Ứng dụng độ bất bão hòa giải bài tập hóa hữu thầy võ văn thiện

Ứng dụng độ bất bão hòa giải bài tập hóa hữu cơ Bài viết được đăng trên Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng Võ Văn Thiện-Bookgol Đại học Y Dược TP.HCM I.. Độ Bất Bão Hòa - Độ bất bão hòa của

Ứng dụng độ bất bão hòa giải bài tập hóa hữu cơ (Bài viết được đăng trên Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng)

Võ Văn Thiện-Bookgol Đại học Y Dược TP.HCM

I Độ Bất Bão Hòa

- Độ bất bão hòa của hợp chất hữu cơ là đại lượng đặc trưng cho mức độ không no của phân tử hợp chất hữu cơ

- Độ bất bão hòa của hợp chất hữu cơ là đại lượng đặc trưng cho mức độ không no của phân tử hợp chất hữu cơ

 Độ bất bão hòa thường ký hiệu là k

- Với k là tổng số  và vòng của phân tử đó

- Hợp chất hữu cơ mạch hở thì k=a+b ( với a là số liên kết  ở gốc hidrocacbon và b là số liên kết  ở nhóm chức

 Công thức :

2

i

a ,bilần lượt là hóa trị, số nguyên tử của nguyên

tố thứ i

 Ví dụ : Hợp chất C H O3 4 2 có độ bất bão hòa là

2 (4 2) 3 (1 2) 4 (2 2) 2

2 2

II,Ứng dụng

1.Liên kết  trung bình

- Hợp chất hữu cơ mạch hở có độ bất bão hòa bằng số liên kết 

 Kí hiệu tb

2

n n tb

n

    với a a a1, 2, 3 an lần lượt là số mol của các hợp chất hữu cơ và    1, 2, 3 n lần lượt là số liên kết  tương ứng của các hợp chất hữu cơ đó

2.Phản ứng đốt cháy với Oxi

 Bảng Công thức thể hiện mối liên hệ giữa số mol CO2, H 2 O, (hoặc N 2 )

và độ bất bão hòa trong phản ứng đốt cháy

Hợp

Chất

Hữu

cơ

Độ Bất bão

hòa k

Công thức thể hiện mối liên hệ giữa số mol CO2,

H2O, (hoặc N2)và k

Các trường hợp cụ thể: Dạng tổng quát:

CnH2n+2+t-2kNtOz

2

k  

.( 1)

x H y C O O

n k n n Ankan C Hn 2n2, k  0:

n  n  n

Anken C H , k  1

2 2

n  n

Ankin C Hn 2n2, k  2

n  n  n

x y z

2

.( 1)

x y O z CO H O

C H

n k n n Ancol X no đơn,mạch hở,

C H  O k  :

n  n  n

Anđehit X no,đơn chức mạch hở, C H O kn 2n ,  1 :

n  n

Axit X hoặc este X no, đơn chức, mạch hở,

C H O k  :

n  n

x y t

2

( 1 0,5 )

x y t

C H N CO H O

n k  t n n

hay

C H N

n k n n n

Amin no, đơn chức, mạch

hở C Hn 2n3N, k  0:

.( 1,5)

n   n  n

hay

.( 1)

n  n n n

x y t

2

( 1 0,5 )

C H N O CO H O

n k  t n n

hay

( 1)

C H N O

n k n n n

Amino axit X no,đơn chức,mạch hở phân tử có chứa 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm – COOH

C H  NO k  :

n n

C H N O C O H O

hay

n  n  n

X:

C H

Và

Y:

x y t

C H N

2 2

n k  n k   t n n Hỗn hợp X gồm:ankin

n

C H  k  và amin

C H  k  :

C H C H CO H O

n  n   n n

 Chứng minh:

* Đối với Hidrocacbon C H

2 (4 2) (1 2) 2 2

k

Vậy công thức của Hidrocacbon được viết ở dạng khác C Hn 2n 2 2k

Giả sử đốt cháy hoàn toàn CxHy sau phản ứng thu được CO2 và H2O

Ta có: 2

x y

CO

C H

n

x

n

x y

H O

C H

n y n

 thay vào biểu thức:

2

x y x y

x y

x y x y

 

 

*Đối với hỗn hợp gồm X:CnHm và Y:CxHyNt

Ta có biểu thức liên hệ với CO2 và H2O như sau :

n k   n k   t   n   n

 Chứng minh:

- Khi đốt X :

n k   n  n (1)

- Khi đốt Y:

n k   t  n  n (2)

 (1)+(2), ta được:

n k   n k   t   n   n

Như Các trường hợp còn lại chứng minh tương tự

 -Trường hợp đặc biệt :

Các   aminoaxit no, mạch hở phân tử có 1 nhóm  NH2 và 1 nhóm COOH

có dạngC Hn 2n1NO k2,  1

Các peptit tạo từ các   aminoaxit đó có dạng :

.

2) 2

C H NO t H O C H N O

t n

t

t n t t

Vậy đối với peptit tạo bởi các   aminoaxit trên có k t.Công thức mối liên hệ là:

Vị dụ:

Đipeptit tạo bởi   aminoaxit no mạch hở,phân tử có 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm – COOH,k=t=2 :CnH2nN2O3 ,Ta có:

(0, 5.2 1)

Tripeptit tạo bởi   aminoaxit no mạch hở,phân tử có 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH,k=t=3 :CH N O ,Ta có:

2 2 2 2

2.Phản ứng với H 2 và dung dịch Br 2

Xét các phản ứng:

Từ đó suy ra :

n 2 n 2 2 k

sè mol cña C H

 

 



Tương tự đối với Br2 ta có:

n 2 n 2 2 k

sè mol cña C H

 

 

 



(1)+(2), ta được :

n 2 n 2 2 k 2 2

n 2 n 2 2 k

sè mol cña C H

 

 





III,Ví dụ minh họa

1: Hỗn hợp X gồm các amin đơn chức và các hidrocacbon đều mạch hở.Đốt cháy

hoàn toàn 0,1 mol X thu được V1 (lít) CO2 8,96(lít) H2O(đktc)và V2(lít)N2.Mặt khác 0,1 mol X phản ứng vừa đủ với 0,15mol H2.Tổng thể tích của CO2 và N

2-(lít)(đktc) là:

A 2,016 B 10,08 C 1,568 D 13,44

Hướng dẫn giải

Cơ chế phản ứng với H2:

X+kH2Y(hợp chất hữu cơ no)

 2 0,15

1, 5 0,1

H

X

n

k

n

X có dạng : C H Nx y tvới k=1,5 nên ta sử dụng công thức :

2 2

1,5

0, 45 22, 4 10, 08



CO N

V

2 : Hỗn hợp X gồm etilen , 2 ankan đồng đẳng và hidrocacbon mạch hở M Đốt

cháy hoàn toàn 0,6 mol X thu được hỗn hợp chứa 1,4 mol H2O và 1,5 mol

CO2.M là :

A. C H2 6 B C H3 6 C.C H3 4 D.C H3 8

Hướng dẫn giải

Nhận xét : Hỗn hợp X mạch hở có dạng C Hx y chứa k liên kết 

Theo công thức :

7

6

n k n n  k

Vì 7

6

k  nên trong X có ít nhất 1 hidrocacbon có số liên kết lớn hơn 7

6

Theo đáp án chỉ có C H3 4 thỏa mãn.Đáp án C

3 : Hỗn hợp X gồm 3 este mạch hở đều có dạng CH3COOR trong đó tỉ lệ khối lượng 216

31

C

H

m

m  Cho 0,2 mol X làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa 0,1 mol

2

Br Mặt khác đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol X thu được m(gam)CO2.Giá trị của

m là :

Hướng dẫn giải

Giả sử X có k +1 liên kết  suy ra gốc –R có k liên kết 

0,2 mol X làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa 0,1 mol Br2=>

2 0,1

0, 5

0, 2

Br

x

n

k

n

Vậy X có dạng C Hx 2x   2 2 (k 1)O2  C Hx 2x1O2

C H





4 : Hỗn hợp A chứa X và Y là 2 andehit đều no , mạch hở(MX<MY).Đốt cháy hoàn toàn 0,4 mol hỗn hợp A cần dùng 0,52 mol O2 thu được 0,64 mol

CO2.Mặt khác 0,4 mol A làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa a mol Br2.Giá trị của a là:

Hướng dẫn giải

A: C Hn 2n 2 2kOk

BTNT O:

(A)

k

Theo công thức ta có : n kA(   1) nCO  nH O  0, 4( k   1) 0,64  nH O

2

k  n 

Nhận xét : 2 0, 64

1, 6

0, 4

CO

A

n n n

   X hoặc Y có C=1và MX<MY

X :HCHO

Dễ thấy : n=k=1,6 mà X :C=O=1Y: C=OY chỉ có thể là :OHC-CHO

Ta có :

0,4

liên kết đôi C=C; Z là este 2 chức tạo bởi etylen glicol và axit Y (X, Y, Z, đều mạch hở,số mol Y bằng số mol Z) Đốt cháy a(gam) hỗn hợp E chứa X, Y, Z

có khả năng tráng bạc.Khối lượng của X trong E là

A 8,6 gam B 6,6 gam C 6,0 gam D 7,4 gam

Hướng dẫn giải

Theocôngthức:

1 1  x 2 1  y 4 1 y0, 33 0, 29  y 0, 01 x 0,11

2

3

0,11 0, 01 0, 01 14

CO

tb

E

n

n



6 : Cho X,Y là hợp chất đồng đẳng của axit acrylic và M X M Y ;Z là ancol có cùng số nguyên tử cacbon với X,T là este 2 chức tạo bỡi X,Y và Z.Đốt cháy hoàn toàn 11,16 gam hỗn hợp E gồm X,Y,Z,T cần vừa đủ 13,216(l) O2 (đktc) thu được CO2 và 9,26(g) nước.Mặt khác lượng E trên tác dụng tối đa với 0,04mol Br2.Khối lượng muối thu được khi cho cùng 1 lượng E trên tác dụng KOH dư là ?

A 4,68 B 5,44 C 5,04 D 5,8

Hướng dẫn giải

2

13, 216

0,59

22, 4

O

2

9,38

0,52 18

H O

Theo định luật bảo toàn khối lượng :

11,16 0, 52 32  m CO 9, 38m CO 20, 68n CO 0, 47

Dễ thấy :Este 2 chức và

n  n => ancol no,2 chức Nên ta gọi :

T C H O k z mol





  







Bảo toàn O :2 x  2 y  4 z  0,59.2  0, 47.2 0,52(1) 

Khi tác dụng với Br2 ta có : 2 1  x 4 2z0,05(2)

Theo công thức : (2-1)x+(0-1)y+(4-1)z=0,47-0,52(3)

Từ (1),(2),(3) suy ra : x  0,02; y  0,1; z  0,01

0, 02 0,1 0, 01 13

CO

E

E

n

C

n



  nên Z : C H O3 8 2

Bảo toàn C :0, 02n3.0,1 0, 01(2 n 3) 0, 47 n 3,5

X,Y :C H O3,5 5 2

Khi E tác dụng KOH tạo ra muối C H2,5 4COOK

2,5 4 COOK 0, 02 0, 01 2 0, 04

2,5 4 COOK 0, 04 117 4, 68

m

2

NH

1

V V

x  

V V

x  

V V

x  

V V

x  

Hướng dẫn giải

 0,13 3, 2 4,25 3,25

Áp dụng công thức :

3,25

5



V V

8 : Petit X,Y lần lượt có công thức tổng quát dạngC H O Nq p t 3, C H O Nm n k 4(X,Y được tạo từ 1   aminoaxit M chỉ 1 nhóm  NH2 và 1 nhóm COOH).Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Q gồm 3amol X và 2amol Y cần dùng 85,68(lit)O2

(dktc) thu được hỗn hợp gồm CO H O N2, 2 , 2, trong đó tổng khối lượng của

CO H O là 204,5 gam.Xác định M :

A.Alanin B glyxin C valin D axit 2-aminobutanoic

Hướng dẫn giải



Theo công thức ta có :

3,4

3 2

a a



BTNT O ta được :

4,4

a

Ta có hệ :





Xét trong Q : 2 3, 4

6,8

3 0,1 2 0,1

CO tb Q

n C n



X hoặc Y có C  6,8 vì X là tripeptit nên C=6 => M chỉ có thể là glyxin

9 : Đốt cháy hoàn toàn X gồm axit cacboxylic no đơn chức mạch hở A và

aminoaxit no chứa 1 nhóm –NH2 và a nhóm –COOH B thu được m(mol)CO2

,n(mol) H2O và b (mol) N2.Biết rằng n-m=0,09.Giá trị của b là :

A 0,08 B 0,1 C 0,09 D 0,07

Hướng dẫn giải

:

A k

X

B k a







Theo công thức ta có:

1 0,5.1

0,

09

a

a

n

m n









 k X 1

X có dạng: CxHyNtOz với k X 1







X

10 : X là hỗn hợp amin no 2 chức mạch hở,Y là hỗn hợp aminoaxit no mạch hở

chứa 1 nhóm  NH2 và 2 nhóm COOH Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp E gồm 0,06 mol X và 0,12 mol Y cần dùng 30,912(l) O2 ( dktc) thu được N2 , CO2

và m(g)H O2 Giá trị của m là :

Hướng dẫn giải

2

4

X C H N











tb

N

tb

k



4 3

4

3

tb

E C H N O k

BTNT O:

(Y)

Theo công thức :

2 2

4 0,06 0,12 4

3 3





tb

2

2

1, 06

1,12









CO

H O

n

m n

IV.Bài Tập Tự Luyện

1,Hỗn hợp X gồm propylamin,etylamin và Hidrocacbon M.Đốt cháy hoàn toàn 0,4(mol) X thu được 26,88(lít) H O2 (đktc) và 24,64(lít) hỗn hợp CO2và N2.M là: A.CH4 B.C2H4 C.C2H6 D.C3H8

2,X là aminoaxit no chứa 1 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH.Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp E chứa X và terapeptit tạo từ X thu được 24,84(gam)

H2O và 1,44 (mol) CO2.Khối lượng của E là :

A.46,44 B.44,44 C.47,5 D.43,56

3, X là axit cacboxylic đơn chứa, không no chứa một liên kết đôi C=C,Y là este tạo

từ axit X ,axit axetic và etylen glicol.Đốt cháy hoàn toàn 11,56(gam) hỗn hợp E gồm X,Y và axit axetic ( trong đó số mol axit axetic bằng số mol Y) thu được tổng khối lượng H2O, CO2 là 27,24 Mặt khác hỗn hợp E tác dụng vừa đủ với 0,16 (mol) NaOH.Khối lượng của X trong E :

A.7,2 B.8,62 C.9,36 D.10,08

4,Đốt cháy 0,1(mol) hỗn hợp X gồm ancol A và amin B(A,B đều no đơn chức mạch hở) có tỉ khối so với H2 là 33,3 cần dùng a(mol) O2.Giá trị của a là :

A.0,333 B.0,6 C.0,4 D.0,555

5*, Hỗn hợp X gồm etilen,propin, but-1-in, vinyl axetilen,anđehit axetic,trong đó chiếm 1/7 về thể tích.Nung nóng 0,42 mol hỗn hợp X với 0,54 mol H2(xúc tác Ni),sau một thời gian thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 bằng 467/21.Dẫn Y qua bình đựng dung dịch AgNO3/NH3 dư,thấy có 0,06 mol AgNO3 phản ứng và thu được m gam kết tủa, khí thoát ra chỉ chứa các hidrocacbon(không có ankadien) dẫn qua bình đựng dung dịch Br2 dư thấy khối lượng brom phản ứng là 22,4, đồng thời khối lượng của bình tăng là 5,6 gam.Tiếp tục thấy 4,032 lít hỗn hợp khí T thoát ra có tỉ khối so với H2 bằng 212/9.Biết rằng đốt cháy 0,42 mol hỗn hợp X trên cần dùng 1,65 mol O2 Giá trị của m là:

A 8,3.

B 6,4 C 4,0 D 9,6

6, Hỗn hợp X gồm C2H2,C2H6 và C3H6.Đốt cháy hoàn toàn 24,8g hỗn hợp X thu được 28,8g nước.Mặt khác 0,5 mol hỗn hợp này tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa 0,625 mol Br2.Khối lượng của C2H2 trong X:

A 15,79.

B 10,2 C 11 D 9,4