Giáo án Bài 14. Ôn tập chương 3

Huy động kiến thức nền về hợp chất hữu cơ, hydrocarbon và dẫn xuất; xác định nhiệm vụ ôn tập chương 3 cho cả lớp.

GV đưa lên màn hình 6 chất: $\mathrm{CH_3Cl}$, $\mathrm{CH_4}$, $\mathrm{CH_3OH}$, $\mathrm{HCOOH}$, $\mathrm{C_6H_6}$, $\mathrm{CO_2}$. HS làm việc cá nhân trong 2 phút, ghi vào vở chất nào là hydrocarbon, chất nào là dẫn xuất hydrocarbon, chất nào thuộc vô cơ theo quy ước. Sau đó đối chiếu với bạn cùng bàn.
Câu hỏi GV đặt ra: (1) Tiêu chí nào để phân biệt hydrocarbon với dẫn xuất? (2) Vì sao $\mathrm{CO_2}$ không được coi là hợp chất hữu cơ dù có chứa carbon?

Kết quả phân loại: $\mathrm{CH_4}$ và $\mathrm{C_6H_6}$ là hydrocarbon (chỉ có C và H); $\mathrm{CH_3Cl}$, $\mathrm{CH_3OH}$, $\mathrm{HCOOH}$ là dẫn xuất hydrocarbon (có thêm Cl hoặc O); $\mathrm{CO_2}$ thuộc nhóm chất vô cơ theo quy ước. Kết luận HS rút ra: hydrocarbon chỉ gồm C và H; dẫn xuất có thêm nguyên tố khác; một số hợp chất chứa carbon như CO, CO₂, carbonate, carbide, cyanide theo quy ước thuộc vô cơ.

Hệ thống hoá kiến thức về phân loại hợp chất hữu cơ, thuyết cấu tạo hoá học, nhóm chức, đồng đẳng và đồng phân.

HS chia 4 nhóm theo kĩ thuật mảnh ghép (A. Phân loại hợp chất hữu cơ; B. Thuyết cấu tạo hoá học; C. Nhóm chức CHO, COOH, OH; D. Đồng đẳng và đồng phân). Mỗi nhóm hoàn thành mảnh của mình bằng sơ đồ tư duy trên giấy A0 theo Phiếu học tập số 1, sau đó ghép thành sơ đồ chung của lớp.
Câu hỏi nhiệm vụ: (1) Carbon hoá trị IV có thể liên kết với nhau thành những dạng mạch nào? (2) $\mathrm{C_2H_6O}$ có những công thức cấu tạo nào? Vì sao chỉ biết công thức phân tử chưa đủ để xác định cấu tạo? (3) Hai chất đồng đẳng hơn kém nhau bao nhiêu nhóm $\mathrm{CH_2}$? (4) Hai chất đồng phân giống và khác nhau ở điểm nào?

Sơ đồ tư duy chung của lớp gồm: (1) Hợp chất hữu cơ: hợp chất của carbon, trừ các nhóm quy ước thuộc vô cơ; hydrocarbon (chỉ C, H) và dẫn xuất (có thêm nguyên tố khác). (2) Thuyết cấu tạo hoá học: các nguyên tử liên kết theo trật tự xác định phù hợp hoá trị; carbon liên kết thành mạch thẳng, mạch nhánh hoặc vòng; tính chất phụ thuộc cả thành phần và cấu tạo. $\mathrm{C_2H_6O}$ có hai công thức cấu tạo: $\mathrm{CH_3CH_2OH}$ (alcohol) và $\mathrm{CH_3OCH_3}$ (ether), nên công thức phân tử chưa đủ xác định cấu tạo. (3) Nhóm chức: –CHO (aldehyde), –COOH (carboxylic acid), –OH gắn carbon no (alcohol). (4) Đồng đẳng: hơn kém nhau một hay nhiều nhóm $\mathrm{CH_2}$; đồng phân: cùng công thức phân tử, khác công thức cấu tạo.

Hệ thống hoá các phương pháp chưng cất, chiết, kết tinh và lọc; nêu được nguyên tắc, điều kiện áp dụng và giới hạn của mỗi phương pháp.

Lớp chia 4 nhóm, mỗi nhóm nhận một khăn trải bàn có 4 ô: Chưng cất; Chiết; Kết tinh; Lọc và tách lớp. Trong 5 phút, nhóm ghi vào mỗi ô: nguyên tắc, khi nào áp dụng, lưu ý khi thực hiện. Chỉ ghi nguyên tắc và lưu ý, không mô tả thí nghiệm có hoá chất độc hại.
Câu hỏi GV đặt ra: (1) Vì sao chưng cất đơn không thu được ethanol tuyệt đối từ hỗn hợp ethanol – nước? (2) Khi chiết, vì sao phải xét khối lượng riêng để xác định lớp nào là dung môi chiết? (3) Vì sao kết tinh cần làm nguội chậm và rửa tinh thể bằng ít dung môi lạnh?

Khăn trải bàn hoàn chỉnh: Chưng cất: dựa vào khác biệt nhiệt độ sôi, phù hợp chất lỏng bền nhiệt; hơi giàu cấu tử dễ bay hơi được ngưng tụ; không dùng chưng cất đơn để thu ethanol tuyệt đối từ ethanol – nước. Chiết: dựa vào sự phân bố khác nhau giữa hai dung môi không trộn lẫn; tách lớp theo khối lượng riêng thực tế, không luôn lấy lớp trên. Kết tinh: dựa vào độ tan thay đổi theo nhiệt độ; lọc nóng bỏ tạp không tan; làm nguội chậm để tinh thể tách; lọc và rửa bằng ít dung môi lạnh. Lọc và tách lớp: tách pha rắn không tan khỏi dung dịch, ví dụ cát khỏi dung dịch đường.

Hệ thống hoá các bước xác định công thức đơn giản nhất và công thức phân tử từ thành phần phần trăm và khối lượng mol phân tử.

GV trình bày ví dụ mẫu: hợp chất có 80% C, 20% H, $M = 30$ (C = 12, H = 1). HS làm theo nhóm đôi và ghi lại từng bước của quy trình: (1) tính tỉ lệ số mol các nguyên tố; (2) chia cho số nhỏ nhất và quy về số nguyên, không làm tròn sớm; (3) tính khối lượng công thức đơn giản nhất; (4) tìm hệ số $k = M/M_{\text{CTĐGN}}$; (5) viết công thức phân tử và kiểm tra lại phần trăm.
Câu hỏi GV đặt ra: (1) Vì sao không được làm tròn 1,5 thành 2 khi lập tỉ lệ? (2) Khi hợp chất chỉ có C, H, O thì %O tính thế nào? Khi có thêm nguyên tố khác thì có dùng được phép trừ này không?

Quy trình gồm 5 bước: tỉ lệ $n_C : n_H = 80/12 : 20/1 = 1:3$, công thức đơn giản nhất $\mathrm{CH_3}$ có khối lượng 15; hệ số $k = 30/15 = 2$; công thức phân tử $\mathrm{C_2H_6}$; kiểm tra %C = 24/30 = 80%. Lưu ý: nếu tỉ lệ là 1,5 thì phải nhân toàn bộ tỉ lệ lên (×2), không làm tròn; với hợp chất chỉ có C, H, O thì %O = 100 − %C − %H; nếu có nguyên tố khác thì không dùng phép trừ cho oxygen.

Vận dụng kiến thức về phân loại, nhóm chức, cấu tạo và đồng phân để trả lời các câu hỏi trắc nghiệm và đúng/sai.

Lớp chia 4 nhóm, luân chuyển qua 3 trạm trong 12 phút (mỗi trạm 4 phút), làm Phiếu học tập số 2 (phần A) gồm 6 câu:
(1) Chất nào chỉ gồm C, H? A. $\mathrm{CH_3Cl}$; B. $\mathrm{CH_4}$; C. $\mathrm{CH_3OH}$; D. $\mathrm{HCOOH}$.
(2) Tách tinh dầu ít tan trong nước vào dung môi hữu cơ không trộn nước là phương pháp nào? A. Chiết; B. Trùng hợp; C. Trung hoà; D. Điện phân.
(3) Ghép nhóm chức với loại hợp chất: CHO; COOH; OH gắn carbon no.
(4) Phát biểu nào đúng? a) $\mathrm{C_2H_6O}$ có thể là alcohol hoặc ether; b) Peak có cường độ lớn nhất luôn cho M; c) Công thức đơn giản nhất cho tỉ lệ tối giản; d) Hai cách quay cùng một mạch là hai đồng phân.
(5) Từ công thức phân tử $\mathrm{C_3H_6O}$, kết luận nào chắc chắn đúng? A. Mỗi phân tử có 3 nguyên tử C; B. Có nguyên tố O; C. Chắc chắn là ketone; D. Chắc chắn có nhóm OH.
(6) Trong hai chất ethanol và acetone, dữ liệu IR giả định có C=O mạnh và không có O–H thì chất nào phù hợp hơn? A. Ethanol; B. Acetone; C. Cả hai ngang nhau; D. Không chất nào có O.

Đáp án: (1) B, $\mathrm{CH_4}$ là hydrocarbon, ba chất còn lại là dẫn xuất. (2) A, chiết dựa vào sự phân bố giữa hai pha không trộn lẫn. (3) CHO – aldehyde; COOH – carboxylic acid; OH gắn carbon no – alcohol. (4) a) Đúng; b) Sai, peak có cường độ lớn nhất không luôn là ion phân tử, cần nhận diện ion phân tử; c) Đúng; d) Sai, quay hình không làm đổi cách liên kết nên không tạo đồng phân mới. (5) A và B đúng; C và D chưa chắc chắn vì công thức phân tử không xác định duy nhất nhóm chức. (6) B, acetone có C=O và không có O–H; ethanol ngược lại.

Vận dụng quy trình lập công thức, tính khối lượng nguyên tố, tính lượng tinh thể kết tinh và quy luật đồng đẳng để giải bài tập định lượng.

HS làm việc theo cặp với Phiếu học tập số 2 (phần B) gồm 4 bài:
(1) Công thức đơn giản nhất là $\mathrm{CH_2}$, $M = 56$. Một phân tử có bao nhiêu nguyên tử C?
(2) Đốt mẫu thu được 0,40 mol $\mathrm{CO_2}$. Tính khối lượng C trong mẫu (C = 12).
(3) Chất X tan 70 g trong 100 g nước nóng và 25 g trong 100 g nước lạnh. Làm nguội dung dịch chứa 60 g X trong 100 g nước (bỏ qua bay hơi), thu được tối đa bao nhiêu gam tinh thể?
(4) Hai chất đồng đẳng hơn kém nhau 2 nhóm $\mathrm{CH_2}$, phân tử khối chênh nhau bao nhiêu (C = 12, H = 1)?
GV dùng câu hỏi định hướng: “Đề cho dữ kiện gì, cần đổi sang đại lượng nào?”.

Đáp án: (1) 4 nguyên tử C: $M_{\text{CTĐGN}} = 14$, $k = 56/14 = 4$, công thức $\mathrm{C_4H_8}$. (2) $n_C = 0{,}40$ mol, $m_C = 0{,}40 \times 12 = 4{,}80$ g. (3) 35 g tinh thể: dung dịch còn lại 25 g X ở nhiệt độ thấp, lượng kết tinh = 60 − 25 = 35 g. (4) 28: $2 \times (12 + 2) = 28$. Kết luận HS rút ra: đổi dữ kiện về mol trước khi tính; khi kết tinh, lượng tách ra bằng lượng ban đầu trừ lượng còn tan ở nhiệt độ sau.

Vận dụng các phương pháp tách, tinh chế đã học để đề xuất và trình bày phương án tách cát khỏi dung dịch đường; nêu được giới hạn và lưu ý an toàn.

Tình huống: hỗn hợp gồm cát và đường tan trong nước. Mỗi nhóm viết báo cáo ngắn (khoảng 6 dòng) về cách tách cát khỏi dung dịch đường rồi thu đường rắn, nêu rõ giới hạn của phương án. Gợi ý: (1) chọn phương pháp tách pha rắn không tan khỏi dung dịch; (2) chọn cách thu đường rắn từ dung dịch và lưu ý không đun cạn mạnh; (3) nêu giới hạn: một phần đường còn ở dung dịch mẹ, màu trắng không chứng minh tinh khiết tuyệt đối, sản phẩm không dùng để ăn.
Nhiệm vụ về nhà: mỗi HS viết báo cáo cá nhân tương tự và đề xuất phương án cho một hỗn hợp trong gia đình, không sử dụng hoá chất độc hại.

Báo cáo mẫu: Lọc để giữ cát không tan, thu dung dịch đường. Cô đặc nhẹ theo quy trình giáo viên hướng dẫn, làm nguội để kết tinh, lọc tinh thể và làm khô. Không đun cạn mạnh vì có thể gây phân huỷ. Giới hạn: một phần đường còn trong dung dịch mẹ; màu trắng không chứng minh tinh khiết tuyệt đối; sản phẩm không dùng để ăn. Kết luận HS rút ra: mỗi phương pháp chỉ phù hợp với một điều kiện nhất định, cần nêu rõ giới hạn của phương án.