skkn phương pháp giải các bài tập về ankin

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀITrong quá trình giảng dạy bộ môn hóa học lớp 11 chuyên và không chuyên cũng như trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi thi Olympic Hóa học cấp tỉnh, cấp quốc gia, bản t

A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong quá trình giảng dạy bộ môn hóa học lớp 11 chuyên và không chuyên cũng như trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi thi Olympic Hóa học cấp tỉnh, cấp quốc gia, bản thân tôi nhận thấy đa số các em gặp rất nhiều khó khăn trong việc giải các bài toán về ankin, một dạng bài tập phổ biến trong các đề thi học sinh giỏi, đề thi tốt nghiệp trung học phổ thông, đề thi tuyển sinh vào các trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp trong những năm gần đây Để giúp các em giải các bài toán

về ankin một cách có hiệu quả, bản thân tôi mạnh dạn chọn đề tài “phương pháp giải các bài tập về ankin” làm đề tài sáng kiến kinh nghiệm của mình

Vì khả năng và kinh nghiệm có hạn nên các sai sót là không thể tránh khỏi, tôi mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp và các em học sinh

B NỘI DUNG

I LÝ THUYẾT

1 Bài tập về phản ứng đốt cháy

3n 1

2





t

  nCO2 + (n-1)H2O

CO H O ankin( p ­ )

H O

O ( p ­ ) CO

n

2

2 Bài tập về phản ứng cộng hiđro

Phản ứng xảy ra 2 giai đoạn:

CnH2n-2 + H2   Ni,­to CnH2n (1)

CnH2n + H2   Ni,­to CnH2n+2 (2)

* Tốc độ hiđro hóa ankin thành anken lớn hơn tốc độ hiđro hóa anken thành ankan

* Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với cacbon, ta có:  

2

X Y H ( p ­ )

n n n (X: hỗn hợp trước phản ứng, Y: hỗn hợp sau phản ứng)

* Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có: mXmY

X / Y

n M

d

n M

* Vì X và Y chứa cùng số mol C và H nên khi đốt cháy X hay Y đều cho cùng kết quả (cùng nO ( p ­ ) 2 ,­nCO 2,­nH O 2 ), do đó có thể dùng kết quả đốt cháy X để áp dụng cho Y

* Giả sử các phản ứng xảy ra hoàn toàn và n H2 ≥ 2nankin:

CnH2n-2 + 2H2   Ni,­to CnH2n+ 2

* Giả sử các phản ứng xảy ra hoàn toàn và dư H2:

CnH2n-2 + 2H2   Ni,­to CnH2n+ 2

3 Bài tập về phản ứng thế kim loại nặng (Áp dụng cho ank-1-in)

R-C≡CH + [Ag(NH3)2]+ + OH

-

 R-C≡CAg↓ + 2NH3 + H2O HC≡CH + 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH

-

 AgC≡CAg↓ + 4NH3 + 2H2O

* Khối lượng bình tăng = khối lượng ank-1-in

II BÀI TẬP ÁP DỤNG

1 Bài tập phản ứng cháy

Ví dụ 1: Đốt cháy 1 hiđrocacbon A mạch hở, có dA / KK 1,5 cần 8,96 lit O2, phản ứng tạo ra 6,72 lit CO2 Xác định dãy đồng đẳng của A, CTPT và CTCT của A, biết các thể tích khí đo ở đktc

Giải:

Ta có: CO 2

6,72

22, 4

2

O ( p ­ )

8, 96

22, 4

H O O ( p ­ ) CO

n 2n 2n 2.0, 4 2.0,3 0, 2­(mol)

n n → A chứa ít nhất 2 liên kết π

A / KK

d 1,5 → MA < 1,5.29 = 43,5 → A chứa tối đa 3 nguyên tử cacbon

Gọi mC, mH lần lượt là khối lượng của các nguyên tố C và H, ta có:

2

m 12n 12.0,3 3,6 (gam) ; mH 2nH O 2 2.0, 2 0, 4 (gam)

→ 123,6x 0y,4 → 3x 4y → CTPT của A: (C3H4)n

Do số nguyên tử cacbon tối đa bằng 3 → n = 1

→ CTPT của A: C3H4

→ A có thể là ankin hay ankađien

CTCT của A: CH3-C≡CH, CH2=C=CH2

Ví dụ 2: Đốt cháy 1 hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon A, B thuộc cùng dãy đồng đẳng thu

được 19,712 lit CO2 (đktc) và 10,08 gam H2O

a) Xác định dãy đồng đẳng của A, B (chỉ có thể là ankan, anken, ankin)

b) Xác định CTPT và CTCT có thể có của A, B biết rằng A, B đều ở thể khí ở đktc c) Tính thể tích O2 dùng để đốt cháy hết lượng hỗn hợp X trên

Giải:

a) Ta có: CO 2

19,712

22, 4

10,08

22, 4

n n → A, B thuộc họ ankin

b) A: CnH2n-2: a (mol)

B: CmH2m-2: b (mol)

n 2n 2

3n 1

O 2

  nCO2(n 1)H O 2

2 2

n  n   a b 0,88 0,56 0,32 (mol) 

→ nCO 2 0,88

a b 0,32



4

2 nnm →

CTCT:

2 Bài tập về phản ứng cộng hiđro

Ví dụ 1: Một bình kín dung tích 2 lit ở 27,30C chứa 0,03 mol C2H2; 0,015mol C2H4 và 0,04 mol H2 có áp suất P1 Tính P1

Nếu trong bình kín đã có 1 ít bột Ni làm xúc tác Nung bình đến nhiệt độ cao để phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau đó đưa về t0 ban đầu thu được hỗn hợp khí A có áp suất

P2 Tính P2

Cho hỗn hợp A tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 thu được 3,6 gam kết tủa Tính thành phần % về thể tích của các chất trong hỗn hợp A

Giải:

1

0,085.22, 4.273.1,1

273.2

Ta có: nH 2 2nC H 2 2 nC H 2 4→ H2 phản ứng hết

2

S T H ( p ­ )

n n n 0,085 0,04 0,045­(mol)

2

0,045.22, 4.273.1,1

273.2

Theo giả thiết sau phản ứng còn dư C2H2:

CH≡CH + 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH-   C2Ag2↓ + 4NH3 + 2H2O

0,015 (mol) 0 , 015 ( )

240

6 , 3

mol



→ Số mol C2H2 tham gia phản ứng = 0,03 – 0,015 = 0,015 (mol)

C2H2 + H2   Ni,­to C2H4 (1)

0,015 0,015 0,015

A: CH≡CH

B: CH3-C≡C-CH3, CH3-CH2-C≡CH

A: C≡CH

B: CH3-C≡CH

A: C2H2; B: C3H4

A: C2H2, B: C4H6

C2H4 + H2   Ni,­t  C2H6 (2)

0,025 0,025 0,025

→ Số mol các chất trong hỗn hợp A: C2H2: 0,015 (mol); C2H4: 0,015 + 0,015 - 0,025 = 0,005 (mol); C2H6: 0,025 mol

→ C H 2 2

0,015

0,045

0,005

0,045

  ; %VC H 2 6 55,6%

Ví dụ 2: Nhiệt phân CH4 ở giai đoạn trung gian, thổi toàn bộ hỗn hợp thu được qua ống có Ni nung nóng được hỗn hợp khí A có M 12,12 Trong A chứa hỗn hợp A1

(gồm 3 hiđrocacbon có cùng số cacbon trong phân tử) Biết hiđrocacbon chứa nhiều

hiđro nhất nặng 24 gam, chiếm

5

2 thể tích A1 và 1 mol A1 nặng 28,4 (gam) Tính thành phần phần trăm về thể tích các chất trong A và A1

Giải:

2CH4 t o

  C2H2 + 3H2 (1)

C2H2 + H2

o

Ni, t

   C2H4 (2)

C2H2 + 2H2

o

Ni, t

   C2H6 (3)

A1:

Theo giả thiết: C H2 6

24

30

0,8.5

2

1

A 24 26x 28(2 0,8 x)

2

→ x = 0,4 (mol) → y = 0,8 (mol)

A1:

C H ( p ­ ) C H (2) C H (3)

→ nC H (1) 2 2 1,6 0, 4 2 (mol) 

→ nH (1) 2 3.2 6 (mol)

H (p ­ ) C H (2) C H (3)

C2H2: x (mol)

C2H4: y (mol)

C2H6: z (mol)

C2H2: 20%

C2H4: 40%

C2H6: 40%

→   

2

H (d ­ )

n 6 2, 4 3,6­(mol)

A 16t 2.28, 4 2.3,6

5, 6 t

4

CH (d ­ )

t n ; ­t 0)

→ t = 1

Vậy A:

Ví dụ 3: Hỗn hợp Z gồm 0,15 mol CH4; 0,09 mol C2H2 và 0,2 mol H2 Nung nóng hỗn hợp Z với xúc tác Ni thu được hỗn hợp Y Cho Y qua dung dịch Br2 dư thu được hỗn hợp khí A có M 16 Độ tăng khối lượng dung dịch Br2 là 0,82 gam Tính số mol mỗi chất trong A

Giải:

Nung hỗn hợp Z với xúc tác Ni:

C2H2 + H2   Ni,­to C2H4

a a a

C2H2 + 2H2   Ni,­to C2H6

b 2b b

Gọi a, b lần lượt là số mol của C2H4 và C2H6 có trong hỗn hợp Y

→ Hỗn hợp Y gồm: 0,15 mol CH4; a mol C2H4; b mol C2H6; (0,09 - a - b) mol C2H2; (0,2 - a - 2b) mol H2

Cho Y qua dung dịch Br2 dư:

C2H4 + Br2 → C2H4Br2

C2H2 + 2Br2 → C2H2Br4

Độ tăng khối lượng bình đựng dung dịch Br2: 28a + 26(0,09 – a – b) = 0,82 (*)

Hỗn hợp A gồm: 0,15 mol CH4, b mol C2H6, (0,2 – a – 2b) mol H2

Ta có: A 16.0,15 30b 0, 4 2a 4b

0,15 b 0, 2 a 2b

Từ (*) và (**) → a = 0,02 mol, b = 0,06 mol

→ Số mol mỗi chất trong A: 0,15 mol CH4, 0,06 mol C2H6, 0,06 mol H2

Ví dụ 4: Dẫn V lít (ở đktc) hỗn hợp X gồm axetilen và hiđro đi qua ống sứ đựng bột

niken nung nóng, thu được khí Y Dẫn Y vào lượng dư AgNO3 trong dung dịch NH3

C2H2: 0,4 (mol) → 6,06%

C2H4: 0,8 (mol) → 12,12%

C2H6: 0,8 (mol) → 12,12%

CH4(dư): 1 (mol) → 15,15%

H2(dư): 3,6 (mol) → 54,55%

thu được 12 gam kết tủa Khí đi ra khỏi dung dịch phản ứng vừa đủ với 16 gam brom

và còn lại khí Z Đốt cháy hoàn toàn khí Z thu được 2,24 lít khí CO2 (ở đktc) và 4,5 gam nước Tính V

Giải:

C2H2 + H2

o

Ni, t

   C2H4

0,1 0,1 0,1

C2H2 + 2H2

o

Ni,t

   C2H6

0,05 0,1 0,05

CH≡CH + 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH-   C2Ag2↓ + 4NH3 + 2H2O

240

12



CH2=CH2 + Br2   CH2Br-CH2Br

0,1 0 , 1

160

16



C2H6 +

2

7

O2 t o

  2CO2 + 3H2O 0,05 0 , 1

4 , 22

24 , 2

 0,15 2H2 + O2 t o

  2H2O

18

5 , 4





→ nC H (X) 2 2 0,1 0,05 0, 05 0, 2 (mol)  

nH (X) 2 0,1 0,05.2 0,1 0,3 (mol)  

→ V = (0,2+0,3)22,4 = 11,2

3 Bài tập về phản ứng thế kim loại nặng

Ví dụ 1: Cho 17,92 lit hỗn hợp X gồm 3 hiđrocacbon khí: ankan, anken, ankin lấy theo

tỉ lệ thể tích 1 : 1 : 2 lội qua lượng dư AgNO3 trong dung dịch NH3, thu được 96 gam kết tủa và hỗn hợp khí Y Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp khí Y thu 13,44 lit khí CO2 Xác định CTCT của 3 hiđrocacbon

Giải:

Gọi a, b, c lần lượt là số mol của CnH2n+2, CmH2m,CpH2p-2

→ a + b + c =17,92/22,4 = 0,8 (mol)

Mặt khác: a : b : c = 1 : 1 : 2 → a = b = 0,2 (mol); c = 0,4 (mol)

X + AgNO3/NH3 dư:

CpH2p-2 + xAgNO3 + xNH3 → CpH2p-2Agx↓ + xNH4NO3

0,4 (mol) 0,4 (mol)

14p 2 107x  

→ 5,6p + 42,8x = 96,8

Theo giả thiết ankin phản ứng với AgNO3/NH3 → ankin phải là axetilen hoặc ank-1-in

→ x = 1, 2

x = 1 → p = 96 (loại)

x = 2 → p = 2 (C2H2: CH≡CH)

Hỗn hợp khí Y:

Phản ứng cháy:

o

t

3m

2

0,2 0,2m

o

t

3n 1

2





0,2 0,2n

→ 0,2m + 0,2n =13,44/22,4 = 0,6 → m + n = 3 (m ≥ 2, n ≥ 1) → m = 2, n = 1

→ X: CH4, CH2=CH2, CH≡CH

Ví dụ 2: Một hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon A, B thuộc cùng 1 dãy đồng đẳng (đều ở

thể khí ở đktc) Để đốt cháy hết X cần dùng vừa đủ 20,16 lit O2 (đktc) và phản ứng tạo

ra 7,2 gam H2O

a) Xác định dãy đồng đẳng của A, B; các CTPT có thể có của A, B (chỉ có thể là ankan, anken, ankin)

b) Xác định CTCT đúng của A, B biết rằng khi cho lượng hỗn hợp X trên tác dụng với lượng dư AgNO3 trong dung dịch NH3 thu được 62,7 gam kết tủa

Giải:

a) H O2

7, 2

18

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với oxi, ta có:

H O

CO O ( p ­ )

n 20,16 0, 4

2 22, 4 0, 2

CmH2m: 0,2 (mol)

CnH2n+2: 0,2 (mol)

2 2

n n → A, B thuộc họ ankin

A: CnH2n-2 (a mol)

B: CmH2m-2 (b mol)

Công thức chung của 2 ankin: C Hn 2n 2

o

t

n 2n 2

3n 1

C H O nCO (n 1)H O

2





a+b n(a b) (n 1)(a b) 

→ nCO2  nH O2    a b a b 0,7 0, 4 0,3 (mol)   

→ nCO 2 0,7 7

n

a b 0,3 3



Giả sử n < m

→

→

b) Cặp C2H2, C3H4:

Ta có hệ: 2a 3b 0,7

a b 0,3

  → a 0, 2(mol)b 0,1(mol)



Cả hai đều là ank-1-in nên đều cho kết tủa với AgNO3/NH3:

CH≡CH + 2AgNO3 + 2NH3 → C2Ag2↓ + 2NH4NO3

0,2 0,2

CH3-C≡CH + AgNO3 + NH3 → CH3-C≡CAg↓ + 2NH4NO3

0,1 0,1

→ Khối lượng kết tủa = 240.0,2 + 147.0,1 = 62,7 gam (đúng)

Cặp C2H2, C4H6:

Ta có hệ: 2a 4b 0,7

a b 0,3

  → a 0, 25(mol)

b 0,05(mol)





Trường hợp 1: CH≡CH & CH3-CH2-C≡CH

CH≡CH + 2AgNO3 + 2NH3 → C2Ag2↓ + 2NH4NO3

0,25 0,25

CH3-CH2-C≡CH + AgNO3 + NH3 → CH3-CH2-C≡CAg↓ + 2NH4NO3

0,05 0,05

n 2, m 3 

n 2, m 4 

C2H2, C3H4

C2H2, C4H6

→ Khối lượng kết tủa = 240.0,25 + 161.0,05 = 68,05 gam (Loại)

Trường hợp 2: CH≡CH & CH3-C≡C-CH3

→ Khối lượng kết tủa = 240.0,25 = 60 gam (Loại)

Vậy: A là CH≡CH, B là CH3-C≡CH

C KẾT LUẬN

Qua việc áp dụng phương pháp giải các bài tập về ankin cho học sinh lớp

11 chuyên và không chuyên bước đầu đã thu được một số kết quả nhất định:

- Giúp các em cám thấy tư tin hơn khi giải các bài tập về ankin.

- Giúp các em học sinh khá giỏi tìm ra cách giải đặc biệt ngắn gọn, tối ưu nhất.

- Bằng kiến thức ở sách giáo khoa, học sinh có thể làm được, tránh được sự

gò bó.

- Giúp các em cố gắng đào sâu suy nghĩ, nặng về tư duy Hoá học, không sa vào tính toán phức tạp, phù hợp với chủ trương ra đề thi của Bộ giáo dục và đào tạo.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Đề thi tuyển sinh vào các trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp - môn Hoá học - nhà xuất bản giáo dục - 1996.

2 Giới thiệu đề thi tuyển sinh năm học 1997 - 1998 môn Hoá học - nhà xuất bản giáo dục - 1997.

3 Giới thiệu đề thi tuyển sinh năm học 1998 - 1999 môn Hoá học - nhà xuất bản giáo dục - 1998.

4 Giới thiệu đề thi tuyển sinh năm học 1999 - 2000 môn Hoá học - nhà xuất bản giáo dục - 1999.

5 Tuyển tập đề thi Olympic 30 4 lần thứ V năm 1999 môn Hoá học 11 -nhà xuất bản giáo dục - 1999.

6 Phương pháp giải toán hoá hữu cơ - Nguyễn Thanh Khuyến - nhà xuất bản trẻ - 1998.

7 Tuyển tập bài giảng Hóa học hữu cơ - Cao Cự Giác - nhà xuất bản đại học quốc gia Hà Nội - 2001.

MỤC LỤC

A Lý do chọn đề tài 1

B Nội dung 2

I Lý thuyết 2

II Bài tập ứng dụng 3

1 Bài tập phản ứng cháy 3

2 Bài tập phản ứng cộng hiđro 4

3 Bài tập về phản ứng thế kim loại nặng 7

C Kết luận 11

Tài liệu tham khảo 12