Một số công thức giải nhanh toán hóa học

1 Giúp em học tốt MỘT SỐ CÔNG THỨC GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC ************ Các em học sinh thân mến Trong khuynh hướng đổi mới hình thức thi cử như đã tiến hành hiện nay, làm thế nào để giải nhanh, chính xác các câu hỏi trắc nghiệm khách quan luôn là dấu hỏi lớn mà bất cứ học sinh nào cũng đều mong muốn có một lời giải đáp thấu đáo. Ở phạm vi bài viết này, thầy muốn giới thiệu đến các em một số công thức giúp giải nhanh các dạng toán hóa thường gặp. Tất nhiên bài viết này không hề cổ súy cho lối học máy móc, lười tư duy, mà chúng chính là các bài tập gợi mở trí sáng tạo nơi các em, vì lẽ trong quá trình vận dụng các công thức trên , các em có thể chứng minh , tìm hiểu . . . về sự xuất hiện các công thức đã nêu, từ đó có tác dụng phát triển khả năng tư duy, dẫn đến việc tìm ra các công thức mới, cách giải mới cho riêng mình. I. Công thức giải nhanh sốcacbon của một anken dựa vào phân tử khối của hỗn hợp gồm anken và H 2 trước và sau khi dẫn qua bột Ni nung nóng Dạng toán này nếu giải theo cách thông thường rất mất thời gian, chưa kể dễ nhầm lẫn do phải liệt kê đúng số mol các chất trong hỗn hợp và giải hệ phương trình toán học khá rườm rà Ví dụ 1. Dẫn hỗn hợp X gồm anken A và H 2 có tỉ khối hơi so với H 2 là 5 qua ống đựng Ni nung nóng để phản ứng xảy ra hoàn toàn được hỗn hợp Y có tỉ khối hơi so với H 2 là 6,25. Tìm công thức phân tử của anken A. Giải Xét 1 mol X. Giả sử 1 mol X gồm a mol anken C n H 2n và (1 – a) mol H 2 . Vậy ta có X M 14na 2(1 a) (1) Vì M Y = 6,25.2 = 12,5 chứng tỏ Y còn H 2 dư , vậy anken đã phản ứng hết theo phương trình: C n H 2n + H 2 C n H 2n + 2 a a a Do đó Y gồm: 2 n 2n 2 H :(1 2a)mol C H : amol Do đònh luật bảo toàn khối lượng nên m X = m Y . Vậy Y 14na 2(1 a) M 1a (2) X/Y (1) 10 d 1 a 0,8 a 0,2 (2) 12,5 . Thay a = 0,2 vào (1) được M X = 0,2.14n + 2(1 – 0,2) = 10 n = 3 Vậy A có công thức phân tử là C 3 H 6 CÔNG THỨC GIẢI NHANH Giả sử hỗn hợp anken và H 2 ban đầu có phân tử khối là M 1 Sau khi dẫn hỗn hợp này qua bột Ni nung nóng để phản ứng xảy ra hoàn toàn được hỗn hợp không làm mất màu nước brôm, có phân tử khối là M 2 thì anken C n H 2n cần tìm có số C cho bởi công thức: 21 21 (M 2)M n 14(M M ) 2 Thật vậy, với ví dụ trên ta có (12,5 2)10 n3 14(12,5 10) Ví dụ 2. Hỗn hợp khí X gồm H 2 và một anken có khả năng cộng HBr cho sản phẩm hữu cơ duy nhất. Tỉ khối của X so với H 2 bằng 9,1. Đun nóng X có xúc tác Ni, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp khí Y không làm mất màu nước brom; tỉ khối của Y so với H 2 bằng 13. Công thức cấu tạo của anken là A. CH 3 -CH=CH-CH 3 . B. CH 2 =CH-CH 2 -CH 3 . C. CH 2 =C(CH 3 ) 2 . D. CH 2 =CH 2 . (TSĐH 2009/Khối B) Giải Theo công thức trên ta có (26 2)18,2 n4 14(26 18,2) Vì anken đã cho cộng HBr chỉ tạo một sản phẩm duy nhất nên nó phải có cấu tạo đối xứng. Vậy công thức cấu tạo cần tìm là CH 3 -CH=CH-CH 3 (chọn A) II. Công thức giải nhanh hiệu suất phản ứng tổng hợp NH 3 Tương tự như dạng toán đã xét ở trên, dạng này cũng làm các em mất nhiều thời gian cho việc tính toán số mol các chất, cũng như việc giải các phương trình toán học Ví dụ 3. Tiến hành tổng hợp NH 3 từ hỗn hợp X gồm N 2 và H 2 (có tỉ lệ mol tương ứng 1 : 3) thu được hỗn hợp Y có tỉ khối hơi so với H 2 là 6,8. Tính hiệu suất tổng hợp NH 3 Giải Giả sử X gồm 1 mol N 2 và 3 mol H 2 Giả sử chỉ có a mol N 2 đã tham gia phản ứng: N 2 + 3H 2  2NH 3 a 3a 2a Do đó Y gồm 2 2 3 N :(1 a)mol H :(3 3a)mol NH :2amol Y M = 34 6,8.2 13,6 4 2a a = 0,75 Vậy hiệu suất H = 75% Ví dụ 4. Hỗn hợp khí X gồm N 2 và H 2 có tỉ khối hơi so với He là 1,8. Đun nóng X một thời gian trong bình kín có Fe làm xúc tác được hỗn hợp Y có tỉ khối so với He là 2. Hiệu suất tổng hợp NH 3 là A. 50% B. 40% C. 36% D. 25% (Đại học khối A/2010) Giải Vì M X = 1,8.4 = 7,2 nên phương pháp đường chéo cho 22 NH n : n 1: 4 . Vậy N 2 phải phản ứng hết trên lí thuyết, tức hiệu suất phải tính theo N 2 . Giả sử X gồm 1 mol N 2 và 4 mol H 2 , ta có phản ứng: N 2 + 3H 2   2NH 3 Ban đầu: 1 4 0 (mol) Phản ứng: a 3a 2a (mol) Sau phản ứng: (1 – a) (4 – 3a) 2a (mol) 3 Do đó Y gồm 2 2 3 N :(1 a)mol H :(4 3a)mol NH :2amol Vì m X = m Y nên YX Y YY mm 36 M 2.4 8 n n (1 a) (4 3a) 2a a = 0,25 Vậy H = 0,25.100 25 1 (chọn D) CÔNG THỨC GIẢI NHANH Nếu tiến hành tổng hợp NH 3 từ hỗn hợp X gồm N 2 và H 2 (có tỉ lệ mol tương ứng 1 : k ; trong đó k 3) được hỗn hợp Y thì hiệu suất tổng hợp NH 3 là: H% = X Y M k1 (1 ) 2M Thật vậy: Với ví dụ 3 ở trên ta có M X = 8,5; M Y = 13,6 và k = 3 nên H = 3 1 8,5 (1 ) 2 13,6 = 75% Với ví dụ 4 ở trên ta có M X = 7,2 ; M Y = 8 và k = 4 nên H = 4 1 7,2 (1 ) 28 = 25% III. Công thức giải nhanh hiệu suất phản ứng hiđro hóa anken Nếu hiđro hóa hỗn hợp X gồm anken và H 2 (tỉ lệ mol tương ứng 1 : k ; trong đó k 1) được hỗn hợp Y thì hiệu suất hiđro hóa anken là H% = X Y M (k 1)(1 ) M Ví dụ 5. Hiđro hóa hỗn hợp X gồm propen và H 2 ( tỉ lệ mol 1 : 1) thu được hỗn hợp Y. Biết d X/Y = 0,8. Tính hiệu suất hiđro hóa Giải Vì k = 1 nên ta có H% = (1 + 1)(1 – 0,8) = 40% Ví dụ 6. Hiđro hóa hỗn hợp X gồm C 2 H 4 và H 2 có tỉ khối hơi so với He là 3,75 thu được hỗn hợp Y có tỉ khối hơi so với He là 5. Tính hiệu suất hiđro hóa C 2 H 4 (TSCĐ 2009) Giải Bằng phương pháp đường chéo tính được trong X có 2 4 2 C H H n : n 1 : 1 Vì k = 1 nên H% = (1 + 1)(1 - 3,75.4 5.4 ) = 50% Ví dụ 7. Hiđro hóa hỗn hợp X gồm C 2 H 4 và H 2 có tỉ khối hơi so với H 2 là 4,25 thu được hỗn hợp Y có tỉ khối hơi so với H 2 là 5,3125. Tính hiệu suất hiđro hóa C 2 H 4 Giải Bằng phương pháp đường chéo tính được trong X có 2 4 2 C H H n : n 1 : 3 Vì k = 3 nên H% = (1 + 3)(1 - 4,25.2 5,3125.2 ) = 80% Ví dụ 8. Hiđro hóa hỗn hợp X gồm anken C 4 H 8 và H 2 (có tỉ lệ mol tương ứng 1 : 2) thu được hỗn hợp Y có tỉ khối hơi so với H 2 là 12. Tính hiệu suất hiđro hóa C 4 H 8 4 Giải Vì M X = 56 2.2 20 3 và k = 2 nên H% = (1 + 2)(1 - 20 24 ) = 50% IV. Công thức giải nhanh hiệu suất phản ứng hiđro hóa anđehit đơn chức no Các em để ý rằng tỉ lệ mol phản ứng giữa anđehit đơn chức no và H 2 cũng là 1 : 1 nên nếu hiđro hóa hỗn hợp X gồm anđehit đơn chức no và H 2 (tỉ lệ mol tương ứng 1 : k ; trong đó k 1) được hỗn hợp Y thì hiệu suất hiđro hóa anđehit đơn chức no cũng được tính hoàn toàn tương tự như hiệu suất hiđro hóa anken là H% = X Y M (k 1)(1 ) M Ví dụ 9. Hỗn hợp khí X gồm H 2 và anđehit HCHO có tỉ khối hơi so với He là 4. Dẫn X qua bột Ni nung nóng thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He là 5. Hiệu suất của phản ứng hiđro hoá là A. 50% B. 40% C. 60% D. 80% Giải Bằng phương pháp đường chéo tính được trong X có 2 HCHO H n :n 1 : 1 Vậy k = 1 nên H% = (1 + 1)(1 - 4.4 5.4 ) = 40% (chọn B) Ví dụ 10. Hỗn hợp khí và hơi X gồm H 2 và anđehit CH 3 CHO (có tỉ lệ mol tương ứng 3 : 1). Dẫn X qua bột Ni nung nóng thu được hỗn hợp khí và hơi Y có tỉ khối so với H 2 là 7,8125. Hiệu suất của phản ứng hiđro hoá là A. 50% B. 40% C. 60% D. 80% Giải Vì M X = 44 2.3 12,5 4 và k = 3 nên H% = (1 + 3)(1 - 12,5 7,8125.2 ) = 80% (chọn D) Trên đây thầy chỉ giới thiệu một vài công thức giải nhanh dùng cho các dạng toán khá phổ biến mà các em thường gặp trong các kì thi tuyển sinh. Điều chắc chắn là các em rất thắc mắc về “sự ra đời” của những công thức này. Trong một bài viết khác, thầy sẽ chứng minh các công thức giải nhanh nói trên và một số công thức giải nhanh khác nữa. Chúc các em cảm thấy niềm vui khi học Hóa Học và hẹn gặp lại các em ở bài viết kế tiếp. Thầy Nguyễn Đình Độ . những công thức này. Trong một bài viết khác, thầy sẽ chứng minh các công thức giải nhanh nói trên và một số công thức giải nhanh khác nữa. Chúc các em cảm thấy niềm vui khi học Hóa Học và. 1 Giúp em học tốt MỘT SỐ CÔNG THỨC GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC ************ Các em học sinh thân mến Trong khuynh hướng đổi mới hình thức thi cử như đã tiến hành. viết này, thầy muốn giới thiệu đến các em một số công thức giúp giải nhanh các dạng toán hóa thường gặp. Tất nhiên bài viết này không hề cổ súy cho lối học máy móc, lười tư duy, mà chúng chính