SKKN Phương pháp giải bài tập lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh trung học cơ sở

Nội dung text: SKKN Phương pháp giải bài tập lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ dành cho học sinh trung học cơ sở

1. PHÒNG GD-ĐT THĂNG BÌNH TRƯỜNG THCS LÝ THƯỜNG KIỆT Đề tài: PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ Người thực hiện : Vương Thị Hồng Phượng Chức vụ : Giáo viên Tổ : Hoá - Sinh - Nhạc Năm học : 2009-2010 Tháng 01 năm 2010
2. 1 I. ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong thời đại khoa học thông tin ngày nay đòi hỏi con người phải có một trình độ khoa học nhất định. Vì vậy mục tiêu của giáo dục đào tạo là bồi dưỡng con người trở thành lao động có tư duy sáng tạo và xử lí thông tin một cách nhanh chóng, chính xác và khoa học. Để đạt được điều đó hơn bao giờ hết chúng ta cần phải chú ý nâng cao chất lượng học tập của học sinh ở trường phổ thông. Môn Hoá Học ở trường phổ thông có một vị trí và ý nghĩa rất quan trọng đối với việc giáo dục thế hệ trẻ. Bước đầu hình thành cho học sinh những khái niệm về hoá học và sự biến đổi về tính chất của các chất. Giúp cho học sinh hiểu được hoá học có ý nghĩa rất quan trọng trong đời sống xã hội, từ đó có cái nhìn và thái độ đúng đắn đối với môn học. Với xu hướng phát triển của giáo dục hiện nay đối với nhiều bộ môn nói chung và bộ môn hoá học nói riêng là tăng cường việc kiểm tra trắc nghiệm trong việc đánh giá kết quả học sinh. Vì vậy việc định dạng bài tập để chọn ra cách giải nhanh các bài tập để chọn ra cách giải nhanh các bài tập hoá học là hết sức cần thiết. Với đặc điểm của học sinh lớp 9, mới bắt đầu tiếp xúc với phân môn Hoá học hữu cơ nên việc định dạng bài tập để tìm ra hướng giải đúng và nhanh là hết sức khó khăn đối với học sinh. Trước thực tế đó qua kinh nghiệm của nhiều năm giảng dạy tôi đã đúc kết và rút ra kinh nghiệm và viết nên đề tài “Các phương pháp lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dành cho học sinh THCS”. II. CƠ SỞ LÝ LUẬN: Theo nghị quyết hội nghị lần thứ IV Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam (khoá VII, 1993) đã chỉ rõ: Mục tiêu giáo dục - đào tạo phải hướng vào đào tạo những con người lao động, tự chủ, sáng tạo, có năng lực giải quyết những vấn đề thường gặp, qua đó mà góp phần tích cực thực hiện mục tiêu lớn của đất nước là dân giàu, nước mạnh, xã hội công bằng, dân chủ, văn minh. Về phương pháp giáo dục, phải khuyến khích tự học, phải áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề. Nghị quyết hội nghị lần thứ II Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam (khoá VIII, 1997) tiếp tục khẳng định: “Phải đổi mới phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, bảo đảm điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, nhất là sinh viên đại học”.
3. 2 Các quan điểm trên đây đã được pháp chế hoá trong luật giáo dục (2005). Điều 28.2 viết: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hứng thú học tập cho học sinh”. III. CƠ SỞ THỰC TIỄN: Bài tập Hoá học hữu cơ là một bài tập khó đặc biệt là bài tập lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ cho học sinh trung học cơ sở. Thế nhưng, trong nội dung của chương trình học không có một tiết học riêng giới thiệu về cách lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ. Do đó việc nhận dạng, định hướng và tìm ra phương pháp giải là một vấn đề hết sức khó khăn đối với học sinh nhất là học sinh có sức học trung bình, yếu, kém. Xuất phát từ thực tế đó qua kinh nghiệm giảng dạy tôi đã rút ra những kinh nghiệm và viết nên đề tài với mong muốn giải quyết được những khó khăn đối với học sinh, kích thích học sinh có lòng yêu thích môn học hơn nữa. Tuỳ vào điều kiện thời gian và mức độ nhận thức của học sinh giáo viên có thể chọn những nội dung phù hợp nhất để truyền đạt đến học sinh. Đề tài này có thể được vận dụng trong các tiết luyện tập, tiết học tự chọn hay bồi dưỡng học sinh giỏi. IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: Thông qua kinh nghiệm của quá trình giảng dạy và nghiên cứu tài liệu tôi có thể chia các bài tập lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ thành ba dạng lớn. Dạng 1: Lập công thức phân tử theo phương pháp khối lượng. Dạng 2: Lập công thức phân tử theo phương pháp thể tích. Dạng 3: Lập công thức phân tử theo phương pháp biện luận. Tuỳ vào từng đối tượng học sinh giáo viên có thể lựa chọn từng trường hợp cụ thể giảng dạy cho phù hợp. A. Dạng 1: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ theo phương pháp khối lượng. Đây là dạng toán cơ bản nhất mà yêu cầu tất cả các đối tượng học sinh phải nắm bắt được. Giáo viên có thể cung cấp nội dung của phương pháp này trong tiết luyện tập, nếu trường nào có điều kiện giáo viên có thể truyền đạt đến học sinh trong tiết học tự chọn hay tiết phụ đạo thì hiệu quả sẽ cao hơn. Nội dung của phương pháp này có thể được tóm tắt như sau:
4. 3 1. Giả thiết bài toán: Đốt cháy a (gam) hợp chất hữu cơ A thu được m , m và m (nếu có). CO2 H 2O N2 Để cho giả thiết tính M khối lượng mol của A (m A) yêu cầu lập công thức phân tử của A. 2. Các bước lập công thức phân tử: Với giả thiết trên ta lập công thức phân tử A theo các bước sau: Bước 1: Định lượng các nguyên tố trong A. - Tìm cacbon: Dựa vào CO2 12m 3m CO2 CO2 mC = = hoặc mC = n .12 44 11 CO2 - Tìm hidro: Dựa vào H2O. 2m m H 2O H 2O mH = = hoặc mH = 2. n 18 9 H 2O - Tìm nitơ: Dựa vào N2. m = m hoặc m = n .28 N N2 N N2 - Tìm oxi: Dùng phương pháp loại suy. Mo = a - (mC + mH = mN) Bước 2: Tính khối lượng phân tử gần đúng của hợp chất hữu cơ. - Dựa vào tỉ khối hơi. M A dA/B = -> mA = dA/B. MB M B Nếu B là không khí thì MB = 29. - Dựa vào số mol và khối lượng mA MA = nA - Dựa vào khối lượng riêng của chất khí M A Do = -> MA = Do.22,4 22,4 Bước 3: Lập công thức phân tử của A. Đối với bước này tôi chia thành ba cách, tuỳ thuộc vào điều kiện của bài toán cho mà học sinh có thể chọn cho mình cách giải nhanh và dễ dàng nhất.
5. 4 Cách 1: Dựa vào thành phần khối lượng của các nguyên tố trong phân tử hợp chất hữu cơ. Đối với cách này thường phổ biến đối với bài toán cơ bản cho trước MA. Ta có công thức tổng quát CxHyOzNt 12x y 16z 14t M = = = = A mc mH mo mN mA Hoặc nếu bài toán cho phần trăm khối lượng của các %C chất thì giáo viên hướng dẫn cho học sinh sử dụng công thức: 12x y 16z 14t M = = = = A %C %H %O %N 100 Thay các giá trị đã biết vào công tác thức trên suy ra các giá trị x, y, z, t, sau đó thay vào công thức tổng quát ta được công thức phân tử cần lập. Cách 2: Lập công thức phân tử qua công thức thực nghiệm. Đối với cách này thường dùng để giải các bài toán mà yêu cầu lập công thức nguyên hay bài toán cho thiếu giả thiết để tính MA. Trước tiên ta lập tỷ lệ số nguyên tử giữa các nguyên tố m m m m C : H : O : N = c : H : O : N 12 1 16 14 Hoặc C : H : O : N = %C : %H : %O : %N 12 1 16 14 = a : b : c : d (là tỉ lệ số nguyên, tối giản) Suy ra công thức thực nghiệm (CaHbOcNd)n Trong đó n ≥ 1 (là số nguyên): gọi là hệ số thực nghiệm. Dựa vào MA hoặc giả thiết của đề cho suy ra n, thay vào công thức thực nghiệm suy ra công thức phân tử cần lập. Cách 3: Dựa vào phương trình cháy. Giáo viên hướng dẫn cho học sinh phương trình cháy tổng quát nhất và cách điền số vào phương trình. y z to y t CxHyOZNt + (x + - )O2  xCO2 + H2O + N2 4 2 2 2 MA 44x 9y 14t a m m m CO2 H 2O N2
6. 5 -> x, y, t Sau đó dựa vào MA = 12x + y + 16z + 14t -> Z * Lưu ý: Đối với cách thứ 3 này ta không cần tính bước 1 định lượng các nguyên tố trong A. Bài tập vận dụng. 1. Đốt chát hoàn toàn 7,4g hợp chất hữu cơ A. Sau khi phản ứng kết thúc thu được 13,2 (g) CO2 và 5,4 (g) H2O. Lập công thức phân tử của A biết tỉ khối hơi của A so với khí hidro là 37. Vì đây là bài tập đầu tiên giúp cho học sinh làm quen với bài tập lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ cho nên người giáo viên cần chọn bài tập cơ bản nhất và lần lượt hướng dẫn cho học sinh các bước giải thật cụ thể để bước đầu giúp cho học sinh cảm nhận rằng việc giải một bài tập hoá hữu cơ cũng không quá khó đối với học sinh. Bước 1: Định lượng các nguyên tố trong A. 3m CO2 3.13,2 mC = = = 3,6 (g) 11 11 m H 2O 5,4 mH = = = 0,6 (g) 9 9 mO = mA – (mC + mH) = 7,4 – (3,6 + 0,6) = 3,2 (g) Vậy A có chứa 3 nguyên tố C, H và O. Bước 2: Tính M = d . m = 37.2 = 74 (g) A A / H 2 H 2 Bước 3: Lập công thức phân tử của A. Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh lập theo cả 3 cách: Cách 1: Đặt công thức tổng quát CxHyOz 12x y 16z M 74 = = = A = = 10 mC mH mO mA 7,4 10m 10.3,6 -> x = C = = 3 12 12 y = 10.mH = 10.0,6 = 6 10m 10.3,2 z = O = = 2 16 16
7. 6 Vậy công thức phân tử A là C3H6O2 Cách 2: m m m 3,6 0,6 3,2 C : H : O = c : H : O = : : 12 1 16 12 1 16 = 0,3 : 0,6 : 0,2 = 3 : 6 = 2 -> Công thức thực nghiệm (C3H6O2)n MA = (3.12 + 6.1 + 2.16)n = 74n = 74 -> n = 1 -> Công thức phân tử của A là C3H6O2 Cách 3: y Z to y CxHyOz + (x + - )O2  xCO2 + H2O 4 2 2 74 44x 9y 7,4 13,2 5,4 -> 74 = 44x = 9y 7,4 13,2 5,4 -> x = 3; y = 6 MA = 12.3 + 6.1 + 16.z = 74 -> Z = 2 Vậy công thức phân tử C3H6O2. Các bài tập tương tự. Giáo viên có thể yêu cầu học sinh giải các bài tập số 5/112, 4/133, 4/144 sách giáo khoa Hoá 9. Đốt chát hoàn toàn 0,72g hợp chất hữu cơ A thu được 1,12l CO 2 (đktc) và 1,08g H2O. Lập công thức phân tử của A biết tỉ khối của A đối với khí oxi là 2,25. 3. Các trường hợp biến dạng: Để giải một bài tập theo phương pháp khối lượng không phải bao giờ cũng chỉ dừng lại ở dạng cơ bản mà nó còn đi sâu vào các trường hợp biến dạng đòi hỏi học sinh phải có tư duy để giải. Đối với những trường hợp này không yêu cầu đối với các học sinh có mức độ trung bình, yếu, kém mà các truờng hợp này chủ yếu giành cho học sinh khá, giỏi. Giáo viên có thể đưa vào chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi hoặc có thể hướng dẫn mở rộng thêm cho học sinh trong các
8. 7 giờ luyện tập nếu có thời gian. Với phạm vi đề tài nghiên cứu này tôi xin đưa ra các trường hợp biến dạng như sau: 1. Trường hợp 1: Đề toán không cho biết khối lượng của hợp chất hữu cơ ban đầu mà cho biết lượng O2 cần dùng để đốt cháy hợp chất hữu cơ. Đối với dạng bài tập này ta sẽ giải quyết như sau: to Dựa vào phương trình: A + O2  CO2 + H2O + N2 Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m + m = m + m + m A O2 CO2 H 2O N2 -> m = m + m + m - m A CO2 H 2O N2 O2 Hoặc có thể dựa vào định luật bảo toàn khối lượng cho nguyên tố ôxi. mO(A) + mO cháy = mO( + mO( CO2 ) H 2O) -> mO(A) = mO( + mO( - mO cháy. CO2 ) H 2O) Muốn tính được khối lượng oxi trong CO 2 và H2O ta phải phân tích quá trình cháy. C + O2 CO2 4H + O2 H2O Dựa vào CO2 và H2O ta tính được oxi trong CO2 và trong H2O => mA = mC + mH + mN + mO Sau đó đưa bài toán về dạng cơ bản để giải. Bài tập vận dụng: Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ A cần dùng 6,72 lít O 2 (đktc). Sau khi phản ứng kết thúc thu được 13,2g CO 2 và 5,4g H2O. Xác định công thức phân tử của A biết dA/He = 15. Giáo viên hướng dẫn học sinh các bước xử lý giả thiết đề cho: VO 6,72 n = 2 = = 0,3 (mol) O2 22,4 22,4 m = n . M = 0,3.32 = 9,6 (g) O2 O2 O2 Dựa vào dịnh luật bảo toàn khối lượng ta có: M = m + m - m = 13,2 + 5,4 – 9,6 = 9 (g) A CO2 H 2O O2