CHUYÊN ĐỀ 4 : SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON ĐỂ GIẢI NHANH BÀI TẬP ĐỐT CHÁY HỢP CHẤT HỮU CƠ 1.. Cơ sở của phương pháp Trong phản ứng đốt cháy hợp chất hữu cơ, tổng số mol electro
Trang 1CHUYÊN ĐỀ 4 : SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON ĐỂ
GIẢI NHANH BÀI TẬP ĐỐT CHÁY HỢP CHẤT HỮU CƠ
1 Cơ sở của phương pháp
Trong phản ứng đốt cháy hợp chất hữu cơ, tổng số mol electron hợp chất hữu cơ nhường bằng tổng số mol
electron oxi nhận
2 Tính nhanh số mol electron nhường, nhận trong phản ứng đốt cháy hợp chất hữu cơ
Trong hợp chất, tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng 0 Suy ra : Trong phân tử hợp chất hữu cơ có thể
coi số oxi hóa của từng nguyên tố bằng 0
Sơ đồ phản ứng cháy :
o
t
2
Suy ra :
3 Ví dụ minh họa
Ví dụ 1 : Đốt cháy hỗn hợp X gồm 0,1 mol CH4, 0,15 mol C2H2, 0,2 mol C2H4 và 0,25 mol HCHO cần V lít
O2 (ở đktc) Giá trị của V là :
A 63,84 lít B 34,72 lít
(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
● Cách 1 : Tính toán theo phương trình phản ứng:
o
o
o
t
t
t
mol : 0,1 0,2
mol : 0,15 0,375
mol : 0,2 0,6
o
t
mol : 0,25 0,25
Từ các phản ứng và giả thiết, ta có :
n 1,425 mol, V 31,92 lít
● Cách 2 : Sử dụng bảo toàn electron
Theo bảo toàn electron, ta có :
0,25
n 1,425 mol, V 31,92 lít
Ví dụ 2: Crackinh m gam butan, thu được hỗn hợp khí X (gồm 5 hiđrocacbon) Cho toàn bộ X qua bình
đựng dung dịch nước brom dư, thấy khối lượng bình brom tăng 5,32 gam và còn lại 4,48 lít (đktc) hỗn hợp khí
Y không bị hấp thụ, tỉ khối hơi của Y so với metan bằng 1,9625 Để đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X trên
cần dùng V lít khí O2 (đktc) Giá trị của V là :
C 13,36 lít D 26,88 lít
(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT Đinh Chương Dương – Thanh Hóa, năm học 2013 – 2014)
Trang 2Hướng dẫn giải
Sơ đồ phản ứng :
3 6 2
2 4 2
4 3 6 crackinh
4 10 X
4
2 6
4 10
Y, 0,2 mol
C H Br
C H Br
CH , C H
C H dö
CH
C H
C H
Theo giả thiết và bảo toàn khối lượng, ta có :
4 10 bñ 2
4 10 bñ
C H X bình Br taêng Y
0,2.1,9625.16 5,32
C H
11,6
58
Đốt cháy X cũng chính là đốt cháy C4H10 ban đầu
Áp dụng bảo toàn electron trong phản ứng đốt cháy C4H10, ta có :
O 2 C H 4 10
4 n 26 n
n 1,3 mol V 29,12 lít
Ví dụ 3: Hỗn hợp khí X gồm O2 và O3, tỉ khối của X so với H2 là 17,6 Hỗn hợp khí Y gồm C2H4 và CH4, tỉ
khối của Y so với H2 là 11 Thể tích hỗn hợp khí X (đktc) tối thiểu cần dùng để đốt cháy hoàn toàn 0,044 mol
hỗn hợp khí Y là :
A 3,36 lít B 2,24 lít
C 1,12 lít D 4,48 lít
(Đề thi thử Đại học lần 1 – Trường THPT Chuyên – Đại học Vinh, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Nhận thấy : (CH , C H )4 2 4 16 28
2
4 2 4
0,044
2
Quy đổi O2 và O3 thành O Theo bảo toàn electron và bảo toàn khối lượng, ta có :
2 3
2 3
2 3
2 3
O
(O , O )
(O , O )
n 0,22
3,52
17,6.2
V 0,1.22,4 2,24 lít
Ví dụ 4: Cho hỗn hợp chất rắn gồm CaC2, Al4C3, Ca vào nước, thu được hỗn hợp X gồm 3 khí, trong đó có
hai khí có cùng số mol Lấy 8,96 lít hỗn hợp X (đktc) chia làm 2 phần bằng nhau Phần 1 cho vào dung dịch
AgNO3 (dư) trong NH3, sau phản ứng hoàn toàn thấy tách ra 24 gam kết tủa Phần 2 cho qua Ni, đun nóng thu
được hỗn hợp khí Y Thể tích O2 vừa đủ (đktc) cần dùng để đốt cháy hoàn toàn Y là:
2
Br
Trang 3A 5,6 lít B 8,4 lít
C 8,96 lít D 16,8 lít
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải Theo giả thiết, bảo tồn nguyên tố C và bảo tồn electron, ta cĩ :
2 2 4 2
2 2
2 2 2 2
1 (C H , CH , H ) trong X
2
C Ag
8,96
22,4.2 24
240
Ví dụ 5: Hỗn hợp X gồm vinylaxetilen và hiđro cĩ tỉ khối hơi so với H2 là 16 Đun nĩng hỗn hợp X một
thời gian thu được 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 và 80% N2 về thể tích, ở đktc) cần dùng để đốt cháy hồn tồn hỗn
hợp Y là
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Cẩm Lý – Bắc Giang, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Sử dụng sơ đồ đường chéo, ta cĩ :
4 4
2
C H ban đầu
H ban đầu
Gọi a là số mol H2 phản ứng Theo sự bảo tồn số liên kết , bảo tồn C và sự tăng giảm số mol khí, ta cĩ :
C H 4 y H dư2
Y
1,792
22,4
9x 0,16 a x 0,02
5x a 0,08 a 0,02
Đốt cháy hỗn hợp Y cũng chính là đốt cháy hỗn hợp X Theo bảo tồn electron, ta cĩ :
O 2 C H 4 4 H 2 O 2
không khí (đktc)
V 0,32.5.22,4 35,84 lít
Ví dụ 6: Hỗn hợp X gồm HCHO, CH3COOH, HCOOCH3 và CH3CH(OH)COOH Đốt cháy hồn tồn X
cần V lít O2 (đktc), hấp thụ hết sản phẩm cháy vào một lượng dư nước vơi trong thu được 50 gam kết tủa Giá
trị của V là :
A 7,84 B 8,40
C 11,2 D 16,8
(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT Cẩm Khê – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Trang 4Dễ thấy các chất trong X đều cĩ cơng thức phân tử là CxH2xOx
Trong phản ứng đốt cháy, theo bảo tồn nguyên tố C và bảo tồn electron, ta cĩ:
x 2 x x 2
2
2
? 0,5
O
O (đktc)
50
100
V 0,5.22,4 11,2 lít
Ví dụ 7: Đốt cháy hồn tồn hỗn hợp X gồm 2 ancol (đa chức, cùng dãy đồng đẳng) cần vừa đủ V lít khí
O2 (đktc) Sau phản ứng thu được 0,25a mol CO2 và 6,3a gam H2O Biểu thức tính V theo a là
C V= 4,48a D V= 8,96a
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Tĩnh Gia 2 – Thanh Hĩa, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải Theo giả thiết, ta cĩ :
6,3a
18
2
X
CO X
O trong X
n
X gồm 2 ancol no
n
X gồm 2 ancol no, 2 chức
n 2.(0,35a 0,25a) 0,2a
Theo bảo tồn nguyên tố C, H và bảo tồn electron, ta cĩ :
2
0,7a
22,4
Ví dụ 8: Oxi hố hồn tồn m gam hỗn hợp X gồm hai anđehit no, đơn chức, mạch hở, kế tiếp nhau trong
dãy đồng đẳng, thu được (m + 8) gam hỗn hợp Y gồm hai axit Mặt khác, đem đốt cháy hết hỗn hợp X cần vừa
đủ 12,32 lít O2 (ở đktc) Giá trị m là
(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT Xuân Áng 1, Khê – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Đặt cơng thức của hai anđehit trong X là C H O.n 2n
Theo sự tăng khối lượng trong phản ứng oxi hĩa X và bảo tồn electron trong phản ứng của X với O2, ta cĩ
:
2
n 2 n n 2 n
2
n 2 n
0,55 0,5
8
16
Suy ra :
Trang 5n 2 n
C H O
3,2
n
3
14.3,2
3
Ví dụ 9: Trung hòa 3,88 gam hỗn hợp X gồm 2 axit cacboxylic no, đơn chức, mạch hở bằng một lượng vừa
đủ NaOH, sau đó cô cạn dung dịch thì thu được 5,2 gam muối khan Nếu đốt cháy hết 3,88 gam X thì thể tích
oxi (đktc) cần dùng là
A 4,48 lít B 2,24 lít
C 3,36 lít D 1,12 lít
(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT Cẩm Khê – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải Theo sự tăng giảm khối lượng, giả thiết và bảo toàn electron trong phản ứng đốt cháy X, ta có :
n 2 n n 2 n 1
2
n 2 n
C H O
5,2 3,88
22 3,88
0,06
7
n
3
4 n (4n 2n 2.2)n
Ví dụ 10: Cho 7,45 gam hỗn hợp X gồm các axit hữu cơ (phân tử chỉ chứa một loại nhóm chức) tác dụng
hết với dung dịch NaHCO3 dư, thấy giải phóng 3,36 lít khí CO2 (đktc) Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 7,45 gam
hỗn hợp X cần dùng vừa hết 2,52 lít O2 (đktc), thu được sản phẩm gồm CO2 và hơi nước Dẫn toàn bộ sản
phẩm cháy vào 150 ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy khối lượng dung dịch
Ba(OH)2
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 bản chất phản ứng của X với NaHCO3, bảo toàn nguyên tố O; bảo toàn electron trong
phản ứng đốt cháy X, ta có :
2
2
2
0,3
CO C
H O H
n 0,2
n 0,25
0,2.44 0,125.18 0,1.197
Trang 6Ví dụ 11: Hỗn hợp X gồm 2 amino axit no (chỉ có nhóm chức –COOH và –NH2 trong phân tử), trong đó 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 hoàn toàn 3,83 gam hỗn hợp X cần 3,192 lít O2 (đktc) Dẫn toàn bộ sản phẩm cháy (CO2, H2O và
N2) vào nước vôi trong dư thì khối lượng kết tủa thu được là
A 20 gam B 13 gam
C 10 gam D 15 gam
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2012)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết, ta có :
2
O O
N
n 0,1 mol
:
Áp dụng bảo toàn khối lượng cho hỗn hợp X, bảo toàn electron trong phản ứng đốt cháy X và bảo toàn
nguyên tố C, ta có :
3
?
CaCO
n 0,13; n 0,25
Ví dụ 12: Thuỷ phân hoàn toàn m gam một pentapeptit mạch hở M, thu được hỗn hợp gồm hai amino axit
X1, X2 (đều no, mạch hở, phân tử chứa một nhóm -NH2 và một nhóm -COOH) Đốt cháy toàn bộ lượng X1, X2
ở trên cần dùng vừa đủ 0,255 mol O2, chỉ thu được N2, H2O và 0,22 mol CO2 Giá trị của m là
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên KHTN Huế, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Đặt công thức phân tử trung bình của X1, X2 là C Hn 2n 1O N.2
Áp dụng bảo toàn nguyên tố C và bảo toàn electron trong phản ứng đốt cháy X1 và X2, ta có:
n 2 n 1
n 2 n 1
2
n 2 n 1
2
n 2 n 1
0,255
n 2,2
n 2 n 1
pentapeptit M
Theo bảo toàn nguyên tố C, ta có :
n 2 n 1 n 2 n 1
n 2 n 1
n 2 n 1
Trang 7Ví dụ 13: X và Y lần lượt là các tripeptit và hexapeptit được tạo thành từ cùng một amoni axit no mạch hở,
cĩ một nhĩm –COOH và một nhĩm –NH2 Đốt cháy hồn tồn 0,1 mol X bằng O2 vừa đủ, thu được sản phẩm
gồm CO2, H2O và N2, cĩ tổng khối lượng là 40,5 gam Nếu cho 0,15 mol Y tác dụng hồn tồn với NaOH (lấy
dư 20%), sau phản ứng cơ cạn dung dịch thu được bao nhiêu gam chất rắn ?
A 9,99 gam B 87,3 gam
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Hồng Lĩnh, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải Theo giả thiết, suy ra :
X là (3C H O N 2H O) (M 42n 105)
Y là (6C H O N 5H O) (M 84n 192)
Theo giả thiết và bảo tồn electron và bảo tồn khối lượng, ta cĩ :
2
Y
4n (18n 9)n (18n 9).0,1
n 2
M 84n 192 360
Trong phản ứng của Y với NaOH, theo bản chất phản ứng và bảo tồn khối lượng, ta cĩ :
2
chất rắn