PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC PHÂN TỬ - CÔNG THỨC CẤU TẠO CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ pptx

Ø Người ta thường đưa ra dữ kiện xác định số mol nguyên tố N bằng 2 phương pháp là phương pháp Dumas và Kjeldahl Phương pháp Dumas: Dẫn dung dịch qua KOH đặc thì CO2, H2O bị giữ lại tron

HÓA HỌC HỮU CƠ LUYỆN THI ĐẠI HỌC

2

2

CO N

=2n 2z ; Tỷ lệ H/N =

2

2

H O N

Trong bài toán này cần lưu ý các điểm sau: Khi đốt cháy a mol hợp chất hữu cơ A:

Ø CO2 sinh ra được hấp thụ bởi các oxyd base hay base mạnh bất kỳ (NaOH, CaO, Ba(OH)2, Ca(OH)2 ) từ đó suy ra số mol CO2 (chú ý bài toán tăng giảm khối lượng hay bài toán quy về 100)

Ø H2O được hấp thụ bởi các chất hút nước như H2SO4 đặc, CaCl2 khan, P2O5 từ đó suy ra số mol

H2O

Ø Người ta thường đưa ra dữ kiện xác định số mol nguyên tố N bằng 2 phương pháp là phương pháp Dumas và Kjeldahl

Phương pháp Dumas: Dẫn dung dịch qua KOH đặc thì CO2, H2O bị giữ lại trong dung dịch, N2 bay

ra đo thể tích bằng Nitơ kế, từ đó tính số mol N

Phương pháp Kjeldahl: Chuyển N trong A thành NH3, sau đó dẫn qua H2SO4 dư (biết trước số mol), sau đó trung hòa lượng H2SO4 dư bằng NaOH vừa đủ (dùng chuẩn độ acid – base để xác định điểm cuối), nếu biết số mol NaOH đã dùng thì tính được số mol H2SO4 Từ đó tính được số mol

H2SO4 phản ứng với NH3 và suy ra số mol nguyên tố N

Ø Đã cho dữ kiện số mol các nguyên tố C, H, N, thì số mol nguyên tố O được xác định sau cùng

Trong bài toán tổng quát 1, cần lưu ý các dạng sau:

v Dạng 1: Nếu A có dạng CxHyOzNt mà đề đã cho % các nguyên tố C, H, O, N (hoặc nếu chỉ cho 3 nguyên tố thì lấy 100% trừ đi % của 3 nguyên tố để xác định % nguyên tố còn lại) thì có thể áp dụng định luật thành phần khối lượng không đổi để xác định hệ số tỷ lệ x: y: z: t Dựa vào phân tử khối của

v Dạng 2: Xác định trực tiếp x, y, z, t dựa vào tỷ lệ (trong đó a là số mol của A)

Ví dụ: Đốt cháy hoàn toàn 1,5 gam hợp chất hữu cơ X thu được 1,76 gam CO2, 0,9 gam nước và 112

ml N2 (0oC, 2 atm) Nếu hóa hơi 1,5 gam chất X (127oC, 1,64 atm) thì thu được 0,4 lít khí Xác định CTPT của X

Hướng dẫn:

1 BÀI GIẢI CHI TIẾT

(Chú ý: Hằng số khí tưởng R = 0,082 lit.atm.mol-1.K-1 = 8,314 J.mol-1.K-1, 0oC = 273K, K là độ kenvin, tất cả các dữ kiện về nhiệt độ đều đổi về độ kenvin)

Suy ra: mO = 1,5 – (0,48 + 0,1 + 0,28) = 0,64 (gam)

(Trong trường hợp mO = 0 gam thì X chí chứa C, H, N)

Gọi công thức của X là CxHyOzNt

0, 48 0,1 0, 64 0, 28

x : y : z : t : : : 2 : 5 : 2 :1

suy ra công thức nguyên của X là: C2H5O2N

Để xác định CTPT ta phải xác định khối lượng mol của X

Theo đề ta có: nX 1, 64 0, 4 0, 02(mol) MX 1, 5 75(gam / mol)

1, 76 0, 9 2 0, 281,5

Tương tự tính Mx = 75 gam/mol suy ra công thức phân tử là C2H5O2N

v Dạng 3: Xác định CTPT thông qua phản ứng cháy Nếu biết được khối lượng sản phẩm cháy, ta có thể suy ra CTPT

Dựa vào các dữ kiện ta tính được: m = 0,24 gam ; mC H = 0,06 gam ; mO = 0,16 gam

MA = 46 gam/mol suy ra CTPT của A là C2H6O

PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TOÁN THƯỜNG GẶP TRONG HÓA HỌC HỮU CƠ

A CÁC BÀI TOÁN VỀ HYDROCARBON

Tổng quát:

♣ Hydrocarbon có công thức chung là: CxHy (trong đó: x ≥ 1, y ≤ 2x + 2, x và y là số nguyên, y chẵn)

♣ Hoặc công thức chung là: CnH2n+2-2k, với k là số liên kết π hay số vòng no, (trong đó: k ≥ 0, n ≥ 1,

n và k là số nguyên)

Chú ý: Nếu là chất khí thì ở điều thường hoặc điều kiện chuẩn: x ≤ 4

Bài toán 1:Xác định công thức phân tử của hydrocarbon A khi biết khối lượng phân tử

Xác định giá trị phù hợp của x, từ đó suy ra y

Ví dụ: Một Hydrocarbon A có khối lượng phân tử là 30 Xác định công thức phân tử của A

Do x nguyên dương nên chọn x = 2, mà 12x + y = 30 suy ra y = 6

Vậy công thức phân tử của A là C2H6

Bài toán 2:Xác định công thức phân tử của hỗn hợp gồm nhiều hydrocarbon thuộc cùng một dãy đồng đẳng

Đối với bài toán này có thể vận dụng một trong hai cách sau để giải:

Ví dụ 2: Nếu hỗn hợp gồm 2 hydrocarbon đồng đẳng không liên tiếp với giả thiết có khối lượng mol hơn kém nhau 28 đvC (2 nhóm –CH2-)

Thì n1 < n = 1,5 < n2 = n1 + 2 ⇒ n1 = 1, n2 = 3

Ø Phương pháp 2:

Sử dung phương pháp trung bình:

Phương pháp trùng bình: Xét hỗn hợp X gồm hai hydrocarbon

Chất Khối lượng mol Số mol % số mol

1

aa

a+

=α

2

aa

a1

+

=α

−

- Khối lượng mol trung bình:

+α

=+

+

aa

aMa

M

2 1

2 2 1

1

- Số nguyên tử carbon trung bình:

+α

=+

+

aa

axa

x

2 1

2 2 1

1

- Số nguyên tử hydro trung bình

+α

=+

+

aa

aya

y

2 1

2 2 1

1

- Thành phần % về thể tích:

%100aa

aH

C

%

2 1

1 y

M

%100aMaM

aMH

C

2 2 1 1

1 1 y

x1 1

α

=+

=

Phương pháp giải bài toán 2:

Gọi công thức chung của hai hydrocarbon là CxHy

Tương tự như trên ⇒ x, y

Tách ra công thức tổng quát mỗi hydrocarbon C H ,C H

2 2 1

Bài toán 3: Giải bài toán hỗn hợp gồm nhiều hydrocarbon thuộc các dãy đồng đẳng khác nhau

Khi bài toán cho hỗn hợp gồm nhiều hydrocarbon thuộc nhiều dãy đồng đẳng khác nhau ta có thể sử dụng nhiều cách để giải, thường thì có thể sử dụng một trong các phương pháp sau

Phương pháp 1: Dựa vào dữ kiện của đề để đặt công thức tổng quát của từng chất Sau đó lập các hệ

phương trình và giải Tuy nhiên cách giải này thường dài và chỉ áp dụng đối với các bài toán đơn giản Các bài toán phức tạp thường ít sử dụng phương pháp này vì phải đặt quá nhiều ẩn

Ví dụ: Đốt cháy hoàn toàn 0,42 gam một hỗn hợp khí X gồm alkan A và alkin B Sản phẩm cháy cho hấp thụ hoàn toàn vào 200 ml dung dịch Ca(OH)2 0,1M, lọc tách kết tủa cân nặng 1 gam Xác định A, B biết thể tích hỗn hợp X ban đầu là 0,448 lit (đktc)

- Viết các phương trình phản ứng xảy ra, lập hệ phương trình, giải hệ phương trình ⇒ x, y hay n, k

Ø Nếu là x,y ta tách các hydrocarbon lần lượt là

- x1 ≥ 1 nếu là alkan ; x1 ≥ 2 nếu là alken, alkin ; x1 ≥ 3 nếu là alkadien…

- Chỉ có 1 hydrocarbon duy nhất có số nguyên tử C = 1, chính là CH4 (x1= 1; y1 = 4)

Ví dụ: Đốt cháy hoàn toàn 0,42 gam một hỗn hợp khí X gồm alkan A và alkin B Sản phẩm cháy cho hấp thụ hoàn toàn vào 200 ml dung dịch Ca(OH)2 0,1M, lọc tách kết tủa cân nặng 1 gam Xác định A, B biết thể tích hỗn hợp X ban đầu là 0,448 lit (đktc)

Hướng dẫn: Ta cũng giải bài toán này nhưng không sử dụng phương pháp 1 mà dùng phương pháp 2Đặt công thức của hỗn hợp X là

y

xH

C có số mol là nX 0, 448 0, 02(mol)

22, 4

= = có khối lượng là 0,42 gam

Suy ra MX 12x y 0, 42 21(gam / mol)

A. 0,1 mol C2H4 và 0,2 mol C2H2 B. 0,1 mol C3H6 và 0,2 mol C3H4

C. 0,2 mol C2H4 và 0,1 mol C2H2 D. 0,2 mol C3H6 và 0,1 mol C3H4

A C2H2 và C4H6 B C2H2 và C4H8 C C3H4 và C4H8 D C2H2 và C3H8

Hướng dẫn

nX = 0,2 mol, nbrom phản ứng = 0,35 mol

Cách 1: Phương pháp tính và biện luận

Đặt công thức chung của 2 hydrocarbon là C Hn 2n+2-2k ta có khối lượng bình tăng là khối lượng X

Ta thấy do X phản ứng hết nên loại D

Do k = 1,75 nên trong X có hydrocarbon có k = 1 nên loại A

Do n=2, 5 nên trong X có hydrocarbon có n < 2,5 nên loại C

Vậy chọn B

Cách 2: Loại trừ

Ta thấy do X phản ứng hết nên loại D

Do 2.nX > nbrom phản ứng > nX nên trong X có hydrocarbon có k = 1 nên loại A

Tính khối lượng mol trung bình của X bằng 33,5 nên loại C

Vậy chỉ còn B đúng => Chọn câu B

Nhận xét: Đối với câu hỏi này nếu dùng cách 2 thì sẽ rút ngắn được khá nhiều thời gian làm bài mà vẫn

có thể chọn ra đáp án chính xác Còn nếu dùng cách 1 thì sẽ đòi hỏi lượng thời gian nhiều hơn dành cho 1 câu trắc nghiệm

Bài 4: (Đề TSĐH – KA 2007) Một hydrocarbon X cộng hợp với acid HCl theo tỉ lệ mol 1:1 tạo sản phẩm có thành phần khối lượng clo là 45,223% Công thức phân tử của X là:

_ BÀI TẬP KHÔNG LỜI GIẢI _

Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn 19,2 gam hỗn hợp X gồm 2 alkan kế tiếp, thu được 14,56 lít CO2 (0oC và 2 atm) Xác định công thức phân tử của X và tính % khối lượng mỗi alkan trong X

Bài 2: Một hỗn hợp A gồm 2 alkan kế tiếp có khối lượng bằng 10,2 g Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp A cần 36,8 gam O2 Xác định công thức phân tử và tính khối lượng của mỗi alkan

Bài 3: Hỗn hợp X gồm hai hydrocarbon đồng đẳng hơn kém nhau 2 nguyên tử carbon Đốt cháy hoàn toàn 2,72 gam X thu được 8,36 gam CO2 Xác định công thức phân tử và tính % về khối lượng của các chất có trong X

Bài 4: Đốt cháy hoàn toàn 29,2 gam hỗn hợp 2 alkan Hấp thụ toàn bộ sản phẩm vào dung dịch Ba(OH)2

dư thấy khối lượng bình tăng lên 134,8 gam Xác định công thức phân tử, biết hai alkan kế tiếp

Bài 5: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp 2 alkan hơn kém nhau 2 nguyên tử carbon thu được 14,08 gam CO2 và 9,36 gam H2O Tính m và Xác định công thức phân tử mỗi alkan

Bài 6: X là hỗn hợp 2 alkan khí hơn kém nhau 2 nguyên tử carbon Đốt cháy 9,5 gam A cần V lít O2(đktc) thu được m gam CO2 và 15,3 gam H2O Xác định công thức phân tử mỗi alkan và tính m,V

Bài 7: Hỗn hợp X gồm 2 hydrocarbon A và B có khối lượng là a gam Nếu đem đốt cháy hoàn toàn X thì thu được 132a

41 g CO2 và

45a

41 g H2O Nếu thêm vào X một nửa lượng A có trong X rồi đốt cháy hoàn

toàn thu được 165a

2 Tính % khối lượng của A, B trong X

3 Đem trộn b g hydrocarbon D với X rồi đốt cháy hoàn toàn thu được 143a

41 g CO2 và

49,5a

41 g H2O

D thuộc dãy đồng đẳng nào? Tính b, biết a = 3

B CÁC BÀI TOÁN VỀ DẪN XUẤT HYDROCARBON

n > ⇒ ancol này no, mạch hở

2 Khi tách nước ancol tạo ra olefin ⇒ ancol này no đơn chức, hở

3 Khi tách nước ancol A đơn chức tạo ra chất B

- dB/A< ⇒ B là hydrocarbon chưa no (nếu là ancol no thì B là alken) 1

- dB/A> ⇒ B là ete 1

4 Các phản ứng oxy hóa ancol :

- Oxy hóa ancol bậc 1 tạo ra aldehyd hoặc acid mạch hở

R-CH2OH →[ O ]

R-CH=O hoặc R-COOH

- Oxy hóa ancol bậc 2 thì tạo ra ceton:

R-CHOH-R' →[ O ]

R-CO-R'

- Ancol bậc ba không phản ứng (do không có H)

5 Tách nước từ ancol no đơn chức tạo ra alken tuân theo quy tắc zaixep: Tách nhóm -OH và H ở nguyên tử C có bậc cao hơn

6 Ancol no đa chức có nhóm -OH nằm ở carbon kế cận mới có phản ứng với Cu(OH)2 tạo ra dd phức màu xanh lam

- 2,3 nhóm -OH liên kết trên cùng một C sẽ không bền, dễ dàng tách nước tạo ra aldehyd, ceton hoặc acid carboxylic

n > n ⇒ ancol này là ancol no

b nH O2 −nCO2= nancol => số nguyên tử carbon CO 2

ancol

nn

2 ⇒ x là số nhóm chức ancol ( tương tự với acid)

d ancol đơn chức no (A) tách nước tạo chất (B) (xúc tác: H2SO4 đđ)

- dB/A < 1 ⇒ B là olefin

- dB/A > 1 ⇒ A là ete

e Oxy hóa:

- oxy hóa ancol bậc 1 tạo aldehyd: R-CHO Cu,t0→ R- CH= O

- oxy hóa ancol bậc 2 tạo ceton:

- ancol bậc 3 không bị oxy hóa

MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ ANCOL

Bài 1: (Đề TSĐH – KA 2009) Đun nóng hỗn hợp hai ancol đơn chức, mạch hở với H2SO4 đặc, thu được hỗn hợp gồm các ete Lấy 7,2 gam một trong các ete đó đem đốt cháy hoàn toàn, thu được 8,96 lít khí

CO2 (ở đktc) và 7,2 gam H2O Hai ancol đó là

=> ete có một liên kết đôi như vậy một trong 2 ancol phải có một ancol có một liên kết đôi

Đặt công thức của ete đem đốt là: CnH2nO

Từ số mol CO2 ta tính được số mol của ete là 0, 4

C. C2H4(OH)2 và C4H8(OH)2 D. C3H5(OH)3 và C4H7(OH)3

Vậy ta suy ra: 3 1

Bài 5: (TSĐH – KA 2010) Oxy hoá hết 2,2 gam hỗn hợp hai ancol đơn chức thành aldehyt cần vừa

đủ 4,8 gam CuO Cho toàn bộ lượng aldehyt trên tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3, thu được 23,76 gam Ag Hai ancol là:

A CH3OH, C2H5CH2OH B CH3OH, C2H5OH

C C2H5OH, C3H7CH2OH D C2H5OH, C2H5CH2OH

Bài 7: (TSĐH – KB 2010) Hỗn hợp X gồm 1 ancol và 2 sản phẩm hợp nước của propen Tỉ khối hơi của

X so với hydro bằng 23 Cho m gam X đi qua ống sứ đựng CuO (dư) nung nóng Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp Y gồm 3 chất hữu cơ và hơi nước, khối lượng ống sứ giảm 3,2 gam Cho Y tác dụng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3, tạo ra 48,6 gam Ag Phần trăm khối lượng của propan-1-ol trong X là

= mol ; nAg = 0,45 mol Gọi a là số mol của C3H8O suy ra: 32(0,2 – a) + 60a = 46.0,2 => a = 0,1 => nCH3OH = 0,1 mol

II PHENOL:

- Nhĩm OH liên kết trực tiếp trên nhân benzen, nên liên kết giữa O và H phân cực mạch vì vậy hợp chất của chúng thể hiện tính acid (phản ứng được với dd base)

OH+ NaOH

ONa+ H2O

- Nhĩm -OH liên kết trên nhánh (khơng liên kết trực tiếp trên nhân benzen) khơng thể hiện tính acid

CH2OH+ NaOH không phản ứng

CHÚ Ý KHI GIẢI CÁC BÀI TỐN VỀ PHENOL

n = ⇒ A cĩ 1 nguyên tử H linh động phản ứng với NaOH

- nếu A cĩ 2 nguyên tử Oxy ⇒ A cĩ 2 nhĩm OH (2H linh động phản ứng với Na) ; trong đĩ cĩ 1 nhĩm –OH nằm trên nhân thơm (H linh động phản ứng NaOH) và 1 nhĩm OH liên kết trên nhánh Ví dụ như: HO-C6H4-CH2-OH

_VÍ DỤ MỘT SỐ BÀI TỐN VỀ PHENOL

Bài 1: (TSĐH – KB 2009) Cho X là hợp chất thơm ; a mol X phản ứng vừa hết với a lít dung dịch NaOH 1M Mặt khác, nếu cho a mol X phản ứng với Na (dư) thì sau phản ứng thu được 22,4a lít khí H2 (ở đktc) Cơng thức cấu tạo thu gọn của X là

A HO-C6H4-COOCH3 B CH3-C6H3(OH)2

C HO-CH2-C6H4-OH D HO-C6H4-COOH

Hướng dẫn

Theo đề a mol X phản ứng hết a mol NaOH suy ra X cĩ chứa 1 nhĩm OH phenol hoặc 1 nhĩm –COOR (R cũng cĩ thể là H)

Mặt khác khi cho a mol X phản ứng với Na dư thấy tạo a mol H2 nên X cĩ 2 hydro linh động

Vậy từ các điều kiện trên ta thấy đáp án C là phù hợp

Do 1 mol X chỉ tác dụng 1 mol NaOH nên X có 1 nhóm OH phenol hoặc 1 nhóm –COOR

Vậy suy ra đáp án C là phù hợp Chọn câu C

Bài 3: (TSĐH – KB 2010) Cho 13,74 gam 2,4,6-trinitrophenol vào bình kín rồi nung nóng ở nhiệt độ cao Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được x mol hỗn hợp khí gồm: CO2, CO, N2 và H2 Giá trị của x là

- Nhóm hút electron làm giảm tính base của amin

- Nhóm đẩy electron làm tăng tính base của amin

Ví dụ: Chiều tăng dần tính base

Ví dụ: n : nH+ amin =1:1 ⇒ amin này đơn chức

- CT của amin no đơn chức là CnH2n+3N (n ≥ 1)

_VÍ DỤ MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ AMIN

Bài 1: (TSĐH – KA 2010) Đốt cháy hoàn toàn V lít hơi một amin X bằng một lượng oxy vừa đủ tạo ra 8V lít hỗn hợp gồm khí carbonic, khí nitơ và hơi nước (các thể tích khí và hơi đều đo ở cùng điều kiện) Amin X tác dụng với acid nitrơ ở nhiệt độ thường, giải phóng khí nitơ Chất X là

Bài 2: (TSĐH – KB 2010) Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một amin no, mạch hở X bằng oxi vừa đủ thu được 0,5 mol hỗn hợp Y gồm khí và hơi Cho 4,6g X tác dụng với dung dịch HCl (dư), số mol HCl phản ứng là

36

88,864

1 Phản ứng tráng gương và với Cu(OH)2 (to)

R-CH=O +Ag2O ddNH3to→R-COOH + 2Ag↓

R-CH=O + 2Cu(OH)2 →to

R-COOH + Cu2O↓+2H2O

Nếu R là Hydro, Ag2O dư (hoặc viết AgNO3/NH3), Cu(OH)2 dư:

H-CHO + 2Ag2OddNH3to→ H2O + CO2 + 4Ag↓

H-CH=O + 4Cu(OH)2 →to

5H2O + CO2 + 2Cu2O↓

Các chất: H-COOH, muối của acid fomic, este của acid fomic cũng cho được phản ứng tráng gương HCOOH + Ag2OddNH3to→ H2O + CO2+2Ag ↓

HCOONa + Ag2O ddNH3to→NaHCO3 + 2Ag ↓

H-COOR + Ag2O ddNH3to→ROH + CO2 + 2Ag ↓

Aldehyd vừa đóng vai trò chất khử, vừa đóng vai trò chất oxy hóa:

Chất khử: Khi phản ứng với O2, Ag2O/NH3, Cu(OH)2(to)

Chất oxy hóa khi tác dụng với H2 (Ni, to)

MỘT SỐ LƯU Ý KHI GIẢI TOÁN

§ Trường hợp đặc biệt: H-CH=O phản ứng Ag2O tạo 4 mol Ag nhưng %O = 53,33%

§ 1 nhóm anldehyd ( -CH=O) có 1 liên kết đôi C=O ⇒ aldehyd no đơn chức chỉ có 1 liên kết π nên khi đốt cháy

H O CO

n =n ( và ngược lại)

§ aldehyd A có 2 liên kết π có 2 khả năng: aldehyd no 2 chức (2 π ở C=O) hoặc aldehyd không no

có 1 liên kết đôi (1 π trong C=O, 1 π trong C=C)

n = ⇒ x là số (nhóm chức –CHO + số liên kết đôi C=C)

_VÍ DỤ MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ ALDEHYD

Bài 1: (TSĐH – KA 2009) Cho hỗn hợp khí X gồm HCHO và H2 đi qua ống sứ đựng bột Ni nung nóng Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp khí Y gồm hai chất hữu cơ Đốt cháy hết Y thì thu được 11,7 gam H2O và 7,84 lít khí CO2 (ở đktc) Phần trăm theo thể tích của H2 trong X là

A. CnH2n-1CHO (n ≥ 2) B. CnH2n-3CHO (n ≥ 2)

C. CnH2n(CHO)2 (n ≥ 0) D. CnH2n+1CHO (n ≥ 0)

Hướng dẫn:

nAg = 0,5 mol, gấp 2 lần số mol aldehyd suy ra aldehyd đơn chức

nH2 gấp 2 lần số mol aldehyd suy ra gốc hydrocarbon của aldehyd có một liên kết đôi

Suy ra aldehyd đó là CnH2n-1CHO (n ≥ 2)

Chọn câu A

Bài 3: (TSĐH – KA 2010) Cho m gam hỗn hợp etanal và propanal phản ứng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3, thu được 43,2 gam kết tủa và dung dịch chứa 17,5 gam muối amoni của hai acid hữu cơ Giá trị của m là