Giáo án Bài 3. Ôn tập chương 1

Huy động kiến thức nền về xà phòng, nước cứng và ester; xác định nhiệm vụ ôn tập chương 1.

GV chiếu hình ảnh (hoặc mô tả) hai bát nước: một bát nước mềm hoà tan xà phòng tạo bọt tốt, một bát nước cứng có váng và cặn. HS trả lời hai câu hỏi: (1) Vì sao nước cứng làm xà phòng kém hiệu quả? (2) Xà phòng là muối của acid nào, phân tử có đầu nào ưa nước? Sau đó GV ghi lên bảng ba nội dung ôn tập: cấu tạo và tính chất ester; chất béo, xà phòng và chất giặt rửa; tính toán theo phương trình hoá học.

HS nêu được: nước cứng chứa $Ca^{2+}$ và $Mg^{2+}$ kết hợp với gốc $RCOO^-$ của xà phòng tạo muối khó tan, làm giảm lượng chất hoạt động bề mặt. Xà phòng là muối sodium hoặc potassium của acid béo, ví dụ $C_{17}H_{35}COONa$; phân tử có đầu ion ưa nước và đuôi hydrocarbon kị nước. Ba nội dung ôn tập được ghi trên bảng.

Hệ thống hoá cấu tạo nhóm chức ester, cách gọi tên, tính chất vật lí và phản ứng thuỷ phân trong môi trường acid và kiềm.

Kĩ thuật khăn trải bàn, mỗi nhóm 4 HS. Khăn chia 4 ô quanh ô trung tâm ghi chữ Ester: (1) cấu tạo và cách gọi tên; (2) công thức chung; (3) tính chất vật lí; (4) thuỷ phân trong acid và kiềm. HS làm việc cá nhân 5 phút rồi thống nhất nội dung ô trung tâm. Câu hỏi GV đặt ra: (a) Viết công thức chung của ester; gọi tên $CH_3COOC_2H_5$ và $HCOOCH_3$. (b) Công thức $C_nH_{2n}O_2$ có phải luôn là ester không? Vì sao? (c) Vì sao ester có nhiệt độ sôi thấp hơn acid có phân tử khối gần nhau? (d) Viết phương trình thuỷ phân $CH_3COOC_2H_5$ trong môi trường kiềm; nêu đặc điểm thuỷ phân trong môi trường acid. Thực hiện theo phần A của Phiếu học tập số 1.

Sơ đồ khăn trải bàn gồm: nhóm chức ester $RCOOR'$ với $R'$ là gốc hydrocarbon, $HCOOR'$ khi $R = H$; gọi tên theo gốc alcohol rồi gốc acid: $CH_3COOC_2H_5$ là ethyl acetate, $HCOOCH_3$ là methyl formate; ester no, đơn chức, mạch hở có công thức chung $C_nH_{2n}O_2$ (n≥2). Lưu ý: cùng công thức $C_nH_{2n}O_2$ còn có thể là acid no, đơn chức, nên phải dựa vào nhóm chức để xác định. Tính chất: ester không có nhóm OH tự do nên không tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử, nhiệt độ sôi thường thấp hơn acid hoặc alcohol có phân tử khối gần nhau. Thuỷ phân: trong môi trường acid là phản ứng thuận nghịch tạo acid và alcohol; trong môi trường kiềm tạo muối carboxylate và alcohol: $CH_3COOC_2H_5 + NaOH \rightarrow CH_3COONa + C_2H_5OH$.

Nêu được thành phần chất béo, phản ứng xà phòng hoá, cấu tạo chất hoạt động bề mặt và nguyên nhân nước cứng làm giảm hiệu quả giặt rửa.

Kĩ thuật trạm trong nhóm 4 HS, chia thành hai cặp. Cặp A nhận nhiệm vụ 1, cặp B nhận nhiệm vụ 2 (ghi trong Phiếu học tập số 1, phần B). Nhiệm vụ 1 (cặp A): (a) Viết phương trình xà phòng hoá tristearin $(C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5$ với NaOH; cho biết số mol NaOH cần cho 1 mol chất béo. (b) Lipid có phải đều là triglyceride không? Nhiệm vụ 2 (cặp B): (a) Mô tả đầu ưa nước và đuôi kị nước của chất hoạt động bề mặt; giải thích vai trò của micelle khi khuấy. (b) Viết phương trình $2RCOO^- + Ca^{2+} \rightarrow (RCOO)_2Ca$ và giải thích vì sao hiệu quả giặt rửa giảm trong nước cứng.

Cặp A: chất béo là triglyceride, tức là ester của glycerol với acid béo; xà phòng hoá 1 mol triglyceride cần 3 mol NaOH, tạo 1 mol glycerol $C_3H_5(OH)_3$ và 3 mol muối của acid béo. Lipid là nhóm rộng hơn chất béo, không phải mọi lipid đều là triglyceride. Cặp B: đầu ion phân cực ưa nước hướng ra nước, đuôi hydrocarbon kị nước tương tác với dầu mỡ; khi khuấy, các micelle phân tán dầu vào nước để cuốn đi. Trong nước cứng, $Ca^{2+}$ và $Mg^{2+}$ kết hợp với $RCOO^-$ tạo muối khó tan, làm giảm lượng chất hoạt động bề mặt. Không coi đó là dầu biến thành nước hay phản ứng trung hoà mọi vết bẩn; hiệu quả còn phụ thuộc nhiệt độ và loại vết bẩn.

Chọn đúng tỉ lệ mol theo loại ester, triglyceride và ion kim loại để tính khối lượng và số mol.

GV trình bày ba quy tắc và ví dụ mẫu. Quy tắc 1: ester no, đơn chức, mạch hở cần 1 mol NaOH cho 1 mol ester. Quy tắc 2: triglyceride có 3 nhóm ester nên cần 3 mol NaOH. Quy tắc 3: mỗi $Ca^{2+}$ kết hợp với 2 mol $RCOO^-$. Ví dụ mẫu: 13,2 g ethyl acetate (M = 88 g/mol) thuỷ phân kiềm hoàn toàn. HS đối chiếu với ví dụ và làm câu hỏi: Vì sao không lấy khối lượng ester làm số mol NaOH?

Ví dụ: $n_{ester} = 13{,}2/88 = 0{,}15$ mol; $n_{NaOH} = n_{ethanol} = 0{,}15$ mol; $m_{NaOH} = 6{,}00$ g; $m_{C_2H_5OH} = 6{,}90$ g. Phương trình: $CH_3COOC_2H_5 + NaOH \rightarrow CH_3COONa + C_2H_5OH$. Kết luận: phải chọn đúng đơn vị phản ứng (ester, triglyceride, ion kim loại) trước khi tính; không lấy khối lượng ester bằng khối lượng alcohol.

Củng cố nhóm chức ester, cơ chế giặt rửa và nguyên nhân nước cứng làm giảm hiệu quả xà phòng.

HS làm bốn câu trắc nghiệm trong Phiếu học tập số 2, phần A, giơ thẻ A, B, C, D để trả lời. Có thể kiểm tra nhanh thêm trên trang bài học NeoEdu. Đề: (1) Nhóm chức của ester là gì? A. RNH$_2$; B. RCOOR′; C. RCHO; D. ROH. (2) Đầu carboxylate của xà phòng ưa gì? A. Nước; B. Chỉ dầu; C. Chỉ khí; D. Không tương tác nước. (3) Nước cứng làm xà phòng giảm tác dụng do đâu? A. Tạo ethanol; B. Chuyển mọi dầu thành nước; C. Phá mọi liên kết C–C; D. Tạo muối Ca/Mg khó tan. (4) Thành phần nào tạo chất hoạt động bề mặt lưỡng ưa? A. Đầu ion/phân cực; B. Đuôi hydrocarbon đủ dài; C. Chỉ tinh thể NaCl; D. Chỉ phân tử N$_2$.

Đáp án: (1) B, RCOOR′ có carbonyl gắn O–R′. (2) A, đầu ion tương tác với nước, đuôi hydrocarbon tương tác với dầu. (3) D, $Ca^{2+}$/$Mg^{2+}$ kết hợp với carboxylate tạo cặn. (4) A và B, hai phần ưa nước và kị nước tạo cơ chế phân tán dầu; đáp án đúng là A, B. HS nêu được lí do chọn đáp án cho ít nhất hai câu.

Vận dụng tỉ lệ mol để tính khối lượng, số mol NaOH và carboxylate; đánh giá đúng sai và ghép quá trình với sản phẩm.

HS làm nhóm đôi các bài trong Phiếu học tập số 2, phần B: (a) 0,30 mol ester no, đơn chức, mạch hở xà phòng hoá hoàn toàn cần bao nhiêu mol NaOH? (b) 0,20 mol triglyceride xà phòng hoá cần bao nhiêu mol NaOH? (c) 0,050 mol $Ca^{2+}$ kết tủa cần bao nhiêu mol stearate? (d) 0,10 mol ethyl acetate (M = 88) có khối lượng bao nhiêu gam? (e) Đánh giá đúng/sai: a) Acid thuỷ phân thường thuận nghịch; b) Kiềm thuỷ phân tạo carboxylate; c) Mọi ester ăn được; d) Mọi lipid là triglyceride. (f) Ghép quá trình với sản phẩm: ethyl acetate + NaOH; triglyceride + NaOH; ethyl acetate + H$_2$O/H$^+$.

Đáp án: (a) 0,30 mol NaOH. (b) 0,60 mol NaOH, vì $3 \times 0{,}20 = 0{,}60$. (c) 0,100 mol stearate, theo $2RCOO^- + Ca^{2+} \rightarrow (RCOO)_2Ca$. (d) 8,80 g, vì $0{,}10 \times 88 = 8{,}80$. (e) a) Đ; b) Đ; c) S, phản ứng và mùi vị không chứng minh an toàn; d) S, lipid rộng hơn chất béo. (f) Ethyl acetate + NaOH tạo sodium acetate và ethanol; triglyceride + NaOH tạo glycerol và muối của ba acid béo; ethyl acetate + H$_2$O/H$^+$ tạo acetic acid và ethanol theo cân bằng.

Vận dụng kiến thức chương 1 để thiết kế phương án so sánh có kiểm soát biến số và viết kết luận có giới hạn.

Nhóm 4 HS thiết kế phương án so sánh hiệu quả giặt rửa của xà phòng trong nước mềm và nước cứng. Yêu cầu: (1) Liệt kê biến số được giữ cố định (thể tích nước, lượng dầu, liều xà phòng, nhiệt độ, thời gian lắc, cách lắc). (2) Chỉ thay đổi nồng độ $Ca^{2+}$/$Mg^{2+}$. (3) Dự đoán kết quả và viết kết luận mẫu có giới hạn. (4) Nêu lí do không dùng bọt làm thước đo duy nhất và không dùng acid hoặc ammonia để tẩy rửa. Hoàn thành bảng trong Phiếu học tập số 2, phần C. Phần chưa hoàn thành được giao về nhà.

Phương án mẫu: giữ cùng thể tích nước, lượng dầu, liều xà phòng, nhiệt độ và thời gian lắc; chỉ thay hàm lượng $Ca^{2+}$/$Mg^{2+}$. Kết quả giả định: nước cứng tạo cặn, khả năng phân tán dầu giảm, phù hợp với phản ứng $2RCOO^- + Ca^{2+} \rightarrow (RCOO)_2Ca$. Kết luận mẫu: trong điều kiện thí nghiệm giả định, xà phòng cho hiệu quả thấp hơn trong nước cứng; kết luận chỉ đúng với dữ liệu thu được. Lặp lại thí nghiệm và không coi bọt là thước đo duy nhất.