SKKN Giải một số dạng bài tập đốt cháy hỗn hợp các chất hữu cơ bằng cách lập công thức chung

Giải một số dạng bài tập đốt cháy hỗn hợp các hợp chất hữu cơ bằng cách lập công thức chung PHẦN I.. Mỗi dạng bài toán đều có thể có nhiều cách giải, tuy nhiên một số dạng bài tập hỗn hợ

MỤC LỤC

Phần I Đặt vấn đề - 2

1 Lí do chọn đề tài - 2

2 Mục đích nghiên cứu - 2

3 Giả thuyết khoa học - 3

4 Đối tượng nghiên cứu - 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu - 3

6 Phương pháp nghiên cứu - 3

7 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu - 3

8 Thời gian nghiên cứu - 3

Phần II Nội dung - 4

1 Cơ sở lý luận - 4

2 Phương pháp giải - 5

3 Các dạng bài tập - 6

3.1 Dựa vào thành phần phân tử các chất để tìm công thức chung - 6

3.1.1 Bài tập mẫu - 5

3.1.2 Một số bài tập tương tự - 7

3.2 Dựa vào cấu tạo phân tử các chất để tìm công thức chung - 10

3.2.1 Bài tập mẫu - 10

3.2.2 Một số bài tập tương tự - 12

4 Bài tập áp dụng - 12

Phần III Kết luận và kiến nghị - 21

1 Kết luận - 15

2 Kiến nghị và đề xuất - 23

Giải một số dạng bài tập đốt cháy hỗn hợp các hợp chất hữu cơ bằng cách lập công thức chung

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lí do chọn đề tài

Để làm tốt các bài tập trắc nghiệm bắt buộc học sinh phải nắm vững các

kỹ năng cơ bản và vận dụng sáng tạo các phương pháp giải nhanh

Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay thì các phương pháp giải nhanh được sử dụng rất phổ biến, trong đó thường áp dụng các định luật bảo toàn như: định luật bảo toàn electron, định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố, định luật bảo toàn điện tích

Mỗi dạng bài toán đều có thể có nhiều cách giải, tuy nhiên một số dạng bài tập hỗn hợp với nhiều ẩn số thì việc sử dụng cách giải thông thường sẽ mất nhiều thời gian, gây rất nhiều khó khăn cho học sinh trong quá trình tính toán

Để khắc phục những điều đó thì việc lập được công thức chung nhất của các chất

đó để giảm bớt ẩn số, đơn giản hóa quá trình tính toán sẽ làm cho bài toán đơn giản hơn, tốn it thời gian hơn Đây thường là dạng bài tập khó, chỉ áp dụng cho

kỳ thi đại học, cao đẳng và đòi hỏi các em phải có tư duy khá cao

Vì vậy, đây là dạng bài tập gây rất nhiều khó khăn cho học sinh, kể cả học sinh khá, giỏi Để học sinh có thể làm tốt dạng bài tập này cần phải hướng dẫn học sinh phương pháp lập công thức chung của các chất Cần phân dạng bài tập

và dạy thành chuyên đề riêng để rèn luyện kỹ năng giải bài tập cho học sinh

Xuất phát từ những lý do đó, tôi chọn đề tài “Giải một số dạng bài tập đốt

cháy hỗn hợp các hợp chất hữu cơ bằng cách lập công thức chung”

2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài này nhằm hướng dẫn học sinh áp dụng nhanh các công thức để giải một số dạng bài toán hỗn hợp thường gặp trong hóa hữu cơ, từ đó hướng dẫn học sinh tự tìm tòi các quy luật để xây dựng công thức chung cho các chất Phương pháp này giúp học sinh chuyển từ dạng bài tập hỗn hợp nhiều chất thành dạng bài tập một chất, điều đó sẽ giúp đơn giản bài toán rất nhiều Điều quan trọng hơn là tạo cho học sinh sự hứng thú trong quá trình giải bài tập, hình thành cho

học sinh phương pháp tư duy khái quát hóa bài tập, từ đó giúp học sinh đưa ra phương pháp giải hiệu quả nhất

3 Giả thiết khoa học

Khi giải bài tập hóa học theo phương pháp lập công thức chung cho hỗn hợp các chất sẽ giúp cho bài toán đơn giản hơn rất nhiều và tiết kiệm được nhiều thời gian Đây là phương pháp giải nhanh rất hiệu quả cho hình thức thi trắc nghiệm hiện nay

4 Đối tượng nghiên cứu

Bài tập về hỗn hợp các hợp chất hữu cơ thường gặp trong các đề thi đại học, cao đẳng Đây là loại bài tập rất phổ biến trong đề thi của các năm gần đây

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xác định cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn của công tác dạy và học trong trường THPT

- Xây dựng phương pháp dạy học phù hợp với như cầu thực tiễn của bộ môn

- Xây dựng phương pháp học tập cho học sinh để nâng cao hiệu quả dạy và học

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích và tổng hợp lý thuyết, khái quát hóa các dạng bài tập để nêu ra

phương pháp giải bài tập hóa học

- Xây dựng phương pháp giải thông qua các dạng bài toán cụ thể từ đó khái quát hóa chúng

- Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả, tính đúng đắn của phương pháp thông qua kiểm định kết quả của các bài kiểm tra qua hai năm học 2012-2013 và 2013-2014

7 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu

Phương pháp giải bài tập hóa học nêu trong đề tài gắn với học sinh ôn thi đại học

và cao đẳng

8 Thời gian nghiên cứu

PHẦN II: NỘI DUNG

Vậy, nếu đốt cháy hiđrocacbon hoặc dẫn xuất chứa oxi của hiđrocacbon mà có

số mol H2O bằng số mol CO2 thì công thức có dạng CnH2nOx (x 0)

- Đốt cháy hợp chất hữu cơ có dạng: CnH2n-2Ox (x 0) (ankađien hoặc ankin:

CnH2n-2, anđehit no, hai chức, mạch hở: CnH2n-2O2 hoặc đơn chức, mạch hở có 1 liên kết đôi: CnH2n-2O, ):

n n n (với nXlà số mol của hợp chất hữu cơ) thì công thức có dạng

CnH2n-2Ox (x 0) hoặc ngược lại

- Đốt cháy hợp chất hữu cơ có dạng: CnH2n+2+xNx (x 0)(như ankan: CnH2n+2; amin no, đơn chức, mạch hở: CnH2n+3N ):

Tùy thuộc vào các chất mà bài toán cho, cần phải phân tích các đặc điểm

về thành phần phân tử, cấu tạo của các chất để tìm điểm chung giữa chúng từ đó

đi đến thành lập công thức chung

Vì đây là dạng bài tập đốt cháy nên khi đặt công thức chung ta cần định hướng tìm mối quan hệ về số cacbon, hiđro và oxi, nitơ (nếu có)

Ví dụ 1: Hỗn hợp gồm (glucozơ, fructozơ, metanal và etanoic): xác định thấy công thức của chúng đều có dạng: CnH2nOn

Ví dụ 2: Hỗn hợp gồm axit acrylic, vinyl axetat, metyl acrylat và axit oleic: trong cấu tạo của các hợp chất đều có 2 liên kết , mạch hở và chứa 2 oxi nên chúng

Ngoài ra, tùy thuộc vào từng bài toán, nếu ngoài phản ứng cháy còn phản ứng nhóm chức thì cần định hướng thêm công thức chung thể hiện nhóm chức

Ví dụ 5: Các chất CH3OH, C2H4(OH)2, C3H5(OH)3 đều thuộc dãy đồng đẳng ancol no, mạch hở, số cacbon trong phân tử bằng số nhóm chức nên công thức chung có dạng: CnH2n+2On hay CnHn+2(OH)n

Vậy từ việc phân tích đặc điểm về thành phần phân tử, về cấu tạo của từng chất mà học sinh cần đặt công thức chung sao cho phù hợp với nhiệm vụ bài toán đặt ra

Sau khi lập được công thức chung, tùy thuộc vào yêu cầu của từng bài

dụng các định luật bảo toàn như định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố

Cách 2: Theo phương pháp lập công thức chung

Suy luận: Trong phân tử glucozo, fructozo (C6H12O6), anđehit fomic (HCHO), axit axetic (CH3COOH) đều có số nguyên tử cacbon bằng số nguyên tử oxi, còn

số nguyên tử hiđro thì gấp đôi số nguyên tử cacbon nên chúng có công thức chung là CnH2nOn

Giải Gọi công thức chung của chúng là CnH2nOn

n n n

C H O nO  nCO nH

2 2

3,36 0,15

Nhận xét: Theo cách 1, với số lượng 3 phương trình hóa học mà chỉ có số mol

O2 nên học sinh nhìn nhận đây là bài toán khó và thấy lúng túng trong cách tìm lời giải Nhất là hiện nay với cách thức thi trắc nghiệm, với thời gian dành cho mỗi bài rất ít thì việc viết nhiều phương trình và đặt nhiều ẩn sẽ làm mất rất nhiều thời gian

Bằng cách lập được công thức chung thì từ việc giải bài toán với 4 chất đưa về giải bài toán còn 1 chất, chỉ phải viết 1 phương trình, làm việc với 1 ần sẽ giảm được rất nhiều thời gian và làm cho bài toán đơn giản hơn rất nhiều

3.1.2 Một số bài tập tương tự

Bài tập 1: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm anđehit fomic, axit axetic,

glucozơ và glixerol thu được 29,12 lít CO2 (đo ở đktc) và 27 gam H2O Thành phần phần trăm về khối lượng của glixerol trong hỗn hợp có giá trị là

Bài tập 2: Hỗn hợp X gồm vinyl axetat, metyl axetat và etyl fomat Đốt cháy

hoàn toàn 3,08 gam X, thu được 2,16 gam H2O Phần trăm số mol của vinyl axetat trong X là:

vinyl et t CH C CH CH có công thức phân tử là C4H6O2

Vậy công thức chung của cả ba chất là: CnH6O2

Bài tập 3: Hỗn hợp khí X gồm đimetylamin và hai hiđrocacbon đồng đẳng liên

tiếp Đốt cháy hoàn toàn 100 ml hỗn hợp X bằng một lượng oxi vừa đủ, thu được

550 ml hỗn hợp Y gồm khí và hơi nước Nếu cho Y đi qua dung dịch axit sunfuric đặc (dư) thì còn lại 250 ml khí (các thể tích khí và hơi đo ở cùng điều kiện) Công thức phân tử của hai hiđrocacbon là

A C2H4 và C3H6 B CH4 và C2H6

C C3H6 và C4H8 D C2H6 và C3H8

(Đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2010)

Giải Gọi công thức chung của đimetylamin (C2H7N) và 2 hiđrocacbon (CnHm) là

CxHyNz (x, y, z là số cacbon, hiđro, nitơ trung bình của 3 hợp chất và 0 < z < 1) Cho 550ml hỗn hợp Y gồm CO2, H2O, N2 qua H2SO4 đặc còn 250ml khí chứng tỏ:

Vậy hai hiđrocacbon đó là C2H4 và C3H6

Nhận xét: Đây là bài tập khó đối với học sinh vì vậy phải hướng dẫn học sinh vận dụng được số nitơ trung bình trong công thức chung giữa hiđrocacbon và amin đơn chức là trong khoảng (0,1) để tìm khoảng của cacbon

Bài tập 4: Hỗn hợp X có tỷ khối so với H2 là 21,2 gồm propan, propen, propin Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X, tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là

A Tăng 2,70g B Giảm 7,74g C Tăng 7,92g D Giảm 7,38g

(Đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2011) Cách 1: Theo phương pháp thông thường

Phương trình hóa học:

(14 30) 3, 42 6.

0,15 0,18.44 0,15.18 10, 62

Vậy khối lượng dung dịch giảm  18 10,62  7, 38g đáp án D

Nhận xét: So với phương pháp lập ẩn thông thường thì phương pháp giải theo cách lập công thức chung làm cho quá trình tính toán đơn giản hơn rất nhiều, từ

đó sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian làm bài của học sinh

Nếu các bài tập ở trên (Mục II.5.1) dựa vào sự giống nhau về thành phần phân

tử để tìm công thức chung thì ở bài tập này cần dựa vào sự giống nhau về cấu tạo

để tìm công thức chung của các hợp chất

Cụ thể ở bài tập này, ta nhận thấy, trong công thức cấu tạo của các chất đều có đặc điểm chung: có 2 liên kết  (1 trong nhóm COO-, 1 trong gốc hiđrocacbon),

có 2 nguyên tử oxi và gốc hiđrocacbon có mạch hở nên công thức phân tử của chúng đều có dạng: C H n 2n2O2

3.2.2 Một số bài tập tương tự

Bài tập 1: Hỗn hợp A gồm: CH3OH, C2H4(OH)2, C2H5OH, C3H5(OH)3 Đốt cháy hoàn toàn 6,54g A thu được 0,2 mol CO2 và 0,32 mol H2O A có khối lượng mol trung bình bằng

Giải Các chất CH3OH, C2H4(OH)2, C2H5OH, C3H5(OH)3 đều thuộc dãy đồng đẳng ancol no, mạch hở nên công thức chung có dạng: CnH2n+2Ox

M

Nhận xét: Ở bài tập này chúng ta dựa vào cấu tạo của các ancol: no, mạch hở để đưa ra công thức chung của chúng (mối quan hệ giữa số cacbon và số hiđro trong ancol không phụ thuộc vào số nhóm chức)

Bài tập 2: Cho hỗn hợp X gồm ancol metylic, etylen glicol và glixerol Đốt cháy

hoàn toàn m gam X thu được 6,72 lít khí CO2 (đktc) Cũng m gam X trên cho tác dụng với Na dư thu được tối đa V lít khí H2 (đktc) Giá trị của V là

A 3,36 B 11,20 C 5,60 D 6,72

(Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2012)

Giải Các chất CH3OH, C2H4(OH)2, C3H5(OH)3 đều thuộc dãy đồng đẳng ancol no, mạch hở, số cacbon trong phân tử bằng số nhóm chức nên công thức chung có dạng: CnHn+2(OH)n

Bài tập 3: Hỗn hợp X gồm axit fomic, axit acrylic, axit oxalic và axit axetic

Cho m gam X phản ứng hết với dung dịch NaHCO3 thu được 1,344 lít CO2

(đktc) Đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 2,016 lít O2 (đktc), thu được 4,84 gam

CO2 và a gam H2O Giá trị của a là

A 1,62 B 1,44 C 3,60 D 1,80

(Đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2012)

Giải Các chất trong hỗn hợp X là axit nên ta gọi công thức chung là R(COOH)x

Phương trình hóa học:

1,344

0, 06

Bài tập 4: Hỗn hợp X gồm các chất: ancol metylic, ancol etylic, ancol propylic và

nước Cho m gam X tác dụng với Na dư thu được 15,68 lít H2 (đktc) Mặt khác đốt cháy hoàn toàn m gam X thu được V lít CO2 (đktc) và 46,8g H2O Giá trị của m, V lần lượt là

Giải Gọi công thức chung của ancol metylic, ancol etylic, ancol propylic và nước là

m 1, 4(14n 18)  42g đáp án B

Nhận xét: Ở bài tập này học sinh cần xem H2O cũng có dạng công thức CnH2n+2O (với n=0) để từ đó lập công thức chung cho cả hỗn hợp

4 Bài tập áp dụng

Bài tập 1: Hỗn hợp X gồm hai axit cacboxylic đơn chức Đốt cháy hoàn toàn 0,1

mol X cần 0,24 mol O2, thu được CO2 và 0,2 mol H2O Công thức hai axit là

A HCOOH và C2H5COOH

B CH2=CHCOOH và CH2=C(CH3)COOH

C CH3COOH và C2H5COOH

D CH3COOH và CH2=CHCOOH

(Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2012)

Bài tập 2: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm hai ancol, thu được 13,44

lít khí CO2 (đktc) và 15,3 gam H2O Mặt khác, cho m gam X tác dụng với Na (dư), thu được 4,48 lít khí H2 (đktc) Giá trị của m là

A 12,9 B 15,3 C 12,3 D 16,9

(Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2012)

Bài tập 3: Hỗn hợp X gồm axit axetic, axit fomic và axit oxalic Khi cho m gam

X tác dụng với NaHCO3 (dư) thì thu được 15,68 lít khí CO2 (đo ở đktc) Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 8,96 lít khí O2 (đo ở đktc), thu được 35,2 gam CO2 và y mol H2O Giá trị của y là

(Đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2011)

Bài tập 4: Hỗn hợp khí X gồm etilen, metan, propin và vinylaxetilen có tỉ khối

so với H2 là 17 Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol hỗn hợp X rồi hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào bình dung dịch Ca(OH)2 (dư) thì khối lượng bình tăng thêm m gam Giá trị của m là

(Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2011)

Bài tập 5: Hỗn hợp X gồm ancol metylic, ancol etylic và glixerol Đốt cháy

hoàn toàn mgam X, thu được 15,68 lít khí CO2 (đo ở đktc) và 18 gam H2O Mặt khác, 80 gam X hòa tan được tối đa 29,4 gam Cu(OH)2 Phần trăm khối lượng của ancol etylic trong X là

(Đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2013)

Bài tập 6: Hỗn hợp X gồm hiđro, propen, axit acrylic, ancol anlylic (C3H5OH) Đốt cháy hoàn toàn 0,75 mol X, thu được 30,24 lít khí CO2(đo ở đktc) Đun nóng X với bột Ni một thời gian, thu được hỗn hợp Y Tỉkhối hơi của Y so với X bằng 1,25 Cho 0,1 mol Y phản ứng vừa đủ với V lít dung dịch Br2 0,1M Giá trị của V là

(Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2013)

Bài tập 7:Hỗn hợp M gồm một anken và hai amin no, đơn chức, mạch hở X và

Y là đồng đẳng kế tiếp (MX < MY) Đốt cháy hoàn toàn một lượng M cần dùng 4,536 lít O2 (đktc) thu được H2O, N2 và 2,24 lít CO2 (đktc) Chất Y là

A etylmetylamin B butylamin

(Đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2012)

Bài tập 8: Đốt cháy hoàn toàn 50 ml hỗn hợp khí X gồm trimetylamin và 2

hiđrocacbon đồng đẳng kế tiếp bằng một lượng oxi vừa đủ, thu được 375 ml hỗn hợp Y gồm khí và hơi Dẫn toàn bộ Y đ qua dung dịch H2SO4 đặc (dư) Thể tích khí còn lại là 175 ml Các thể tích khí và hơi đo ở cùng điều kiện Hai hiđrocacbon đó là

Bài tập 10: Hỗn hợp khí X gồm C2H6, C3H6 và C4H6 Tỉ khối của X so với H2

bằng 24 Đốt cháy hoàn toàn 0,96 gam X trong oxi dư rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy vào 1 lít dung dịch Ba(OH)2 0,05M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

A 9,85 B 5,91 C 13,79 D 7,88

(Đề thi tuyển sinh cao đẳng năm 2013)

Bài tập 11: Hỗn hợp X gồm axit Y đơn chức và axit Z hai chức (Y, Z có cùng

số nguyên tử cacbon) Chia X thành hai phần bằng nhau Cho phần một tác dụng hết với Na, sinh ra 4,48 lít khí H2 (đo ở đktc) Đốt cháy hoàn toàn phần hai, sinh ra 26,4 gam CO2 Công thức cấu tạo thu gọn và phần trăm về khối lượng của Z trong hỗn hợp X lần lượt là

A HOOC-CH2-COOH và 54,88%

B HOOC-COOH và 60,00%

C HOOC-COOH và 42,86%

D HOOC-CH2-COOH và 70,87%

(Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2009)

Bài tập 12: Cho hỗn hợp X gồm ancol metylic, etylen glicol và glixerol Đốt

cháy hoàn toàn m gam X thu được 6,72 lít khí CO2 (đktc) Cũng m gam X trên cho tác dụng với Na dư thu được tối đa V lít khí H2 (đktc) Giá trị của V là

Bài tập 13: Đốt cháy hoàn toàn 80,08 gam hỗn hợp X gồm C3H7OH, C2H5OH

và CH3OC3H7 thu được 95,76 gam H2O và V lít khí CO2 (đktc) Giá trị của V là?

A 129,6 lít B 87,808 lít C 119,168 lít D 112 lít

Bài tập 14: Hỗn hợp X gồm: C2H6, C2H2, C2H4 có tỷ khối so với H2 là 14,25 Đốt cháy hoàn toàn 11,4 gam X, cho sản phẩm vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình tăng m gam và có a gam kết tủa Giá trị của m

và a lần lượt là

A 68,50 và 40 B 73,12 và 70

C 51,4 và 80 D 62,4 và 80

Bài tập 15: Đốt cháy hoàn toàn hh A gồm glucozơ, anđehit fomic, axit axetic

cần 2,24 lít O2 (đo ở đktc) Dẫn sản phẩm cháy qua bình đựng Ca(OH)2 thấy