợp F gồm 3 ancol đều no có khối lượng

phần tử hơn kém nhau 16 đvC Dẫn F qua bình đựng Na dư thấy khối lượng

bình tăng 11,68 gam Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp muối thu được CO2; 0,42 mol

H2O và 0,14 mol Na2CO3 Phần trăm khối lượng của Y có trong hỗn hợp E là

muoi

OONa

CH COONa n

n C

π π

1 2

Cơ sở lý thuyết: Este được tách như trên thành H2, CH2, COO.

Hidrocacbon tách thành H2, CH2 và H2 với số mol âm (số mol bằng số mol liên

kết π) Vậy tách hỗn hợp này thành H2, CH2 và H2 và COO

Ví dụ 1[2]: Đốt cháy hoàn toàn 0,33 mol X gồm metylpropionat, etylaxetat

và 2 hidrocacbon mạch hở cần 1,27 mol O2 thu được 14,4 gam H2O Nếu cho

0,33 mol X vào dung dịch Br2 dư thì số mol Br2 phản ứng tối đa là:

1, 27 0,87 0,8: 0,8

COO

C H

Cơ sở lý thuyết: Este được tách như trên thành H2, CH2, COO Ancol tách

thành H2Ox với x là số nhóm chức trong ancol, H2, CH2, và H2 với số mol âmnếu gốc hidrocacbon không no Vậy tách hỗn hợp này thành H2, CH2, H2Ox, H2,

Cơ sở lý thuyết: Este được tách thành H2, CH2, COO và Aminoaxit tách

thành NH, COO, H2, CH2 và H2 với số mol âm nếu gốc hidrocacbon không no.Vậy tách hỗn hợp này thành H2, CH2 và H2 , NH và COO

Ví dụ minh họa:

Ví dụ 1[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 cháygồm N2, CO2 và 35,28 gam H2O Phần trăm khối lượng của axit glutamic cótrong Z là?

Ví dụ 2[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 mgam X và m gam Y cần dùng 2,59 mol O2, sản phẩm cháy gồm N2, CO2 và 34,2gam H2O Nếu đun nóng m gam Y với dung dịch NaOH dư thì khối lượngglixerol thu được là?

Hướng dẫn giải

Dồn chất thành

0,2 mol Z+ O2 : 2,59 → mol CO2:6a+b + H2O: 1,9 mol +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 là6a+b+4c

=>

Ta có: nglixerol thu được =0,08 Vậy mglixerol thu được =7,08(g) Đáp án C

Ví dụ 3[2]: Hỗn hợp X gồm glyxin, alanin và axit glutamic Hỗn hợp Y

gồm tristearin và tripanmitin Đốt cháy hoàn toàn 0,13 mol hỗn hợp Z gồm X(trong đó axit glutamic có 0,04 mol) và Y cần dùng 2,76 mol O2, sản phẩm cháygồm N2, CO2 và 35,28 gam H2O Phần trăm khối lượng của axit glutamic cótrong Z là?

A 14,23% B 15,98% C 17,43% D 18,43%

Hướng dẫn giải:

Dồn chất thành

0,13 mol Z + O2 :2,76 t◦ CO2:6a+b+d + H2O: 1,96mol +N2

Theo các chất trong Z thì số mol NH và H2 bằng nhau

Vì trong các amino axit chỉ có axit glutamic là có số COO hơn 1 so vớiNH2 nên số mol glutamic đúng bằng nCOO -nNH

=> mZ=0,03.176+1,59.14+31.0,1+44.0,14=36,8(g)