Giáo án Bài 20. Alcohol

Huy động kiến thức về nhóm chức OH; nhận diện được alcohol và phân biệt với phenol; xác định được nhiệm vụ học tập của bài.

HS quan sát sáu công thức trên màn hình: $CH_3OH$, $C_2H_5OH$, $CH_2=CH{-}CH_2OH$, $C_6H_5OH$, $CH_3CH(OH)CH_3$, $HOCH_2CH(OH)CH_2OH$. Với mỗi chất, HS xác định OH gắn vào carbon no hay vòng thơm và ghi vào mục A của Phiếu học tập số 1. Sau đó, HS trả lời câu hỏi: 'Vì sao $C_6H_5OH$ không được gọi là alcohol?'

Mục A của Phiếu học tập số 1:

• Alcohol (OH gắn carbon no): $CH_3OH$, $C_2H_5OH$, $CH_2=CH{-}CH_2OH$, $CH_3CH(OH)CH_3$, $HOCH_2CH(OH)CH_2OH$.
• Không phải alcohol: $C_6H_5OH$ là phenol vì nhóm OH gắn trực tiếp vào vòng thơm.
  Nhiệm vụ bài học: tìm hiểu khái niệm, phân loại, danh pháp, tính chất, điều chế và ứng dụng của alcohol.

Phân loại được alcohol theo bậc và số nhóm OH; gọi đúng tên alcohol theo danh pháp thay thế; nêu được công thức chung của alcohol no, đơn chức, mạch hở.

Nhóm đôi: HS hoàn thành mục B và mục C của Phiếu học tập số 1.
Mục B: xác định bậc và số nhóm OH của $CH_3CH(OH)CH_2CH_3$, $CH_3CH(OH)CH_3$, $HOCH_2CH_2OH$, $HOCH_2CH(OH)CH_2OH$.
Mục C: gọi tên bốn chất trên theo quy tắc: chọn mạch chính chứa carbon mang OH, đánh số sao cho OH có chỉ số nhỏ nhất, dùng đuôi -ol.
Câu hỏi thảo luận: 'Bậc của alcohol được xác định dựa vào điều gì? Có phải dựa vào số nhóm OH không?' và 'Công thức chung của alcohol no, đơn chức, mạch hở là gì?'

Mục B:

• $CH_3CH(OH)CH_2CH_3$: bậc II, đơn chức.
• $CH_3CH(OH)CH_3$: bậc II, đơn chức.
• $HOCH_2CH_2OH$: hai nhóm OH đều bậc I, đa chức.
• $HOCH_2CH(OH)CH_2OH$: ba nhóm OH (bậc I và bậc II), là polyalcohol.
  Mục C:
• $CH_3CH(OH)CH_2CH_3$: butan-2-ol.
• $CH_3CH(OH)CH_3$: propan-2-ol.
• $HOCH_2CH_2OH$: ethane-1,2-diol.
• $HOCH_2CH(OH)CH_2OH$: propane-1,2,3-triol (glycerol).
  Kết luận: bậc alcohol là bậc của carbon mang nhóm OH, không phải số nhóm OH. Alcohol no, đơn chức, mạch hở có công thức chung $C_nH_{2n+2}O$.

Giải thích được nhiệt độ sôi cao và khả năng tan trong nước của alcohol dựa vào liên kết hydrogen; nhận biết ảnh hưởng của phần hydrocarbon đến độ tan.

HS quan sát mô phỏng 'Liên kết hydrogen O–H···O giữa hai phân tử' và mô hình hai phân tử ethanol trên NeoEdu. Sau đó, HS so sánh propane ($M=44$, sôi khoảng $-42\,^\circ C$ theo mô phỏng) với ethanol ($M=46$, sôi khoảng $78{,}3\,^\circ C$ theo mô phỏng) và điền mục D của Phiếu học tập số 1. Lưu ý: hai phân tử khối gần nhau nhưng không bằng nhau và hai chất không cùng công thức.
Câu hỏi thảo luận: 'Vì sao ethanol sôi cao hơn propane dù phân tử khối gần bằng nhau?' và 'Vì sao methanol, ethanol tan tốt trong nước còn alcohol có mạch carbon dài hơn tan kém hơn?'

Liên kết hydrogen: H của nhóm OH phân tử này hút O của phân tử khác (O–H···O). Lực này làm các phân tử alcohol liên kết với nhau bền hơn, cần nhiều năng lượng hơn để tách chúng, nên nhiệt độ sôi cao hơn hydrocarbon có phân tử khối gần nhau.
Tính tan: nhóm OH tạo liên kết hydrogen với nước nên alcohol nhỏ tan tốt; khi phần gốc hydrocarbon không phân cực tăng lên, độ tan giảm.
Lưu ý: nhiệt độ sôi nêu trên là số liệu minh hoạ của mô phỏng, không phải hằng số áp dụng cho mọi điều kiện.

Viết được phương trình và nêu điều kiện các phản ứng đặc trưng của alcohol; nhận biết polyalcohol có nhóm OH kề nhau bằng $Cu(OH)_2$; giải thích cơ sở hoá học của các phản ứng.

Làm việc theo nhóm 4 với Phiếu học tập số 2. HS quan sát mô phỏng 'Ống nghiệm ethanol khan với mẩu sodium' và 'Ống nghiệm $Cu(OH)_2$ với glycerol hoặc ethanol' trên NeoEdu, sau đó hoàn thành bảng phản ứng gồm: tác dụng với Na; tách nước ở khoảng 170 °C; tạo ether ở khoảng 140 °C; oxi hoá bằng CuO nóng; phản ứng với $Cu(OH)_2$.
Câu hỏi thảo luận: 'Vì sao H của nhóm OH có thể bị thay bằng kim loại Na?' và 'Vì sao glycerol hoà tan $Cu(OH)_2$ còn ethanol thì không?'.
An toàn: Na, hơi ethanol và H₂ dễ cháy; chỉ quan sát mô phỏng, không thực hiện trực tiếp.

Đáp án Phiếu học tập số 2:

• Na: $2C_2H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_2H_5ONa + H_2\uparrow$; H của nhóm OH bị thay thế; mô phỏng minh hoạ khí H₂ sủi bọt.
• $H_2SO_4$ đặc, khoảng 170 °C: $C_2H_5OH \rightarrow C_2H_4\uparrow + H_2O$ (tách nước tạo ethene).
• $H_2SO_4$ đặc, khoảng 140 °C: $2C_2H_5OH \rightarrow C_2H_5OC_2H_5 + H_2O$ (tạo diethyl ether); phải ghi rõ điều kiện vì cùng một alcohol có thể cho sản phẩm khác nhau.
• CuO nóng, alcohol bậc I: $C_2H_5OH + CuO \xrightarrow{t^\circ} CH_3CHO + Cu + H_2O$ (tạo ethanal).
• $Cu(OH)_2$ ở nhiệt độ thường: glycerol tạo dung dịch xanh lam đậm nhờ các nhóm OH kề nhau tạo phức với Cu(II); ethanol không có hiện tượng này.
  Kết luận: alcohol có tính chất của nhóm OH và gốc hydrocarbon, không phải base. Phép thử $Cu(OH)_2$ không đặc hiệu, chỉ dùng để nhận biết polyalcohol có nhóm OH kề nhau.

Nêu được hai cách điều chế ethanol chính; nêu được ứng dụng của ethanol, glycerol và tác hại của đồ uống có cồn, methanol.

HS đọc nhanh mục điều chế và ứng dụng trong sách giáo khoa, ghi ý chính theo hai cột: 'Điều chế' và 'Ứng dụng, tác hại'. Sau đó trả lời các câu hỏi: 'Ethanol được điều chế bằng những cách nào? Điều kiện của mỗi cách là gì?' và 'Kể tên hai ứng dụng của ethanol và một ứng dụng của glycerol.' Cuối cùng, HS nêu tác hại của methanol và đồ uống có cồn.

Điều chế:

• Lên men glucose với enzyme và điều kiện thích hợp: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2$.
• Hydrat hoá ethene (công nghiệp): cần xúc tác và điều kiện thích hợp.
  Ứng dụng: ethanol làm nhiên liệu (xăng E5), dung môi, sát khuẩn; glycerol dùng trong mỹ phẩm và sản xuất nitroglycerin.
  Tác hại: đồ uống có cồn gây hại cho gan, thần kinh và có thể dẫn đến tai nạn giao thông; methanol rất độc, có thể gây mù và tử vong, không thể phân biệt an toàn bằng mùi hay vị.

Vận dụng được khái niệm bậc alcohol, liên kết hydrogen, tính chất hoá học và cách tính số mol H₂ trong các bài tập trắc nghiệm và đúng/sai.

HS làm nhanh các bài tập sau trên bảng con hoặc vở, sau đó đối chiếu đáp án với bạn cùng bàn:

1. Chất nào là alcohol bậc hai? A. $CH_3OH$; B. $CH_3CH_2OH$; C. $CH_3CH(OH)CH_3$; D. $(CH_3)_3COH$.
2. Đặc điểm nào giải thích ethanol sôi cao hơn dimethyl ether? A. Có liên kết hydrogen giữa các phân tử; B. Có cùng công thức phân tử nên phải cùng nhiệt độ sôi; C. Ethanol không có oxygen; D. Có liên kết ion Na–O.
3. Xét các phát biểu về alcohol, chọn Đúng (Đ) hoặc Sai (S): a) Số nhóm OH quyết định bậc alcohol. b) Ethanol với Na giải phóng H₂. c) Glycerol có các OH kề nhau tạo phức xanh với $Cu(OH)_2$. d) Có thể phân biệt methanol an toàn bằng cách ngửi.
4. Ghép alcohol với sản phẩm oxi hoá bởi CuO nóng: ethanol, propan-2-ol, methanol với ethanal, propanone, methanal (tương ứng từng cặp).
5. 0,10 mol ethanol phản ứng hoàn toàn với Na dư. Tính số mol H₂.

Đáp án:

1. C. $CH_3CH(OH)CH_3$ (carbon mang OH gắn hai carbon khác nên bậc II).
2. A. OH của ethanol tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử; ether không có H gắn O nên không tạo mạng tương tự.
3. a) S (bậc dựa vào carbon mang OH); b) Đ (H của OH bị thay, giải phóng H₂); c) Đ (các OH kề nhau tạo phức xanh); d) S (methanol rất độc, không thử bằng giác quan).
4. Ethanol – ethanal; propan-2-ol – propanone; methanol – methanal.
5. $n_{H_2}=\frac{0{,}10}{2}=0{,}050$ mol (hai nhóm OH của hai phân tử alcohol đơn chức cho một phân tử H₂).

Vận dụng hiệu suất phản ứng và công thức độ cồn để tính toán trong bối cảnh sản xuất ethanol và đồ uống có cồn; đưa ra thông điệp ứng xử an toàn.

Bài toán 1: Lên men 180 g glucose (M = 180) với hiệu suất 80% theo $C_6H_{12}O_6$ theo phương trình $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2$. Tính khối lượng ethanol thu được (M = 46).
Bài toán 2: Pha 200 mL dung dịch ethanol 40% (theo thể tích). Tính thể tích ethanol nguyên chất theo định nghĩa độ cồn.
Thảo luận nhóm đôi: 'Trên nhãn đồ uống có cồn, con số 40% có nghĩa là gì? Vì sao cần tránh uống rượu bia khi lái xe?' Lưu ý: không dùng sản phẩm thí nghiệm làm đồ uống.

Bài toán 1: $n_{C_6H_{12}O_6}=\frac{180}{180}=1$ mol; theo lí thuyết $n_{C_2H_5OH}=2$ mol, khối lượng $2\times 46=92$ g; thực tế $92\times 0{,}80=73{,}6$ g ethanol.
Bài toán 2: $V_{C_2H_5OH}=\frac{200\times 40}{100}=80$ mL ethanol nguyên chất (không suy ra lượng nước bằng 120 mL vì thể tích không cộng tuyệt đối khi pha).
Thông điệp: độ cồn là số mL ethanol nguyên chất trong 100 mL dung dịch; không uống đồ uống có cồn khi lái xe; không dùng methanol hay sản phẩm pha chế không rõ nguồn gốc.