Hướng dẫn học sinh giải bài toán hỗn hợp amin và hiđrocacbon

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT LÊ HOÀN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN HỖN HỢP AMIN VÀ HIĐROCACBON Người thực hiện: Trịnh Thị Hường Chức vụ: Giáo vi

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT LÊ HOÀN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN HỖN HỢP AMIN VÀ HIĐROCACBON

Người thực hiện: Trịnh Thị Hường Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh vực: Hoá học

THANH HÓA, NĂM 2021

MỤC LỤC

1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Lí do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

2 NỘI DUNG 3

2.1 Cơ sở lý luận 3

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm ……… 3

2.2.1 Tình hình học sinh học môn hoá của trường THPT Lê Hoàn ………3

2.2.1 Thực trạng 3

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề ……… 3

2.3.1 Tóm tắt một số kiến thức lý thuyết về amin và hiđrocacbon……… 4

2.3.2 Một số dạng toán cơ bản ……….…5

Dạng 1: Bài toán hỗn hợp gồm một amin và một loại hiđrocacbon ………… 5

Ví dụ minh hoạ……….….… 6

Dạng 2: Bài toán hỗn hợp gồm một amin và hỗn hợp hiđrocacbon ……… .11

Ví dụ minh hoạ ……… 11

Một số bài tập tương tự ……… ……… 15

2.4 Hiệu quả của kiến kinh nghiệm………16

3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……… 17

Kết luận ……… 17

Kiến nghị……… 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….………19

Danh mục các đề tài SKKN mà tác giả đã được Hội đồng Cấp Sở GD&ĐT và các cấp cao hơn đánh giá đạt từ loại C trở lên ……… …20

1 MỞ ĐẦU 1.1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Xã hội ngày càng phát triển thì việc hình thành các kĩ năng, năng lực đểđáp ứng những yêu cầu phát triển đó ngày càng trở nên quan trọng và cần thiết,

nó trở thành một trong những vấn đề đáng được quan tâm của toàn xã hội nóichung và trong hệ thống giáo dục nước nhà nói riêng Trong định hướng đổi mớichương trình và phương pháp giáo dục để phù hợp với sự phát triển của nền giáodục thế giới, một trong những quan điểm giáo dục được xem là trọng điểm đó làphát triển năng lực toàn diện của người học

Hoá học là môn khoa học thực nghiệm, với lượng kiến thức lý thuyết và hệthống bài tập phong phú, đa dạng làm cho nhiều học sinh khó định hướng để ôntập nhanh trong khoảng thời gian ngắn Điều này cho thấy cần phải có ngàycàng nhiều phương pháp giảng dạy phù hợp để giúp học sinh thích thú, đam mêvới môn học, ngày càng muốn tìm hiểu thêm nhiều kiến thức mới, cách giảimới, ngắn gọn, khoa học hơn cho bản thân[1]

Trong chương trình Hoá học phổ thông thì nội dung bài tập Hoá học hữu

cơ là phần bài tập mà nhiều học sinh “ ngại ‘’ học bởi lượng lớn kiến thức lý

thuyết cộng thêm với sự đa dạng các dạng bài tập Trong quá trình giảng dạy,đặc biệt là ôn thi THPT Quốc gia trong những năm gần đây tôi nhận thấy trongcác đề thi thử của các trường THPT cũng như đề thi THPT Quốc gia phần bàitập hỗn hợp gồm amin và các hiđrocacbon thường xuyên xuất hiện Đây là dạngbài toán vận dụng, đòi hỏi học sinh phải nắm chắc kiến thức, đồng thời phải có

sự định hướng cụ thể từ giáo viên Xuất phát từ thực tiễn giảng dạy trên tôimạnh dạn đề xuất sáng kiến kinh nghiệm “ Hướng dẫn học sinh giải bài toán

hỗn hợp amin và hiđrocacbon” Tôi viết đề tài này dựa trên kinh nghiệm tích

luỹ trong quá trình dạy học với mong muốn giúp các em giải quyết bài toán đơngiản hơn, có tư duy linh hoạt, nhanh nhẹn hơn, kỹ năng giải bài tập tốt hơn, gópphần nâng cao chất lượng môn học

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Các bài tập về amin và hiđrocacbon trong các tài liệu, các đề thi thử củacác trường và đề thi THPT Quốc gia các năm.

- Khách thể: Học sinh lớp 12A3, 12A4 trường THPT Lê Hoàn

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để hoàn thành tốt đề tài này tôi đã vận dụng các phương pháp nghiên cứukhoa học:

* Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận

Tiến hành nghiên cứu, thu thập các loại sách giáo khoa, sách bài tập, cácsách tham khảo, các đề thi thử và thi THPT Quốc gia, các tài liệu có liên quanđến đề tài để làm cơ sở nghiên cứu

* Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Phương pháp quan sát khoa học: Theo dõi quá trình học tập, phân loạihọc sinh để đưa ra cách giải phù hợp cho từng nhóm đối tượng

- Phương pháp điều tra bằng các phiếu câu hỏi: Sử dụng hệ thống câu hỏi,phiếu điều tra để thu thập số liệu từ đó đánh giá thực trạng và đề xuất các giảipháp

- Phương pháp phỏng vấn, dự giờ: Tiến hành dự giờ, trao đổi với tổtrưởng, nhóm chuyên môn về các vấn đề có liên quan đến đề tài

* Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lý số liệu các phiếu điều trathu thập được nhằm đánh giá kết quả thực nghiệm, từ đó rút ra những kết luận

và đề xuất

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Đối với bài toán hoá học, để làm được bài toán trước hết học sinh phảinắm chắc kiến thức cơ bản về hợp chất đó Đặc biệt là về khái niệm, công thứctổng quát chung, tính chất hoá học của hợp chất

Để giải quyết nhanh, chính xác các bài toán hoá học có không ít phươngpháp được đưa ra Vấn đề đặt ra là giáo viên cần nắm rõ các phương pháp, cáccách tư duy, thủ thuật giải nhanh và học sinh phải dần hoàn thiện kỹ năng sửdụng các phương pháp đó Mỗi bài toán hoá học có thể giải bằng nhiều cáchkhác nhau nhưng quan trọng là phải nắm bắt được phương pháp nào là tối ưucho bài toán đó

Ví dụ với dạng bài toán hỗn hợp amin và hiđrocacbon, có những bàichúng ta sử dụng tư duy dồn chất, xếp hình để chuyển từ một hỗn hợp các chấtphức tạp thành hỗn hợp các chất đơn giản Từ đó, áp dụng các định luật bảo toànnguyên tố, định luật bảo toàn khối lượng có thể giải bài toán một cách đơn giảnhơn rất nhiều

Tuy nhiên, cũng có những bài toán chúng ta không thể dùng tư duy dồnchất và xếp hình ngay vì bài toán sẽ trở nên phức tạp Thay vào đó chúng ta cóthể dùng phương pháp biện luận để tìm ra cách giải quyết bài toán một cách hợp

2.2.1 Tình hình học sinh học bộ môn Hóa của trường THPT Lê Hoàn

Đối với học sinh THPT nói chung và học sinh trường THPT Lê Hoàn nóiriêng, phần lớn các em chưa có định hướng sâu sắc về nghề nghiệp cho tương lainên ý thức học tập bộ môn chưa cao Trong quá trình giảng dạy tôi đã phát hiện rarằng nhiều học sinh còn học đối phó, chưa hứng thú tham gia xây dựng bài.Nhiều học sinh tỏ ra lúng túng, không tìm ra cách xử lí ngay cả những bài toánđơn giản, những hiện tượng tự nhiên có liên quan đến thực tế cuộc sống Vì thế,làm thế nào để các em có thể yêu thích bộ môn là một câu hỏi lớn đặt ra mà mỗigiáo viên cần suy nghĩ và tìm ra câu trả lời cho bản thân

2.2.2 Thực trạng

Trong quá trình học tập hiện nay, hình thức hoạt động của học sinh đang cònđơn điệu, chủ yếu là nghe thầy đọc và chép vào vở, học sinh ít được động não vàthường ít được chủ động tích cực Chính vì vậy, năng lực giải toán của học sinhcòn yếu, kết quả thu được chưa cao

Trong đề thi thử của các trường, đặc biệt là đề thi TNTHPT Quốc gia nhữngnăm gần đây thường xuyên có câu hỏi thuộc bài tập hoá hữu cơ vận dụng phầnbài toán hỗn hợp amin và hiđrocacbon Mặc dù các em đều có sách tham khảo,đều biết khai thác internet nhưng các em chưa biết cách vận dụng Do đó, các

em thường lúng túng, mất thời gian, thậm chí bỏ qua bài toán đó

Chính vì vậy, với sáng kiến kinh nghiệm “ Hướng dẫn học sinh giải bài

toán hỗn hợp amin và hiđrocacbon” mà bản thân tôi rút ra, tôi hy vọng giúp

các em nhận ra cách giải phù hợp cho từng dạng bài tập Từ đó, vận dụng linhhoạt, giải quyết nhanh và chính xác bài toán, nâng cao kết quả học tập của bảnthân

2.3 CÁC GIẢI PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ.

2.3.1 Tóm tắt một số kiến thức lí thuyết về amin và hiđrocacbon

2.3.1.1 Amin

* Khái niệm: Amin là hợp chất hữu cơ khi thay thế một hay nhiều nguyên tử

hiđro trong phân tử NH3 bởi gốc hiđrocacbon.[5]

Ví dụ: CH3 – NH2: metylamin

CH3 – NH – CH3: đimetylamin

CH3CH(NH2)CH3: isopropylamin

C6H5NH2: phenylamin (Alanin)

* Công thức của amin:

- Amin đơn chức: CxHyN

- Amin đơn chức, no, mạch hở: CnH2n+1NH2 hay CnH2n+3N

- Amin đa chức, no, mạch hở: CnH2n+2-z(NH2)z hay CnH2n+2+zNz

* Phản ứng đốt cháy của amin:

- Khái niệm: Anken là những hiđrocacbon không no, mạch hở có chứa một liên

kết đôi trong phân tử

Ví dụ: C2H4: etilen; C3H6: propilen

- Công thức tổng quát: CnH2n

2.3.2 Một số dạng bài toán cơ bản

Dạng 1: Bài toán hỗn hợp gồm một amin và một loại hiđrocacbon

Cơ sở lý thuyết: Sử dụng tách chất rồi dồn về các chất đơn giản hơn[10]

* Hỗn hợp gồm amin và ankin

Hỗn hợp gồm: Amin no, đơn chức, mạch hở: CnH2n+3N

Ankin: CmH2m - 2

Quy hỗn hợp về hỗn hợp { CH 5 N ¿ { C 2 H 2 ¿¿¿¿

loại hiđrocacbon nào đó chúng ta sẽ quy về hỗn hợp của amin bé nhất,

Ví dụ minh hoạ:

Ví dụ 1[7]: Hỗn hợp E gồm amin X(no, mạch hở) và ankan Y,số mol X lớn hơn

số mol Y Đốt cháy hoàn toàn 0,09 mol E cần dùng vừa đủ 0,67 mol O2, thuđược N2, CO2 và 0,54mol H2O Khối lượng của X trong 14,56 gam hỗn hợp E là

A 7,04 gam B 7,20 gam C 8,8 gam D 10,56 gam

Hướng dẫn giải:

* Nhận thấy đây là hỗn hợp gồm amin no, mạch hở(chưa biết số chức) và ankan

Amin X (no, mạch hở): CnH2n+2+t Nt (= CH4 + a CH2 + t NH)

Ankan: CmH2m+2 ( = b CH2+ CH4)

Quy hỗn hợp E về hỗn hợp { NH:x ¿ { CH 4 :0,09 ¿¿¿¿ ⃗ + O 2 ¿ { CO 2 :0,09+y ¿ { H 2 O:0,5x+0,18+y ¿¿¿

* Bảo toàn nguyên tố O: 2.0,67 = 2 (0,09 + y) + 0,5x + 0,18 + y

Bảo toàn nguyên tố H: x + 4.0,09 + 2y = 2.0,54

+ t = 2  namin = 0,05 > 0,045  nankan = 0,04 mol

Bảo toàn nguyên tố C: 0,05n + 0,04m = 0,09 + 0,31 = 0,4

Chọn giá trị thích hợp: n = 4; m = 5

Vậy hỗn hợp gồm: C4H12N2 (0,05 mol) và C5H12(0,04 mol)

* Khối lượng hỗn hợp E là: 15.0,1 + 16 0,09 + 14.0,31 = 7,28 gam

* Khối lượng của amin trong 14,56 gam hỗn hợp là:

88.0,05.14,56 7,28 =8,8 gam

Chọn đáp án C

Ví dụ 2[11]: Hỗn hợp X chứa một amin đơn chức, mạch hở (có một liên kết đôi

C=C trong phân tử) và một ankan Đốt cháy hoàn toàn 0,14 mol hỗn hợp X, thuđược N2, 15,84 gam CO2 và 8,28 gam H2O Phần trăm khối lượng của ankan cótrong X là:

Ví dụ 3: Hỗn hợp X chứa một amin no, đơn chức, mạch hở và một anken Đốt

cháy hoàn toàn 0,4 mol hỗn hợp X, thu được N2, 33,6 lít CO2 (đktc) và 35,1 gamH2O Biết số nguyên tử cacbon trong amin lớn hơn trong anken Cho toàn bộlượng amin có trong 0,4 mol X tác dụng vừa đủ với HCl, thu được m gam muối.Giá trị của m là:

* Gọi m, n lần lượt là số nguyên tử C trong amin và anken (m > n ≥2 )

Bảo toàn nguyên tố C: m.0,3 + n 0,1 = 1,5

Chọn giá trị phù hợp : m = 4, n = 3

Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm hai amin (đơn chức, thuộc

cùng dãy đồng đẳng) và hai anken cần vừa đủ 0,2775 mol O2, thu được tổngkhối lượng CO2 và H2O bằng 11,43 gam Giá trị lớn nhất của m là:

Hướng dẫn giải:

* Cách giải thông thường:

Hỗn hợp gồm: Amin đơn chức: CnH2n+2+1-2kN a mol

Anken: CmH2m b mol

Ta có: n CO 2 = na + mb = x (1)

n H2O = (n +1,5 - k)a + mb = y (2)

+ Tổng khối lượng CO2 và H2O là: 4x + 18y = 11,43

+ Bảo toàn nguyên tố oxi: 2 0,2775 = 2x + y

Chọn đáp án B

* Cách giải tư duy dồn chất:

Vì hỗn hợp chứa hai amin đơn chức (chưa biết no hay không no) và haianken(chưa no)

Bảo toàn nguyên tố H  t.b = 0,03 hay b =

Chú ý: Với hỗn hợp anken và amin nhưng chưa biết no hay không no chúng ta

có thể giải bằng cách đặt công thức tổng quát Với cách giải này bài toán cũng trở nên đơn giản.

Ví dụ 5: Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp X gồm propilen và 2 amin no

mạch hở đồng đẳng kế tiếp trong oxi dư thu được 16,8 lít CO2, 2,016 lít N2(đktc) và 16,74 gam H2O Khối lượng của amin có khối lượng mol phân tử nhỏhơn là:

A. 1,35 gam B 2,16 gam C 1,8 gam D 2,76 gam

Giải ra: a = 0,06; b = 0,03

 Khối lượng của amin nhỏ CH6N2: 0,06 46 = 2,76 gam

Chọn đáp án B

* Cách giải tư duy dồn chất:

Vì hỗn hợp chứa anken và hai amin no mạch hở, chưa biết số chức

 Dồn chất cho hỗn hợp thành { CH 2 :a ¿¿¿¿

Sản phẩm cháy gồm: CO2 ( 0,75 mol) và H2O (0,93 mol), N2 (0,09 mol)

Bảo toàn nguyên tố C  a = 0,75

Bảo toàn nguyên tố N  b = 0,18

Bảo toàn nguyên tố H  t.b = 0,93.2 – 2.0,75 = 0,36  t = 2

Số nguyên tử C trung bình =

0,75

0,3 =2,5Anken là C3H6  Công thức hai amin là: CH6N2 (x mol) và C2H8N2 (y mol)

* Ta có: x + y = 0,09 (1)

1 x+2 y x+ y =

4

3 (2) Giải ra: x = 0,06; y = 0,03

 Khối lượng của amin nhỏ CH6N2 : 0,06 46 = 2,76 gam

Chọn đáp án B

Chú ý: Với hỗn hợp anken và amin no nhưng chưa biết số chức thì chúng ta có thể giải bằng cách giải thông thường bằng cách đặt công thức tổng quát

Ví dụ 6: Hỗn hợp E chứa hai ankin liên tiếp nhau và một amin X no, đơn chức,

mạch hở Đốt cháy hoàn toàn 8,82 gam hỗn hợp E cần vừa đủ 0,825 mol O2, thuđược CO2 và H2O có số mol bằng nhau Khối lượng lớn nhất của amin X bằngbao nhiêu gam?

A 2,48 gam B 3,6 gam C 4,72 gam D 5,84 gam.

Để khối lượng amin lớn nhất ta sẽ dồn tối đa CH2 cho amin

Amin gồm: CH5N : 0,08

CH2 : 0,08.n < 0,23  n = 2

Khối lượng lớn nhất của amin X là: 0,08 31 + 0,08.2.14 = 4,72 gam

Chọn đáp án C

Dạng 2: Bài toán hỗn hợp gồm một amin và hỗn hợp hiđrocacbon

Với dạng bài tập này, có những bài tập đề nói rõ hỗn hợp hiđrocacbon gồmankan, anken hay ankin nhưng cũng có những bài đề không nói hiđrocacbonthuộc loại nào Để giải loại bài toán này, thường ta nên sử dụng phương phápbiện luận thông qua bảo toàn các nguyên tố O, C, H Đặc biệt là sử dụng sốlượng nguyên tử C và H trung bình để tìm giá trị chặn trên hoặc chặn dưới.Đồng thời chúng ta kết hợp phương pháp xếp hình để tìm ra chính xác số lượngnguyên tử C trong mỗi hợp chất, từ đó suy luận ra các chất có trong hỗn hợp

Trong một số bài toán chúng ta vẫn có thể sử dụng phương pháp quy hỗnhợp chất phản ứng thành hỗn hợp các chất đơn giản hơn Tiếp theo sử dụng bảotoàn các nguyên tố để giải quyết bài toán như những trường hợp đã xét ở trên

Ví dụ minh hoạ:

Ví dụ 1[10]: Hỗn hợp khí X gồm etylamin và hai hiđrocacbon là đồng đẳng liên

tiếp Đốt cháy hoàn toàn 100 ml hỗn hợp X bằng một lượng oxi vừa đủ, thuđược 550 ml hỗn hợp Y gồm khí và hơi nước Nếu cho Y đi qua dung dịch axitsunfuric đặc(dư) thì còn lại 250 ml khí (các thể tích khí và hơi đo ở cùng điềukiện) Công thức của hai hiđrocacbon là:

Chọn đáp án B

Ví dụ 2[8]: Hỗn hợp A gồm ankan X, anken Y, amin no hai chức mạch hở Z Tỉ

khối của A so với H2 bằng 385/29 Đốt cháy hoàn toàn 6,496 lít A thu được9,632 lít CO2 và 0,896 lít N2 (các thể tích khí đo ở đktc) Phần trăm khối lượng

của anken có trong A gần nhất với:

* Gọi số nguyên tử C trong X, Y, Z lần lượt là n, m, p

Bảo toàn nguyên tố C: 0,2n + 0,05m + 0,04p = 0,43

hay: 20n + 5m + 4p = 43

Chọn giá trị thích hợp ta được: n = 1; m = 3; p = 2

Ví dụ 3[11]: Hỗn hợp X gồm một anken, một ankin và một amin no, đơn chức

(trong đó số mol anken nhỏ hơn số mol của ankin) Đốt cháy hoàn toàn 0,2 molhỗn hợp E bằng lượng oxi vừa đủ thu được 0,86 mol hỗn hợp F gồm CO2, H2O

và N2 Ngưng tụ toàn bộ F còn lại 0,4 mol hỗn hợp khí Công thức của anken vàankin là:

 Phải có chất chứa 1 nguyên tử C, chỉ có thể là amin Vậy amin là CH5N

ít hơn 5H Loại D (vì đều có 6H)

Nếu anken ít hơn 5H thì là C2H4

Ví dụ 4[8]: Hỗn hợp E chứa 2 amin đều no, đơn chức và một hiđrocacbon X thể

khí điều kiện thường Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol hỗn hợp E cần dùng 2,7 molkhông khí (20% O2 và 80% N2 về thể tích) thu được hỗn hợp F gồm CO2, H2O

và N2 Dẫn toàn bộ F qua bình đựng NaOH đặc dư thấy khối lượng bình tăng21,88 gam, đồng thời có 49,616 lít (đktc) khí thoát ra khỏi bình Công thức phân

tử của X là công thức nào sau đây?

Bảo toàn nguyên tố O: 2a + b = 0,54.2 = 1,08 (1)

Khối lượng bình tăng chính là khối lượng của CO2 và H2O:

* Số C tương ứng của amin và X lần lượt là n, m

Với n 1  m 2,17

Ví dụ 5 [6] : Hỗn hợp E gồm amin X (no, mạch hở) và hiđrocacbon Y (trong đó

số mol X lớn hơn số mol Y) Đốt cháy hết 0,26 mol E cần dùng vừa đủ 2,51 molO2, thu được N2, CO2 và 1,94 mol H2O Mặt khác, nếu cho 0,26 mol E tác dụngvới dung dịch HCl dư thì lượng HCl phản ứng tối đa là 0,28 mol Khối lượngcủa Y trong 0,26 mol E bằng bao nhiêu?

A 10,32 gam B 10,55 gam C 12,00 gam D 10,00 gam.