Cơ sở lí luận
Môn hóa học đóng vai trò quan trọng trong giáo dục trung học cơ sở, cung cấp cho học sinh kiến thức hệ thống và toàn diện về hóa học Môn học này không chỉ phát triển tư duy khoa học mà còn rèn luyện các phẩm chất như tỉ mỉ, cẩn thận, tiết kiệm, đoàn kết và hợp tác Qua đó, học sinh xây dựng được thế giới quan khoa học, trang bị đầy đủ phẩm chất của người lao động hiện đại, sẵn sàng nghiên cứu và tạo ra các chất mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của tiến bộ khoa học công nghệ.
Thế kỷ 21 với nền kinh tế tri thức yêu cầu con người phải học tập liên tục để tồn tại Do đó, năng lực học tập cần được cải thiện mạnh mẽ, bắt đầu từ việc người học cần biết "học cách học" và người dạy cũng cần nắm vững phương pháp giảng dạy hiệu quả.
“Dạy cách học” Như vậy thầy giáo phải là “Thầy dạy việc học, là chuyên gia của việc học”
Hiện nay, việc dạy phương pháp học đã trở thành một mục tiêu quan trọng trong giáo dục, không chỉ đơn thuần là giải pháp để cải thiện chất lượng và hiệu quả đào tạo.
Trong xã hội phát triển nhanh với cạnh tranh gay gắt, việc phát hiện và giải quyết kịp thời các vấn đề trong học tập và cuộc sống là rất quan trọng Điều này không chỉ là phương pháp dạy học mà còn là mục tiêu giáo dục Bộ Giáo dục và Đào tạo đã áp dụng hình thức trắc nghiệm khách quan để cải tiến kiểm tra đánh giá kết quả học tập Phương pháp này giúp học sinh củng cố kiến thức và hỗ trợ giáo viên điều chỉnh quá trình dạy học, từ đó nâng cao hiệu quả giáo dục.
Cơ sở thực tiễn
Khảo sát thực tiễn
Khảo sát chất lượng vào cuối tháng 3/2017 với 47 học sinh lớp 9
* Nội dung : thực hiện các bài tập lập công thức các hợp chất hữu cơ
* Thời gian : 45 phút kết quả như sau:
Số lượng Giỏi Khá Trung bình Yếu Kém
Vào năm học 2016-2017, tôi bắt đầu nghiên cứu phân loại các dạng bài tập lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ, dựa trên kinh nghiệm và kiến thức cá nhân, kết hợp với tài liệu tham khảo Mục tiêu của tôi là biên soạn nội dung giảng dạy phù hợp, tìm ra biện pháp hiệu quả Để làm điều này, tôi đã tiến hành khảo sát nguyện vọng của học sinh, và kết quả thu được rất đáng chú ý.
- Học sinh biết làm toán lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ: 26%
- Học sinh không biết làm toán lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ: 74% Trong đó:
* 26% thích học môn hoá vì dễ hiểu
* 12% không thích học vì quá khó
* 25% không biết thiết lập cách giải
* 20% cho là môn Hoá quá khó, mau quên
Kết quả cho thấy học sinh gặp khó khăn trong việc hoàn thành bài tập chủ yếu do không hiểu bài, không biết phân loại các dạng bài tập và phương pháp giải quyết chúng Đây chính là lý do tôi quyết định biên soạn và thực hiện đề tài này.
Những biện pháp thực hiện
Trong quá trình dạy học, tôi nhận thấy rằng để lập công thức phân tử cho hợp chất hữu cơ, học sinh cần phải hiểu rõ khái niệm về hợp chất hữu cơ, hiđrocacbon và các dẫn xuất của hiđrocacbon Ngoài ra, việc biết được sản phẩm thường sinh ra khi đốt cháy hợp chất hữu cơ cũng rất quan trọng.
- Hợp chất hữu cơ là hợp chất của C (trừ CO; CO 2 ; H 2 CO 3 ; muối cacbonat )
- Hiđrocacbon là hợp chất chỉ gồm C và H
- Dẫn xuất của hiđrocacbon là hợp chất ngoài C, H còn có nguyên tố khác: O,N
Như vậy nếu xác định được thành phần định tính của hợp chất thì việc lập công thức phân tử chỉ còn dựa vào thành phần định lượng
Dưới đây là một số dạng bài tập cụ thể giúp hệ thống tư duy, khai thác dữ kiện và áp dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề.
DẠNG 1: LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ DỰA VÀO KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ VÀ BIẾT KHỐI LƯỢNG MOL CỦA HỢP CHẤT
Hợp chất hữu cơ A chứa các nguyên tố C, H, O với thành phần % khối lượng của C là 60% và H là 13,33% Để xác định công thức phân tử của A, ta cần tính toán số mol của các nguyên tố dựa trên khối lượng mol của A là 60 gam Từ đó, có thể xác định được công thức phân tử chính xác của hợp chất này.
- Ở bài toán chưa biết % của O Vậy làm thế nào để tìm được %O
- Có % các nguyên tố thì sử dụng cách nào để tìm được công thức của A
Phần trăm khối lượng của nguyên tố O trong hợp chất A là:
Gọi công thức phân tử của A là C x H y O z (x, y,z Z + )
Vậy công thức phân tử của A là: C 3 H 8 O
Có thể hướng dẫn học sinh giải cách khác:
Ta có M A = 60 60n = 60 n= 1 Vậy công thức phân tử của A là C 3 H 8 O
Khi phân tích hợp chất hữu cơ A, tỷ lệ khối lượng các nguyên tố được xác định là 2,1 phần khối lượng carbon (C), 2,8 phần khối lượng oxy (O) và 0,35 phần khối lượng hydro (H) Để xác định công thức phân tử của A, cần sử dụng thông tin về thể tích 1 gam hơi A ở điều kiện tiêu chuẩn là 0,3733 lít.
- Ở bài này, muốn tính khối lượng mol của chất chưa biết phải dựa vào dữ kiện nào để tính?
- Cách giải tương tự bài 1, nhưng thay % bằng khối lượng
Gọi công thức phân tử của A là: C x H y O z (x, y,z Z + )
Công thức phân tử đơn giản của A : CH 2 O
Khối lượng mol của A là:
Công thức phân tử của A có dạng: (CH 2 O) 2 = 60
30n = 60 n = 2 Vậy công thức phân tử của A là C 2 H 4 O 2
* Nhận xét: Ở bài này ẩn là khối lượng mol M, học sinh nhớ lại công thức tính M.
DẠNG 2: BÀI TOÁN ĐỐT LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐÓ BIẾT LƯỢNG CHẤT ĐEM ĐỐT, KHỐI LƯỢNG CHẤT SẢN PHẨM VÀ KHỐI LƯỢNG MOL CỦA CHẤT HỮU CƠ
Bài toán 1 yêu cầu xác định công thức phân tử của chất hữu cơ A sau khi đốt cháy hoàn toàn 1,44 gam Phản ứng tạo ra 2,24 lít khí CO2 và 2,16 gam H2O Thêm vào đó, 0,01 gam hơi chất A ở điều kiện tiêu chuẩn chiếm 3,1 ml Dựa vào các dữ liệu này, ta có thể tính toán để tìm ra công thức phân tử của chất A.
- Một hợp chất hữu cơ khi đốt cháy cho sản phẩm là CO2 và H2O giúp ta suy ra được điều gì?
Để xác định thành phần định tính của một hợp chất hoặc công thức tổng quát, cần dựa vào số liệu tính toán để khẳng định thành phần định lượng.
- Từ đó tìm ra công thức đơn giản của hợp chất A
- Dữ liệu 0,01 gam hơi A(đktc) có V = 3,1ml =0,0031(l) giúp ta tính được đại lượng nào?
(Tìm được M A từ đó tìm được công thức phân tử của hợp chất A)
- Sau khi phân tích xong thì giáo viên giúp học sinh lập sơ đồ:
A + O 2 t 0 CO 2 + H 2 O nC = n CO 2 m C = n C M C nH = 2nH2O mH = nH MH
mC + mH = mA A gồm C và H Nếu mC + mH < mA thì A gồm C, H và O
Số mol CO 2 và H 2 O là:
Số mol C và H có trong CO 2 và H 2 O là: nC = n CO 2 = 0,1mol n H = 2 n H O
2 = 2 0.12 = 0,24mol Khối lượg C và H có trong A là: mC = nC MC = 0,24 1 = 0,24(g)
Ta có: mC + mH = 1,2 + 0,24 = 1,44(g) = mA
Vậy A là Hiđrocacbon có công thức tổng quát là: C x H y (x, y Z + )
Công thức đơn giản nhất của A là C 5 H 12
Khi đó công thức phân tử của A có dang: (C 5 H 12 ) n = 72
n = 1 Vậy công thức phân tử của A là C 5 H 12
Dạng toán này trở nên đơn giản khi biết khối lượng chất sản phẩm và giá trị M Tuy nhiên, trong bài toán có ẩn M chưa biết, học sinh thường gặp khó khăn Bài toán đã cung cấp một phương pháp để xác định giá trị của M.
Bài toán 2 yêu cầu xác định công thức phân tử của hợp chất hữu cơ X sau khi đốt cháy hoàn toàn 5,8 gam Kết quả phản ứng thu được 8,96 lít khí CO2 (đo ở điều kiện tiêu chuẩn) và 9 gam H2O Đặc biệt, tỉ khối của X so với khí H2 là 29, điều này sẽ giúp trong việc tính toán và xác định thành phần nguyên tố của hợp chất.
- Ở bài toán này hướng dẫn học sinh giống bài 1 Còn khối lượng mol M của hợp chất thì dựa vào dữ liệu nào? (dựa vào tỉ khối)
Công thức tính tỉ khối? (d A/B M
- Vậy có tìm được MA không? ( MA = M H 2 d)
- Tìm nC, nH mC, mH
Tính: mC + mH rồi so với mX?
Công thức tổng quát của X
Số mol CO2 và H2O là:
Số mol C và H có trong CO 2 và H 2 O hay trong X là: nC = nCO2 = 0,4 (mol) Khối lượng của C và H trong X là: mC = nC MC = 0,4 12 = 4,8(g) mH = nH mH = 1 1 = 1(g)
Ta có: mC + mH = 4,8 + 1 = 5,8 = mX
Vậy X là Hiđrocacbon có công thức tổng quát là: C x H y (x, y Z + )
Ta có: x : y = nC : nH = 0,4 : 1 = 2 : 5 Công thức phân tử đơn giản của X là C 2 H 5
Mà khối lượng mol của X là:
MX = MH2 29 = 2 29 = 58(g) Công thức phân tử của X có dạng: (C 2 H 5 ) n = 58
Công thức phân tử của X là: C 4 H 10
* Nhận xét: Ở bài toán này ẩn số cũng là M Như vậy lại có thêm một cách xác định M
DẠNG 3: DẠNG TOÁN ĐỐT CHÁY CƠ BẢN NHƯNG SẢN PHẨM CHO DƯỚI TỈ LỆ MOL HOẶC TỈ LỆ THỂ TÍCH
(Phương pháp giải: Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng) Bài toán 1: Đốt cháy hoàn toàn 2,1 gam hợp chất hữu cơ B cần dùng 5,04 lít khí
Khi O2 phản ứng ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc) để tạo ra CO2 và H2O, tỉ lệ thể tích của chúng là 1:1 Để xác định công thức phân tử của B, cần lưu ý rằng tỉ khối hơi của B so với khí hiđro là 21.
- Ở bài toán này ta đã biết mCO2 , mH2O chưa?
- Làm thế nào để tính được 2 đại lượng này?
- Bài toán cho số liệu gì? Sử dụng như thế nào?
O 2 m sẽ tính được giúp ta suy ra điều gì?
2 = 1 : 1 giúp ta suy ra điều gì? Để tháo gỡ những nút thắt đó ta phải dựa vào những kiến thức sau:
- Định luật bảo toàn khối lượng
- Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất tỉ lệ về số mol giữa các chất khí chính là tỉ lệ về thể tích
- Từ đó ta sẽ tính được mCO 2 , mH 2 O và bài toán lúc này quay về dạng toán cơ bản mà học sinh đã làm
Số mol O2 và khối lượng của O2 là:
2 = n M = 7,2(g) Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
Mặt khác ta biết ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất ta có:
Ta có phương trình: 18x + 44x = 9,3 x = 0,15 mol
H O n 2 = 1 : 1 = 0.15mol n C = n CO 2 = 0,15 mol mC = nC MC= 12 0,15 = 1,8 (g) n H = 2 n H O
Ta có: mC + mH = 1,8 + 0,3 =2,1 = mB
Vậy B là Hiđrocacbon có công thức tổng quát là: C x H y (x, y Z + )
Ta có: x : y = 0,15 : 0,3 = 1 : 2 Công thức phân tử đơn giản của B là: CH 2
Mà khối lượng mol của B là: M B = d
M = 21 2 = 42 (g) Công thức phân tử của B có dạng: (CH2)n
n = 3 Vậy công thức phân tử của B là C 3 H 6
Trong bài toán này, mặc dù ẩn số là khối lượng của sản phẩm, nhưng bằng cách áp dụng các kiến thức đã học, chúng ta có thể xác định các giá trị của ẩn và chuyển đổi bài toán về dạng cơ bản mà học sinh đã quen thuộc.
Bài toán 2 yêu cầu xác định công thức phân tử của chất hữu cơ A khi đốt cháy hoàn toàn 9,2 gam trong bình chứa 13,44 lít khí O2 (đo ở điều kiện tiêu chuẩn) Phản ứng tạo ra CO2 và H2O với tỉ lệ 2:3 Thêm vào đó, tỉ khối hơi của A so với H2 là 23.
* Phân tích bài toán: Tương tự bài 1
Số mol O 2 và khối lượng của O 2 là:
M = 0,6 32 = 19,2(g) Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
2 =m A + m O 2 = 9,2 + 19,2 = 28,4(g) Theo đầu bài, ta có:
Ta có: mC + mH = 4,8 + 1,2 = 6< mA =9,2
A là dẫn xuất của Hiđrocacbon, phân tử của A gồm C,H,O mO = mA – (mC + mH) = 9,2 – (4,8 + 1,2) =3,2(g)
3 = 0,2(mol) Vậy công thức tổng quát của A là: C x H y O z (x, y, z Z + )
Ta có: x : y : z = n C : n H : n O = 0,2 : 0,6 : 0,1 = 2 : 6 : 1 Công thức phân tử đơn giản của A là: C 2 H 6 O
Mà khối lượng mol của A là:
M = 23 2 = 46(g) Công thức phân tử của A có dạng: (C 2 H 6 O) n
(C2H6O)n = 46 46n = 46 n = 1 Vậy công thức phân tử của A là: C 2 H 6 O
Bài này yêu cầu xác định khối lượng mol và khối lượng sản phẩm, tuy nhiên, bằng cách áp dụng những kiến thức đã học, học sinh có thể tìm ra giá trị của ẩn và chuyển đổi bài toán về dạng cơ bản mà họ đã quen thuộc.
DẠNG 4: BÀI TOÁN ĐỐT CHÁY CÓ SẢN PHẨM TIẾP TỤC THAM GIA PHẢN ỨNG
Oxi hóa hoàn toàn 4,2 gam chất hữu cơ X chỉ thu được khí CO 2 và
Khi cho toàn bộ sản phẩm vào dung dịch nước vôi, khối lượng bình tăng thêm 18,6 gam và xuất hiện 30 gam kết tủa Ngoài ra, khi hóa hơi một lượng chất X, thu được một thể tích chính xác.
2 thể tích khí N 2 có khối lượng tương đương ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất Tìm công thức phân tử của X
- Ở bài này phải hiểu sản phẩm gồm CO2 và H2O đi vào dung dịch Ca(OH)2 Khối lượng bình tăng lên đó là: mCO2 + mH2O = 18,6(g)
- Kết tủa tạo thành là do phản ứng:
- Số mol kết tủa tính được do đó tính được nCO2 mCO2 Tính được mH2O
- Như vậy bài toán sẽ quay về dạng bài đã biết khối lượng sản phẩm mà học sinh đã biết cách làm
2 VN 2 giúp ta suy ra điều gì?
- Khi thực hiện ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất giúp ta có được điều gì?
- Từ đó tính được m X và như vậy sẽ tiếp tục giải bài toán tương tự như bài toán ở dạng bài 2
30 = 0,3(mol) Theo phương trình phản ứng (2) ta có:
M = 0,3 44 = 13,2(g) Khối lượng bình tăng lên đó là khối lượng của CO2 và H2O
Ta có: mC + mH = 3,6 + 0,6 = 4,2 = mX
X là Hiđrocacbon, phân tử gồm C và H
Công thức tổng quát của X là: C x H y (x, y Z + )
Ta có: x : y = n C : n H = 0,3 : 0,6 = 1 : 2 Công thức đơn giản của X là: CH 2
Theo đầu bài ta có: Ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất:
Công thức của X có dạng là: (CH 2 ) n
14n = 70 n =5 Vậy công thức phân tử của X là :C 5 H 10
Trong bài này, ẩn số không chỉ là giá trị của sản phẩm mà còn có thể xác định được khối lượng sản phẩm thông qua phương trình phản ứng Giá trị M cũng được xem là ẩn, nhưng từ thông tin đầu bài, ta có thể xác định M và chuyển đổi bài toán về dạng cơ bản mà học sinh đã quen thuộc.
Bài toán 2 yêu cầu xác định công thức phân tử của hợp chất hữu cơ A, bắt đầu bằng việc đốt cháy hoàn toàn 6 gam A và dẫn sản phẩm vào hai bình phản ứng Bình 1 chứa H2SO4 đặc, sau phản ứng khối lượng tăng thêm 3,6 gam, trong khi bình 2 chứa dung dịch Ca(OH)2 dư thu được 20 gam chất kết tủa Thêm vào đó, biết tỉ khối hơi của A so với H2 là 30, từ đó có thể tính toán và tìm ra công thức phân tử của hợp chất này.
- H 2 SO 4 đặc có tính chất gì? Khối lượng tăng của bình 1 là khối lượng của chất nào?
(Ở bài này khối lượng nước được tính theo khối tăng của bình 1 chứa
H2SO4 đặc vì H2SO4 đặc háo nước Từ đó tính được nH2O nH và mH )