SỞ GD-ĐT QUẢNG TRỊ PHÒNG GD-ĐT THỊ XÃ QUẢNG TRỊ CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA RƯỢU , AXIT , ESTE . 1 THỊ XÃ QUẢNG TRỊ THÁNG 11 NĂM 2010 PHẦN A : LÝ THUYẾT Rượu : Công thức tổng quát : R(OH) x ( x ≥ 1 , Rgốc hiđrocacbon ) Hoặc : C n H 2n+2 -2a-x (OH) x (a là số liên kết π kém bền ) Hoặc : C x H y O z ( y ≤ 2x + 2 , y chẳn ) Ancol etylic – Dãy đồng đẳng ankanol: + CTCT mạch hở , chỉ có liên kết đơn +CTPT có dạng : C n H 2n+1 OH ( n ≥ 1) +Chất đại diện : Ancol etylic : C 2 H 5 OH I, Tính chất hóa học : 1, Phản ứng cháy : C n H 2n+1 OH + 3n/2 O 2 0 t → nCO 2 + (n+1) H 2 O 2, Tác dụng với kim loại Na , K : C n H 2n+1 OH + Na → C n H 2n+1 ONa + 1/2 H 2 3,Phản ứng đêhiđrat hóa : C n H 2n+1 OH 2 4 0 170 H SO dac C → f C n H 2n + H 2 O 2C n H 2n+1 OH 2 4 0 140 H SO dac C → p C n H 2n+1 O C n H 2n+1 + H 2 O *Phản ứng đềhiđro hóa và đêhiđrat hóa của ancol etylic : 2C 2 H 5 OH 2 3 0 400 Al O C → CH 2 = CH-CH=CH 2 + H 2 +2H 2 O 4, Phản oxi hóa rượu : + Oxi hóa rượu bậc 1: R-CH 2 OH +O 2 0 ,Cu t → R- CHO + H 2 O Nếu tiếp tục oxi hóa tạo ra axit R-CHO + O 2 2 Mn + → R-COOH + Oxi hóa rượu bậc 2: R- CHOH –R 1 + O 2 0 ,Cu t → R-CO-R 1 + H 2 O 5, Phản ứng este hóa : ROH + HCl → RCl + H 2 O ROH + R 1 COOH 0 2 4 ,H SO dac t → ROCOR 1 + H 2 O II, Điều chế : 1, Anken cộng nước : C n H 2n + H 2 O 2 4 H SO loang → C n H 2n+1 OH 2, Thủy phân dẩn xuất halogen trong môi trường kiềm : R-X + NaOH 0 2 ,H O t → R-OH + NaX 3,Hiđro hoá anđehit hoặc xeton R-CHO + H 2 0 ,Ni t → R-CH 2 OH . R-CO-R 1 + H 2 0 ,Ni t → R-CHOH-R 1 * Ancol etylic : Điều chế đi từ tinh bột hoặc xenlulozơ (-C 6 H 10 O 5 -) n + nH 2 O H + → nC 6 H 12 O 6 C 6 H 12 O 6 menruou → 2C 2 H 5 OH + CO 2 2 *Điều chế rượu metylic : CO + 2H 2 0 ,500 200 ZnO C atm → CH 3 OH *Lưu ý : Nếu rượu không no ( có liên kết π kém bền ) ngoài tính chất hóa học của rượu còn có tính chất hóa học của hiđrocacbon không no . Axit : Công thức tổng quát : R(COOH) x (R : gốc hiđrocacbon , x ≥ 1) . Axit axetic – Dãy đồng đẳng axit axetic (ankanoic) +CTCT mạch hở , có nhóm – OH liên kết với nhóm = CO tạo thành nhóm – COOH làm cho phân tử có tính axit . +CTPT C n H 2n+1 COOH (n ≥ 0) +Chất đại diện axit axetic : CH 3 COOH . I,Tính chất hóa học : 1,Tính axit : +Tác dụng với chất chỉ thị màu DD C n H 2n+1 COOH + quỳ tím → hóa đỏ . +Tác dụng với oxit bazơ : 2C n H 2n+1 COOH + CuO → (C n H 2n+1 COO) 2 Cu + H 2 O +Tác dụng với bazơ : C n H 2n+1 COOH + NaOH → C n H 2n+1 COONa + H 2 O +Tác dụng với kim loại : C n H 2n+1 COOH + Na → C n H 2n+1 COONa + 1/2H 2 +Tác dụng với muối cacbonat : 2C n H 2n+1 COOH + CaCO 3 → (C n H 2n+1 COO) 2 Ca + CO 2 +H 2 O 2,Phản ứng este hóa : R-COOH + R 1 OH 0 2 4 ,H SO dac t → R-COO-R 1 + H 2 O II, Điều chế : 1,Oxi hóa rượu bậc 1 → Anđêhit → Axit . R-CH 2 OH + O 2 0 ,Cu t → R-CHO + H 2 O R-CHO + O 2 2 muoiMn + → R-COOH + H 2 O 2,Thủy phân este : R-COO-R 1 + H 2 O H + → R-COOH + R 1 OH . 3, Oxi hóa cắt mạch anken mạch dài (n.>4) R-CH 2 -CH 2 –R 1 + O 2 0 , ,xuctac t P → R-COOH + R 1 COOH + H 2 O *Điều chế CH 3 COOH : 1,Oxi hóa ancol etylic ( lên men giấm) C 2 H 5 OH + O 2 mengiam → CH 3 COOH + H 2 O 2, Đi từ axetilen : C 2 H 2 + H 2 O 0 4 ,80HgSO C → CH 3 CHO 2CH 3 CHO + O 2 2 0 ,70muoiMn C + → 2CH 3 COOH 3,Oxi hóa etilen : 2C 2 H 4 + O 2 2 2 0 / 100 ,30 CuCl PbCl C atm → 2CH 3 CHO 2CH 3 CHO + O 2 2 0 ,70muoiMn C + → 2CH 3 COOH . 3 4,Đi từ butan : CH 3 -CH 2 - CH 2 -CH 3 + O 2 0 , ,xuctac t P → 2CH 3 COOH + H 2 O . *Điều chế axit fomic : CO + NaOH 0 ,t Pcao → H-COONa 2HCOONa + H 2 SO 4 → 2HCOOH + Na 2 SO 4 *Lưu ý : Axit không no ( có liên kết π kém bền ) ngoài tính chất hóa học của axit còn có tính chất hóa học của hiđrocacbon không no . Este : Este là sản phẩm tách nước giữa rượu và axit tương ứng ( phản ứng este hóa ) CTPT tổng quát của este tạo bởi axit đơn chức và rượu đơn chức : R-COO-R 1 CTPT tổng quát của este tạo bởi axit đa chức và rượu đơn chức : R(COO-R 1 ) n CTPT tổng quát của este tạo bởi axit đơn chức và rượu đa chức : (R-COO) m R 1 I,Tính chất hóa học của este : Phản ứng thủy phân trong môi trường axit hoặc kiềm : RCOOR 1 + H 2 O 0 ,H t + → RCOOH + R 1 OH RCOOR 1 + NaOH 0 ,kiem t → RCOONa + R 1 OH . 2,Điều chế este : +Phản ứng este hóa : RCOOH + R 1 OH 0 2 4 ,H SO dac t → RCOOR 1 + H 2 O +Phản ứng giữa muối natri cacboxylat và dẩn xuất halogen : RCOONa + R 1 X 2N cocheS → RCOOR 1 + NaX 4 PHẦN B : BÀI TẬP Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ : I,Khi biết % nguyên tố hoặc khối lượng sản phẩm đốt cháy và khối lượng mol của hợp chất . BT1: Đốt cháy hoàn toàn 7,3 gam một hợp chất hữu cơ A thu được 13,2 gam CO 2 và 4,5 gam H 2 O .Mặt khác hóa hơi hoàn toàn 29,2 gam chất hữu cơ trên thu được thể tích hơi bằng với thể tích của 6,4gam O 2 ( trong cùng điều kiện ). Tìm CTPT chất hữu cơ trên . Giải . Đốt cháy chất hữu cơ A thu được CO 2 và H 2 O ⇒ A chứa C, H và có thể có O . m C = 13,2 × 12 : 44 = 3,6gam ; m H = 4,5 × 2 : 18 = 0,5gam ; m O = 7,3 – ( 3,6 + 0,5 ) = 3,2g M A = 29,2 × 32 : 6,4 = 146 gam Gọi CTĐG của A là C x H y O z Tỉ lệ : 12 x: y:16 z = 3,6 : 0.5 : 3,2 ⇒ x : y : z = 3 : 5 : 2 Vậy CTĐG : C 3 H 5 O 2 CTPT ( C 3 H 5 O 2 ) n = 146 ⇒ n = 2 Vậy CTPT C 6 H 10 O 4 . BT2 :Đốt cháy hoàn toàn 0,75gam rượu X ,cho sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình đựng lượng dư dd Ba(OH) 2 thấy khối lượng bình đựng dung dịch tăng 2,55gam và có 7,3875 gam kết tủa .Tỉ khối của X so với không khí nằm trong khoảng 2,0 → 2,1 . Tìm CTPT và CTCT của X . Đáp số : C 3 H 8 O BT3 : Đốt cháy hoàn toàn 0,1mol chất A cần 6,72 lit O 2 (đktc) sản phẩm cháy gồm 4,48lít CO 2 và 5,4g H 2 O . a, Tìm CTPT của A . b, B là đồng phân của A và dễ bay hơi hơn A .Viết CTCT của A và B và viết PTHH theo sơ đồ biến hóa sau : (1) (2) (3) (5) (6) 1 2 4 5 A A A A A B→ → → → → Đáp số : A là C 2 H 5 OH ; B là CH 3 OCH 3 II, Lập CTPT dựa vào khối lượng mol trung bình :: BT4 : Hổn hợp Z chứa 3 axit cacboxylic : A là C n H 2n+1 COOH ; B là C m H 2m+1 COOH và D là C a H 2a- 1 COOH (Với n ,m ,a là các số nguyên dương , m = n +1) .Cho 74 gam Z tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH rồi cô cạn dung dịch sau phản ứng , thu được 101,5 gam hổn hợp muối khan . Mặt khác đốt cháy hoàn toàn 14,8 gam Z thu được 11,2 lít CO 2 ( đktc) . Xác định CTCT của A , B , D . Giải : Đặt CT trung bình của 3 axit là RCOOH . Cho Z tác dụng với dung dịch NaOH RCOOH + NaOH → RCOONa + H 2 O (1) Theo (1) n RCOOH = n RCOONa ⇒ 74 101,5 45 67 R R M M = + + ⇒ M R = 14,2 ⇒ M RCOOH = 14,2 + 45 = 59,2 ⇒ Phải có một axit có M nhỏ hơn 59,2 ; axit đó chỉ có thể là HCOOH ( axit A ) ⇒ n = 0 ; m = n +1 Vậy m =1 ; khi đó axit B là CH 3 COOH . 5 Gọi x,y,z lần lượt là số mol của HCOOH , CH 3 COOH , C a H 2a-1 COOH có trong 14,8 gam hổn hợp Z Đốt cháy 14,8 gam hổn hợp Z ta có : HCOOH +1/2 O 2 0 t → CO 2 + H 2 O xmol xmol CH 3 COOH + 2 O 2 0 t → 2CO 2 + 2 H 2 O ymol 2ymol C a H 2a-1 COOH + (2a - 1)/2 O 2 0 t → (a +1)CO 2 +a H 2 O z mol (a+1)z mol Ta có hệ PT x +y +z = 14,8 : 59,2 46x + 60y + (14a +44 ) z = 14,8 x + 2y + ( a+1) z = 11,2 : 22,4 x + y + z = 0,25 ⇔ 2x + 2y + 44 ( x+y +z) + 14( az + y) = 14,8 x + y +z + y + az = 0,5 x + y +z = 0,25 x + y = 0,15 ⇔ x + y = 0,15 ⇔ z = 0,1 y + az = 0,25 y + az = 0,15 ⇔ y = 0,25 – 0,1a ta có : 0 < y < 0,15 Suy ra : 0 < 0,25 – 0,1a < 0,15 ⇒ 1 < a < 2,5 vậy a = 2 Vậy CTHH của D là C 2 H 3 COOH . ( CH 2 = CH – COOH ) BT 5 : A là este đơn chức của một axit no RCOOH và rượu R 1 OH . khi thủy phân hoàn toàn 7,4 gam A người ta dùng 45,5 ml dd NaOH 10% ( d = 1,1 g/ml ) lượng xút đã dùng dư 25% .Xác định CTPT , viết CTCT của A . Đáp số : C 3 H 6 O 2 III, Lập CTPT dựa vào công thức tổng quát để biện luận : BT6 : Một hợp chất có công thức C x H y O z có M = 60gam . Viết các CTCT của các hợp chất đó và cho biết chúng có phải là đồng phân của nhau không ? Giải : Ta có : C x H y O z 12x + y + 16z = 60 Trường hợp 1 : z =1 ta có : 12x + y = 44 ⇒ y = 44 – 12x mà y ≤ 2x +2 Suy ra : 44 – 12x < 2x +2 ⇒ 14x > 42 ⇒ x > 3 Mặt khác 12x < 44 ⇒ x < 3,66 Vậy x = 3 ⇒ 12 × 3 + y = 44 ; vậy y = 8 Vậy CTPT là C 3 H 8 O Có 3 đồng phân : CH 3 -CH 2 - CH 2 – OH ; CH 3 – CH – OH ; CH 3 – O – CH 2 – CH 3 CH 3 Trường hợp 2 : z =2 Ta có : 12x + y = 28 ⇒ y = 28 – 12x mà y ≤ 2x +2 Suy ra 28 – 12x ≤ 2x + 2 ⇒ x > 1,88 Mặt khác 28 > 12x ⇒ x < 2,33 Suy ra x = 2 , y = 4 Vậy CTPT là C 2 H 4 O 2 6 Các đồng phân là : CH 3 COOH ; HCOOCH 3 ; HO - CH 2 - CHO BT7: Công thức nguyên của một loại rượu mạch hở là ( CH 3 O) n .Hãy biện luận để xác định CTPT của rượu nói trên . Giải :Từ công thức nguyên (CH 3 O) n ta viết lại được C n H 2n (OH) n Công thức tổng quát của rượu mạch hở là C m H 2m+2 -2k-a (OH) a Trong đó k là liên kết π kém bền trong gốc hiđrocacbon . Ta có n = m 2n = 2m + 2 - 2k – a ⇒ n = 2 – 2k ( k : nguyên dương ) n = a Ta có bảng biện luận : k 0 1 2 n 2 0 -2 Kết quả Chọn loại loại Vậy CTPT của rượu là C 2 H 4 (OH) 2 BT 8: Có 3 hợp chất hữu cơ A, B , D chứa C, H , O đều có khối lượng phân tử là 46 .chỉ có A,B tác dụng với Na giải phóng khí X , B tác dụng với NaHCO 3 giải phóng khí Y .Xác định CTCT của A,B, D và viết PTHH của các phản ứng xảy ra . Đáp số : A là C 2 H 5 OH ; B là HCOOH ; D là CH 3 OCH 3 . IV , Lập CTPT dựa vào % khối lượng của một nguyên tố BT9 : Một hợp chất hữư cơ A có công thức C 6 H y O z .Phần trăm khối lượng oxi là 44,44% .Tìm CTPT của A . Giải : Theo bài ra ta có 16 44,44 4 72 16 100 9 z y z = = + + ⇒ 144z = 288 + 4y + 64z ⇒ 4y = 80z – 288 ⇒ y = 20z – 72 Nhưng trong hợp chất hữu cơ C x H y O z ta luôn có : y ≤ 2x + 2 Do đó : 20z – 72 ≤ 2 × 6 +2 Suy ra : 20z ≤ 86 ⇒ z ≤ 4,3 Từ biểu thức y = 20z – 72 ta có bảng sau : z 1 2 3 4 y -52 -32 -12 8 Kết quả Loại loại loại chọn Vậy CTPT của A là C 6 H 8 O 4 BT10 :X , Y là 2 hợp chất hữu cơ chứa C , H , O .Phân tử mỗi chất đều chứa 53,33% oxi về khối lượng . Khối lượng mol của Y gấp 1,5 lần khối lượng mol của X . Đốt cháy hết 0,02 mol hổn hợp X ,Y cần 0,05 mol oxi .Tìm CTPT của X và Y . Đáp số : X là C 2 H 4 O 2 ; Y là C 3 H 6 O 3 . V , Lập CTPT bằng phương pháp khí nhiên kế :. 7 BT11: Đốt cháy 200ml hơi một chất hữu cơ A chứa C , H , O trong 900 ml O 2 (dư) .Thể tích sau phản ứng là 1300ml .Sau khi cho nước ngưng tụ còn 700ml và sau hổn hợp khí còn lại lội qua dung dịch KOH dư thấy chỉ còn 100ml . Xác định CTPT của A ( các khí đo ở cùng điều kiện ) Giải : Sơ đồ bài toán : 200ml A CO 2 CO 2 dot → H 2 O 2 H O− → 2 CO− → O 2 dư 900ml O 2 (dư ) O 2 dư O 2 dư 1300ml 700ml 100ml Theo sơ dồ trên ta có : VH 2 O = 1300 – 700 = 600ml VCO 2 = 700 – 100 = 600ml VO 2 phản ứng = 900 – 100 = 800ml Ta có PTHH : C x H y O z + ( ) 4 2 y z x + − O 2 0 t → xCO 2 + y/2 H 2 O 1mol : ( ) 4 2 y z x + − mol : xmol : y/2 mol 200 : 800 : 600 : 700 Giải ra ta được x =3 ; y = 6 ; z = 1 Vậy CTPT của A là C 3 H 6 O BT 12: Cho hợp chất hữư cơ Y chứa C , H , O . Đốt cháy hết 0,2mol Y bằng lượng oxi vừa đủ là 8,96lít (đktc) .Cho sản phẩm đốt cháy đi chậm qua bình 1 đựng 100g dung dịch H 2 SO 4 96,48% dư , bình 2 đựng lượng dư dung dịch KOH và toàn bộ sản phẩm cháy đó hấp thụ hết .Sau khi thí nghiệm thấy nồng độ dung dịch H 2 SO 4 ở bình 1là 90% , bình 2 có 55,2g muối tạo thành . Xác định CTPT và CTCT của Y , Biết rằng Y tác dụng với KHCO 3 giải phóng CO 2 . Đáp số : CTPT là C 2 H 4 O 2 ; CTCT là CH 3 COOH . VI, Một số dạng bài tổng hợp : BT13:Đốt cháy hoàn toàn 0,74g một hợp chất hữu cơ X mạch hở chứa các nguyên tố C ,H , O .Cho sản phẩm lần lượt đi qua ống 1 đựng P 2 O 5 dư và ống 2 đựng KOH dư .Sau thí nghiệm thấy ống 1 tăng 0,54g , ống 2 tăng 1,32g . a, Tìm CTPT của X biết tỉ khối của X so với He là 18,5 . b, Viết CTCT của tất cả các chất mạch hở có CTPT như X và chỉ rỏ chất nào tác dụng được với Na , NaOh , NaHCO 3 c, Xác định CTCT chính xác của X , biết rằng khi đun nóng 0,74g X với 100g dung dịch NaOH 4 % sau đó đem cô cạn thu được 4,42 g chất rắn khan . Giải : a, M X = 18,5 × 4 = 74g n X = 0,74 : 74 = 0,01mol Khối lượng bình 1 tăng 0,54g ⇒ P 2 O 5 hấp thụ H 2 O ⇒ m 1 tăng = 2 0,54 H O m g= ⇒ 2 0,54 0,03 18 H O n mol= = Khối lượng bình 2 tăng 1,32g ⇒ KOH hấp thụ CO 2 ⇒ m 2 tăng = 2 1,32 CO m g= 8 ⇒ 2 1,32 0,03 44 CO n mol= = VPT : C x H y O z + ( ) 4 2 y z x + − O 2 0 t → xCO 2 + y/2H 2 O 0,01mol : 0,03mol : 0,03mol ⇒ x = 3 ; y =6 Ta có : 12 × 3 + 6+ 16z = 74 ⇒ z = 2 Vậy CTPT của X là C 3 H 6 O 2 b, CTCT có thể có của X là : +CH 2 OH – COH = CH 2 ; CH 2 OH – CH = CHOH tác dụng được với Na không bền . Chuyển thành : CH 2 OH -CH 2 - CHO , CH 3 -CHOH – CHO +CH 3 – CH 2 – COOH tác dụng được với Na , NaOH , NaHCO 3 . +CH 3 – COO – CH 3 ; H – COO – C 2 H 5 tác dụng được với NaOH Chuyển thành : CH 3 – O – CH 2 – CHO ; CH 2 – CO – CH 3 . c, 0,74 0,01 74 X n mol= = ; 4 100 0,1 40 100 NaOH n mol × = = × VPT : RCOOR 1 + NaOH 0 t → RCOONa + R 1 OH 0,01mol : 0,01mol : 0,01mol n NaOH dư = 0,1 – 0,01 = 0,09 mol ⇒ m NaOH dư = 0,09 × 40 = 3,6g m RCOONa = 4,42 – 3,6 = 0,82g M RCOONa = 0,82 : 0,01 = 82 g ⇒ R = 82 – 67 = 15 ⇒ R có gốc CH 3 Vậy CTCT của X là CH 3 OCH 3 BT14: Chia hổn hợp A gồm rượu etylic và rượu X (C x H y (OH) 3 )thành 2 phần bằng nhau . Cho phần 1 tác dụng hết với Na thu dược 15,68lit H 2 (đktc) .Đốt cháy hoàn toàn phần 2 thu dược 35,54 lít khí CO 2 (đktc) và 39,6gam H 2 O . Tìm CTPT , Viết CTCT của rượu X biết rằng mỗi nguyên tử cacbon chỉ liên kết với 1 nhóm – OH . Đáp Số :CTPT của X là C 3 H 5 (OH) 3 ; CTCT là CH 2 OH – CHOH – CH 2 OH . BT15:Hổn hợp 3 ancol đơn chức A , B , C có tổng số mol là 0,08 mol và khối lượng là 3,38g . Xác định công thức cấu tạo của ancol B và C . Biết rằng B và C có cùng số nguyên tử C trong phân tử và số mol ancol A bằng 5/3 tổng số mol ancol B và C , M B > M C . Đáp số : A là CH 3 OH B và C có 2 cặp nghiệm : C 3 H 5 OH và C 3 H 7 OH ; C 3 H 3 OH và C 3 H 7 OH 9 . không no . Este : Este là sản phẩm tách nước giữa rượu và axit tương ứng ( phản ứng este hóa ) CTPT tổng quát của este tạo bởi axit đơn chức và rượu đơn chức : R-COO-R 1 CTPT tổng quát của este tạo. GD-ĐT QUẢNG TRỊ PHÒNG GD-ĐT THỊ XÃ QUẢNG TRỊ CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA RƯỢU , AXIT , ESTE . 1 THỊ XÃ QUẢNG TRỊ THÁNG 11 NĂM 2010 PHẦN A : LÝ THUYẾT Rượu : Công thức. chức và rượu đơn chức : R(COO-R 1 ) n CTPT tổng quát của este tạo bởi axit đơn chức và rượu đa chức : (R-COO) m R 1 I,Tính chất hóa học của este : Phản ứng thủy phân trong môi trường axit hoặc kiềm