SỬ DỤNG BTE để GIẢI NHANH bài tập đốt CHÁY hợp CHẤT hữu cơ

Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chun Hùng Vương – Phú Thọ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN ELECTRON ĐỂ GIẢI NHANH BÀI TẬP ĐỐT CHÁY HỢP CHẤT HỮU CƠ Cơ sở phương pháp Trong phản ứng đốt cháy hợp chất hữu cơ, tổng số mol electron hợp chất hữu nhường tổng số mol electron oxi nhận Tính nhanh số mol electron nhường, nhận phản ứng đốt cháy hợp chất hữu Trong hợp chất, tổng số oxi hóa ngun tố Suy : Trong phân tử hợp chất hữu coi số oxi hóa ngun tố Sơ đồ phản ứng cháy : 0 0 4 2 o 1 2 t C x H y O z N t  O   C O  H O N Suy : n electron O n electron C H O N x y z t nhậ n  4n O  (4x  y  2z)n C H nhường x yOz N t Các ví dụ minh họa Ví dụ : Đốt cháy hỗn hợp X gồm 0,1 mol CH4, 0,15 mol C2H2, 0,2 mol C2H4 0,25 mol HCHO cần V lít O2 (ở đktc) Giá trị V : A 63,84 lít B 34,72 lít C 31,92 lít D 44,8 lít (Đề thi thử Đại học lần – THPT Hạ Hòa – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : ● Cách : Tính tốn theo phương trình phản ứng: o t CH  2O2   CO  2H 2O o t HCHO  O2   CO2  H O mol : 0,25  0,25 Từ phản ứng giả thiết, ta có : n O  1,425 mol, VO (đktc)  31,92 lít ● Cách : Sử dụng bảo tồn electron Theo bảo tồn electron, ta có : n O  n CH  10 n C H  12 n C H  n HCHO 2  2 4   ? 0,1 0,15 0,25 0,2  n O  1,425 mol, VO (đktc)  31,92 lít Ví dụ 2: Crackinh m gam butan, thu hỗn hợp khí X (gồm hiđrocacbon) Cho tồn X qua bình đựng dung dịch nước brom dư, thấy khối lượng bình brom tăng 5,32 gam lại 4,48 lít (đktc) hỗn hợp khí Y khơng bị hấp thụ, tỉ khối Y so với metan 1,9625 Để đốt cháy hồn tồn m gam hỗn hợp X cần dùng V lít khí O2 (đktc) Giá trị V : A 29,12 lít B 17,92 lít C 13,36 lít D 26,88 lít (Đề thi thử Đại học lần – THPT Đinh Chương Dương – Thanh Hóa, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Sơ đồ phản ứng : C3H 6Br2    C2 H Br2  CH , C3H    Br2  C H , C H  C4 H10  C H dư  10   crackinh X mol : 0,1  0,2 CH    C H  C H  10   4  to C2 H  2,5O  2CO2  H O mol : 0,15  0,375 Y, 0,2 mol o t C2 H  3O2   2CO2  2H O Theo giả thiết bảo tồn khối lượng, ta có : mol : 0,2  0,6 Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chun Hùng Vương – Phú Thọ  m C H  m X  m bình Br tăng  m Y  11,6     10 bđ 0,2.1,9625.16  5,32  11,6 n  C4 H10 bđ  58  0,2 Đốt cháy X đốt cháy C4H10 ban đầu Áp dụng bảo tồn electron phản ứng đốt cháy C4H10, ta có : n O  26 n C H 10 2  ? 0,2  n O  1,3 mol  VO  29,12 lít 2 Ví dụ 3: Hỗn hợp khí X gồm O2 O3, tỉ khối X so với H2 17,6 Hỗn hợp khí Y gồm C2H4 CH4, tỉ khối Y so với H2 11 Thể tích hỗn hợp khí X (đktc) tối thiểu cần dùng để đốt cháy hồn tồn 0,044 mol hỗn hợp khí Y : A 3,36 lít B 2,24 lít C 1,12 lít D 4,48 lít (Đề thi thử Đại học lần – Trường THPT Chun – Đại học Vinh, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Nhận thấy : M(CH4 , C2 H4 )  16  28  22 0,044  0,022 Quy đổi O2 O3 thành O Theo bảo tồn electron bảo tồn khối lượng, ta có :  n O  8n CH  12 n C H 4    ? 0,022 0,022  m  mO  (O2 , O3 ) n O  0,22  m (O2 , O3 )  m O  0,22.16  3,52  3,52  0,1 n(O2 , O3 )  17,6.2  V  0,1.22,4  2,24 lít  (O2 , O3 ) Ví dụ 4: Cho hỗn hợp chất rắn gồm CaC2, Al4C3, Ca vào nước, thu hỗn hợp X gồm khí, có hai khí có số mol Lấy  nCH  nC H  2 8,96 lít hỗn hợp X (đktc) chia làm phần Phần cho vào dung dịch AgNO3 (dư) NH3, sau phản ứng hồn tồn thấy tách 24 gam kết tủa Phần cho qua Ni, đun nóng thu hỗn hợp khí Y Thể tích O2 vừa đủ (đktc) cần dùng để đốt cháy hồn tồn Y là: A 5,6 lít B 8,4 lít C 8,96 lít D 16,8 lít (Đề thi thử Đại học lần – THPT chun Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Theo giả thiết, bảo tồn ngun tố C bảo tồn electron, ta có :  8,96  0,2 n (C H , CH , H ) X  22,4.2  2 2  24   n C2 Ag2  240  0,1  n C H  n C Ag  0,1 2  2  n CH  n H2  0,05  n O  10 n C H  n CH  n H 2  4 2  2  ? 0,1 0,05 0,05  n  0,375; V 8,4 lít  O (đktc)  O2 Ví dụ 5: Hỗn hợp X gồm vinylaxetilen hiđro có tỉ khối so với H2 16 Đun nóng hỗn hợp X thời gian thu 1,792 lít hỗn hợp khí Y (ở đktc) Hỗn hợp khí Y phản ứng vừa đủ với dung dịch chứa 25,6 gam Br2 Thể tích khơng khí (chứa 20% O2 80% N2 thể tích, đktc) cần dùng để đốt cháy hồn tồn hỗn hợp Y A 35,840 B 38,080 C 7,616 D 7,168 (Đề thi thử Đại học lần – THPT Cẩm Lý – Bắc Giang, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Sử dụng sơ đồ đường chéo, ta có : nC H nH ban đầu ban đầu  32  3x   52  32 2x Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chun Hùng Vương – Phú Thọ Gọi a số mol H2 phản ứng Theo bảo tồn số liên kết  , bảo tồn C tăng giảm số mol khí, ta có : 3 n C H  n Br phản ứng  n H phản ứng 4 2       3x 0,16 a   1,792 n Y  3x  a)   0,08   (2x    22,4  nC H n H dư y  9x  0,16  a x  0,02   5x  a  0,08 a  0,02 Đốt cháy hỗn hợp Y đốt cháy hỗn hợp X Theo bảo tồn electron, ta có : n O  20 n C H  n H  n O  0,32 4 2  2 ?  Vkhông khí 0,02.3 0,02.2  0,32.5.22,4  35,84 lít (đktc) Ví dụ 6: Hỗn hợp X gồm HCHO, CH3COOH, HCOOCH3 CH3CH(OH)COOH Đốt cháy hồn tồn X cần V lít O2 (đktc), hấp thụ hết sản phẩm cháy vào lượng dư nước vơi thu 50 gam kết tủa Giá trị V : A 7,84 B 8,40 C 11,2 D 16,8 (Đề thi thử Đại học lần – THPT Cẩm Khê – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Dễ thấy chất X có cơng thức phân tử CxH2xOx Trong phản ứng đốt cháy, theo bảo tồn ngun tố C bảo tồn electron, ta có :  50  0,5 x.n Cx H2 x Ox  n CO2  n CaCO3  100  4 x.n  nO  C x H2 x Ox 2   ? 0,5 n O  0,5  VO2 (đktc)  0,5.22,4  11,2 lít Ví dụ 7: Đốt cháy hồn tồn hỗn hợp X gồm ancol (đa chức, dãy đồng đẳng) cần vừa đủ V lít khí O2 (đktc) Sau phản ứng thu 0,25a mol CO2 6,3a gam H2O Biểu thức tính V theo a A V= 7,28a B V=14,56a C V= 4,48a D V= 8,96a (Đề thi thử Đại học lần – THPT Tĩnh Gia – Thanh Hóa, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Theo giả thiết, ta có : nH O  6,3a  0,35a  nCO  0,25a 18 X gồm ancol no  n CO   2,5 C X  n  n H O CO  2 X gồm ancol no, chức   n O X  2.(0,35a  0,25a)  0,2a   nX  Theo bảo tồn ngun tố C, H bảo tồn electron, ta có : n C  n CO  0,25a; n H  2n H O  0,7a 2  4 n  n  n  n C H O2 O X          0,25a 0,7a V 0,2a  22,4  V  7,28a Ví dụ 8: Oxi hố hồn tồn m gam hỗn hợp X gồm hai anđehit no, đơn chức, mạch hở, dãy đồng đẳng, thu (m + 8) gam hỗn hợp Y gồm hai axit Đem đốt cháy hết hỗn hợp Y cần vừa đủ 12,32 lít O2 (ở đktc) Giá trị m A 15,47 B 17,81 C 15,48 D 17,80 (Đề thi thử Đại học lần – THPT Việt n 1, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Đặt cơng thức hai anđehit X Cn H2n O Theo tăng khối lượng phản ứng oxi hóa X bảo tồn electron phản ứng Y với O2, ta có : Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chun Hùng Vương – Phú Thọ   0,5  n Cn H n O  n Cn H n O  16   O2 (6n  4)nCnH2 nO2  n     0,55 0,5  Suy : n  1,4  m Cn H2 n O  0,5.(1,4.14  16)  17,8 gam Ví dụ 9: Trung hòa 3,88 gam hỗn hợp X gồm axit cacboxylic no, đơn chức, mạch hở lượng vừa đủ NaOH, sau cạn dung dịch thu 5,2 gam muối khan Nếu đốt cháy hết 3,88 gam X thể tích oxi (đktc) cần dùng A 4,48 lít B 2,24 lít C 3,36 lít D 1,12 lít (Đề thi thử Đại học lần – THPT Cẩm Khê – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Theo tăng giảm khối lượng, giả thiết bảo tồn electron phản ứng đốt cháy X, ta có :  5,2  3,88  0,06 n CnH2 nO2  n Cn H2 n1O2Na  22  3,88 M  (14n  32)   CnH2 nO2 0,06  n     (4n  2n  2.2)n C H O O2 4 n 2n  n   ? 0,06   n O  0,15, VO (đktc)  3,36 lít 2 Ví dụ 10: Cho 7,45 gam hỗn hợp X gồm axit hữu (phân tử chứa loại nhóm chức) tác dụng hết với dung dịch NaHCO3 dư, thấy giải phóng 3,36 lít khí CO2 (đktc) Mặt khác, đốt cháy hồn tồn 7,45 gam hỗn hợp X cần dùng vừa hết 2,52 lít O2 (đktc), thu sản phẩm gồm CO2 nước Dẫn tồn sản phẩm cháy vào 150 ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau phản ứng xảy hồn tồn thấy khối lượng dung dịch Ba(OH)2 A giảm 8,65 gam B giảm 19,7 gam C tăng 11,05 gam D giảm 18,5 gam (Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh Nam Định, năm học 2012 – 2013) Hướng dẫn : Dựa vào chất phản ứng X với NaHCO3, bảo tồn ngun tố O; bảo tồn electron phản ứng đốt cháy X, ta có : n COOH  n NaHCO  n CO  0,15  n O/axit  2n  COOH  0,3 12n C  n H  16 n O/axit  7,45   0,3    nO O/axit 4n C  n H  n  2  0,3 0,1125 n CO  0,2 n  0,2  C  n H  0,25 n H2 O  0,125 Vì n CO  0,2, n Ba(OH)  0,15 2  n  2n Ba(OH)  n CO  0,1 2  BaCO3  m dd Ba(OH) giảm  m BaCO  m CO  m H O 2  3 2   0,2.44 0,125.18 0,1.197   8,65 gam  Ví dụ 11: Hỗn hợp X gồm amino axit no (chỉ có nhóm chức –COOH –NH2 phân tử), tỉ lệ mO : mN = 80 : 21 Để tác dụng vừa đủ với 3,83 gam hỗn hợp X cần 30 ml dung dịch HCl 1M Mặt khác, đốt cháy hồn tồn 3,83 gam hỗn hợp X cần 3,192 lít O2 (đktc) Dẫn tồn sản phẩm cháy (CO2, H2O N2) vào nước vơi dư khối lượng kết tủa thu A 20 gam B 13 gam C 10 gam D 15 gam (Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2012) Hướng dẫn : Theo giả thiết, ta có : Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chun Hùng Vương – Phú Thọ n N  n  NH  n HCl  0,03   n O  0,1 mol  n O 80 21  :    n N 16 14 1,5 Áp dụng bảo tồn khối lượng cho hỗn hợp X, bảo tồn electron phản ứng đốt cháy X bảo tồn ngun tố C, ta có : 12 n C  n H  m X  m N  m O  1,81       ? 3,83 0,03.14 0,1.16  ?   n H  n O  n O  0,77 C 4 n   2  ? ? 0,1 0,1425 n  0,13; n  0,25 H  C   n CaCO  n CO  n C  0,13  m CaCO3  0,13.100  13 gam Ví dụ 12: Thuỷ phân hồn tồn m gam pentapeptit mạch hở M, thu hỗn hợp gồm hai amino axit X1, X2 (đều no, mạch hở, phân tử chứa nhóm -NH2 nhóm -COOH) Đốt cháy tồn lượng X1, X2 cần dùng vừa đủ 0,255 mol O2, thu N2, H2O 0,22 mol CO2 Giá trị m A 6,34 B 7,78 C 8,62 D 7,18 (Đề thi thử Đại học lần – THPT chun KHTN Huế, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Đặt cơng thức phân tử trung bình X1, X2 Cn H 2n 1O2 N Áp dụng bảo tồn ngun tố C bảo tồn electron phản ứng đốt cháy X1 X2, ta có: n.n  n CO  0,22  Cn H2 n1O2 N (6n  3)n  n O  1,02 C H O N  n n 1 2  0,255  n.nCnH2 n1O2 N  0,22   n  2,2 n Cn H2 n1O2 N  0,1  M(5C H O N  4H O) n n 1   Theo bảo tồn ngun tố C, ta có : 5n(5C H n O N  4H O) n 1  n(5C H n O N  4H O) n O2N  0,1 n1  0,02 n1  m (5C H n  nC H n1 O2 N  4H O)  6,34 gam Ví dụ 13: X Y tripeptit hexapeptit tạo thành từ amoni axit no mạch hở, có nhóm –COOH nhóm –NH2 Đốt cháy hồn tồn 0,1 mol X O2 vừa đủ, thu sản phẩm gồm CO2, H2O N2, có tổng khối lượng 40,5 gam Nếu cho 0,15 mol Y tác dụng hồn tồn với NaOH (lấy dư 20%), sau phản ứng cạn dung dịch thu gam chất rắn ? A 9,99 gam B 87,3 gam C 94,5 gam D 107,1 gam (Đề thi thử Đại học lần – THPT Hồng Lĩnh, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Theo giả thiết, suy :  X (3Cn H 2n 1O2 N  2H2 O) (M  42n  105)  Y (6Cn H 2n 1O2 N  5H O) (M  84n  192) Theo giả thiết bảo tồn electron bảo tồn khối lượng, ta có :  4n O  (18n  9)n X  (18n  9).0,1   mX mO   m (CO , H O, N ) 2  2  2   0,1.(42n 105) 0,025.(18n  9).32 40,5   n    M Y  84n  192  360 Trong phản ứng Y với NaOH, theo chất phản ứng bảo tồn khối lượng, ta có :  Y  muối  H O   6NaOH       0,15 mol 0,9 mol 0,15 mol    m NaOH  m chất rắn  m H O  m Y       0,15.360 (0,9  0,9.20%)40  0,15.18 ?  m chất rắn  94,5 gam  317 pentapeptit M Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chun Hùng Vương – Phú Thọ Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng