Tư duy dồn biến qua bài toán về hidrocacbon.

a) Dồn biến với những bài toán cơ bản Với những bài toán đơn giản ta dồn hỗn hợp chứa nhiều chất thành một chất tổng quát. b) Dồn biến nâng cao (dồn biến giả định) Nội dung: Khi gặp bài toán chứa hỗn hợp nhiều chất mà đề cho ít dữ kiện hơn thì ta có thể bớt các chất đi sao cho số chất đúng bằng số ẩn.

Trang 1

CHỦ ĐỀ 3: Tư duy dồn biến qua bài toán về hidrocacbon.

Trong chủ đề này tôi sẽ giới thiệu với các bạn hai kỹ thuật dồn biến chính

để xử lý những bài toán chứa hỗn hợp hidrocacbon

a) Dồn biến với những bài toán cơ bản

Với những bài toán đơn giản ta dồn hỗn hợp chứa nhiều chất thành một chất tổng quát Các bạn theo dõi qua các ví dụ sau:

Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm vinylaxetilen, eten và propin có tỉ khối với hidro bằng

17 Đốt cháy hoàn toàn X thu được CO2 và 3,6 gam H2O Dẫn toàn bộ sản phẩm cháy qua dung dịch Ca(OH)2 dư thì thu được m gam kêt tủa Giá trị của m là:

Định hướng tư duy giải

Để ý thấy các chất trong X đều có 4H.Ta quy X về C H n 4

Ta có: MX=12n 4 17.2 34+ = = → =n 2,5→X l :C Hà 2,5 4

2

Cháy 2,5 4 2 2 H O

C H →2,5CO +2H O; n =0, 2 mol

2

CO

Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm etan, eten và axetilen có tỉ khối với hidro bằng 14,25.

Đốt cháy hoàn toàn 1 mol X thu được CO2 và H2O Dẫn toàn bộ sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thì thấy khối lượng bình tăng m gam Giá trị của

m là:

A 125,4 B 128,5 C 140,6 D 160,5

Để ý thấy các chất trong X đều có 2C Ta quy X về C H 2 n

Ta có : MX=12.2 n 14,25.2 28,5+ = = → =n 4,5 →X l :C Hà 2 4,5

2

H O Cháy

CO

n 2, 25mol

=





2 2

m↑ m(CO , H O)

→∆ =∑ → =m 2.44 2,25.18 128,5g+ =

Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm axetilen, vinylaxetilen,

benzen, stiren thu được hỗn hợp sản phẩm Y Sục Y qua dung dịch Ca(OH)2 thu m1 gam kết tủa và dung dịch sau phản ứng tăng 11,8 gam so với dung dịch Ca(OH)2 ban đầu Cho Ba(OH)2 vừa đủ vào dung dịch sau phản ứng thu được thêm m2 gam kết tủa Tổng m1 + m2 = 79,4 gam Giá trị của m + m1 là:

A 36,40 B 27,80 C 28,24 D 28,42

Để ý nhanh thấy X chứa C2H2, C4H4, C6H6, C8H8 → Dồn X về thành CH

Trang 2

Khi X cháy 2

1

2 Ca(OH) 3 2

1

m

100

H O : a

11,8 44.2a 18a m



1

3 2

m

100

−

2

1 3

2 1

3

m CaCO : a

m

BaCO : a

200





1

1 1

m

200

a 0,3

m 106a 11,8





1

m m 0,6.13 20 27,8(gam)

b) Dồn biến nâng cao (dồn biến giả định)

Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm C2H2, C3H6, C4H10 và H2 Cho 11,2 lít (đktc) hỗn hợp X

qua bình đựng dung dịch brom dư thấy có 64 gam brom tham gia phản ứng Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 11,2 lít (đktc) hỗn hợp X được 55 gam CO2 và m gam nước Giá trị của m là

A 31,5 B 27 C 24,3 D 22,5.

Bài toán này tôi sẽ trình bày theo hai kiểu dồn biến

Cách 1: Ta dồn X thành: C Hn 2n 2 2k+ − với k là số liên kết π.

Ta có:

2

X

n 2n 0,4 Br

=



Và nCO2 1, 25(mol) BTNT.C n 1,25 2,5 X :C H2,5 5,4

0,5

2

BTNT.H

H O

5, 4.0,5

2

Cách 2: Dồn biến giả định

Nội dung: Khi gặp bài toán chứa hỗn hợp nhiều chất mà đề cho ít dữ kiện hơn thì ta có thể bớt các chất đi sao cho số chất đúng bằng số ẩn Trong bài toán trên chúng ta có ba dữ kiện là:

Dữ kiện 1 là số liệu: 11,2 lít

Dữ kiện 2 là số liệu: 64 gam Br2

Trang 3

Dữ kiện 3 là số liệu: 55 gam CO2

Vậy ta có thể lấy 3 chất trong hỗn hợp X

Cách chọn 1

2 2

BTNT.C

3 6

BTLK.

2

a b c 0,5

c 0,0875

+ + =



BTNT.H

n 0,0125 3.0,425 0,0875 1,35 m 24,3

Cách chọn 2

2 2

BTNT.C

4 10

BTLK.

2

a b c 0,5

c 0,0875

+ + =



BTNT.H

n 0,2 5.0,2125 0,0875 1,35 m 24,3

Cách chọn 3

3 6

BTNT.C

4 10

BTLK.

2

a b c 0,5

c 0,0875

+ + =



BTNT.H

n 0,4.3 5.0,0125 0,0875 1,35 m 24,3

Khi áp dụng dồn biến giả định các em cần phải hiểu kỹ những điều sau:

(1) Bản chất của việc dồn như vậy là vì ta có thể biến đổi các chất còn lại thành các chất đã bỏ đi qua một bộ số nào đó Ví dụ với cách lựa chọn 3 ta đã bỏ đi C2H2

vì tồn tại bộ số C H2 2= αC H3 6+ βC H4 10+ γH2

(2) Chính vì có sự dồn dịch như vậy nên số mol các chất trong hỗn hợp sẽ thay đổi nhưng tính chất tổng hợp của cả hỗn hợp trước và sau thì lại không đổi

(3) Do có sự dồn dịch nên khi tính toán ra kết quả (số mol) âm là bình thường (4) Hết sức chú ý khi bỏ chất đi thì phải hiểu kỹ bản chất Nghĩa các các chất còn lại phải biến đổi được thành chất bỏ đi Với bài toán trên nếu ta bỏ H2 thì sẽ làm sai bản chất bài toán vì rõ ràng không thể có bộ số H2= αC H3 6+ βC H4 10+ γC H2 2 đơn giản là vì các chất còn lại đều có C mà H2 lại không có nguyên tử C

2 2

BTNT.C

3 6

BTLK.

4 10

a b c 0,5

C H : a

+ + =





(Vô lý)

(5) Kỹ thuật này chỉ sử dụng khi đề bài cho chính xác các chất rồi Nếu chưa biết chính xác CTPT của các chất thì không áp dụng được Và không được tự ý thay đổi

Trang 4

chất trong đề bài Nói chung việc thay đổi các chất tự ý sẽ làm thay đổi bản chất bài toán

Ví dụ 5: Hỗn hợp X gồm C3H6, C4H10, C2H2 và H2 Nung bình kín chứa m gam X

và một ít bột Ni đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp Y Đốt cháy hoàn toàn Y, thu được V lít CO2 (đktc) và 0,54 mol H2O Biết hỗn hợp Y làm mất màu tối đa 60 ml dung dịch Br2 1M Cho 10,08 lít X (đktc) đi qua bình đựng dung dịch brom dư thì có 40 gam Br2 phản ứng Giá trị của V là

A 17,92 B 15,68 C 13,44 D 10,304.

Nguồn đề: Nguyễn Anh Phong

Giả định 1:

Với m gam X ta gọi

2

C H : a

6a 2b 2c 0,54.2

C H : b

a 2b c 0,06







Với nX 0,45 k(a b c) 0,45 a 2b 5

k(a 2b) 0, 25 a b c 9

+ + =



6a 2b 2c 0,54.2 a 0,18

2

BTNT.C

CO

n 3.0,18 0,04.2 0, 46 V 10,304(l)

Giả định 2:

2

C H : a

10a 2b 2c 0,54.2

C H : b

2b c 0,06







+ + =





10a 2b 2c 0,54.2 a 0,09

2

BTNT.C

CO

n 0,09.4 0,05.2 0,46 V 10,304(l)

Giả định 3 (giả định sai vì cho thêm chất khác) :

2

C H : a

4a 2b 2c 0,54.2

C H : b

2a 2b c 0,06







Trang 5

Với nX 0,45 k(a b c) 0,45 2a 2b 5

k(2a 2b) 0, 25 a b c 9

+ + =



4a 2b 2c 0,54.2 a 0,9

Tóm lại: Nếu một hỗn hợp nhiều chất ta có thể lấy một số chất hợp lý trong hỗn

hợp để giải bài toán Kỹ thuật này chỉ xử lý được khi chúng ta biết công thức phân

tử của các chất trong hỗn hợp Việc tự ý cho thêm các chất với vào nói chung sẽ dẫn đến những kết quả không chính xác Bây giờ các bạn hãy xem thêm một ví dụ nữa để hiểu thêm về bản chất của kỹ thuật tư duy dồn biến giả định

Ví dụ 6: Hỗn hợp X gồm C3H6, C4H10, C2H2 và H2 Cho m gam X vào bình kín có chứa một ít bột Ni làm xúc tác Nung nóng bình thu được hỗn hợp Y Đốt cháy hoàn toàn Y cần dùng vừa đủ V lít O2 (đktc) Sản phẩm cháy cho hấp thụ hết vào

bình đựng nước vôi trong dư, thu được một dung dịch có khối lượng giảm 21,45

gam Nếu cho Y đi qua bình đựng lượng dư dung dịch brom trong CCl4 thì có 24 gam brom phản ứng Mặt khác, cho 11,2 lít (đktc) hỗn hợp X đi qua bình đựng

dung dịch brom dư trong CCl4, thấy có 64 gam brom phản ứng Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn Giá trị của V là:

A 21,00 B 14,28 C 10,50 D 28,56.

Trích đề thi thử chuyên Đại học Vinh – 2014

Bài toán này ở thời điểm lúc mới thi thử xong được xem là bài toán rất khó Cách thức xử lý cũng rất phức tạp và mất khá nhiều thời gian Tuy nhiên, nếu dùng dồn biến giả định thì bài toán sẽ trở lên rất nhẹ nhàng

Cách 1: Giải theo hướng thông thường

π

=







∑

3 6

4 10

2 2

2

C H

lk H Br

C H

H

n tmol

→nX = + + + =x y z t 2x y 3z 0,15+ + −

+

+ + −

2

0,5 mol X r (0,4 mol)

2x y 3z 0,15 0,5

B

↓

→3x 4y 2z 0,6 n+ + = = CO2 =n

Khi đó ta có ngay: m↓−(mCO 2 +mH O 2 ) =21,45

→0,6.100 (0,6.44 m ) 21,45− − H O = →nH O=0,675mol

Trang 6

O

0,6.2 0,675

2

Cách 2: Dùng dồn biến giả định

Với m gam X ta dồn về

3 6

2

2 2

C H : a

CO : 3a 2b

C H : b

H O : 3a b c

H : c









100(3a 2b) 44(3a 2b) 18(3a b c) 21,45

π





k(a b c) 0,5 a 2b

+ + =





114a 94b 18c 21,45 b 0,075

0,2a 1,2b 0,8c 0 c 0,15

2

O 2

CO : 0,6

H O : 0,675





Ví dụ 7: Hỗn hợp X gồm C2H4, C2H2, C3H8, C4H10 và H2 Lấy 6,32 gam X cho qua

bình đựng dung dịch nước Br2 (dư) thấy có 0,12 mol Br2 tham gia phản ứng Mặt khác, đốt cháy hết 2,24 lít X (đktc) cần dùng V lít khí O2 (đktc), sau phản ứng thu được 9,68 gam CO2 Biết các phản ứng hoàn toàn Giá trị của V là :

Trích đề thi thử Nguyễn Anh Phong – Lần 2 – 2016

Ta dồn X về

2 4

2

C H : a

a 2b 0,12

m 6,32 C H : b

28a 26b 2c 6,32

H : c











a b c k(2a 2b) 0, 22



+ +



a 0,32

c 0,02

=





 = −



2 4

2

2 2

C H : 0,16

CO : 0, 22

n 0,1 C H : 0,05

H O : 0, 26

H : 0,01







Trang 7

BTKT.O

O

0, 22.2 0,26

2

+

Bài tập rèn luyện

Câu 1: Hỗn hợp X gồm C4H4, C4H2, C4H6, C4H8 và C4H10 Tỉ khối của X so với H2

là 27 Đốt cháy hoàn toàn X, cần dùng vừa đủ V lít O2 (đktc), thu được CO2 và 0,03

mol H2O Giá trị của V là:

A 3,696 B 1,232 C 7,392 D 2,464.

Các chất trong X đều có 4C nên quy X là:

O

0,03.5,5

3

Câu 2: Hỗn hợp X gồm metan, axetilen và propen có tỉ khối so với H2 là 13,1 Đốt

cháy hoàn toàn 0,2 mol hỗn hợp X sau đó dẫn sản phẩm cháy vào bình chứa dung dịch Ca(OH)2 dư thì thu được 38 gam kết tủa trắng và khối lượng bình tăng thêm m gam Giá trị của m là

A 21,72 gam B 22,84 gam C 16,72 gam D 16,88 gam

Trích đề thi thử THPT Chuyên ĐH Sư Phạm – 2016

Ta có:

2

X

CO

n 0, 2

=



2

BTNT.H

H O

n 0,34(mol) m 0,38.44 0,34.18 22,84(gam)

Câu 3: Khi đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol hỗn hợp X gồm C3H4; C3H6; C4H4; CxHy thì

thu được 25,3 gam CO2 và 6,75 gam H2O Công thức của CxHy là

Trích đề thi thử THPT Chuyên ĐH Vinh – Lần 2 – 2015

2

CO

2 2

H O





Ch¸y

Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X gồm C4H2; C4H4; C4H6; C4H8; C4H10 thu

được 9,18 gam H2O Biết tỷ khối của X so với He bằng 13,7 Dẫn toàn bộ sản phẩm cháy qua dung dịch Ba(OH)2 dư thì thấy m gam kết tủa xuất hiện Giá trị của

m là:

Trích đề kiểm tra thầy Nguyễn Anh Phong

Trang 8

Dồn X về C H4 n→MX=48 n 54,8+ = → =n 6,8

2

0,51.2

Câu 5: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X gồm C4H2; C4H4; C4H6; C4H8 thu được 4,68

gam H2O Biết tỷ khối của X so với H2 bằng 26,6 Số mol O2 cần để đốt cháy hoàn toàn X là:

Dồn X về C H4 n→MX=48 n 53,2+ = → =n 5,2

2

0, 26.2

5, 2

2

2 BTNT.O

O 2





Câu 6: Đốt cháy hoàn toàn 5,44 gam hỗn hợp X gồm C4H4; C4H6; C4H8 thu được tổng khổi lượng của H2O và CO2 là m gam Biết tỷ khối của X so với H2 bằng 27,2 Giá trị của m là:

A 24,42 B 23,63 C 23,36 D 24,24

5,44

27, 2.2

2

m 0,4.44 0,32.18 23,36(gam)

Câu 7: Đốt cháy hoàn toàn 10,68 gam hỗn hợp X gồm C4H4; C4H6; C4H8 cần V lít

khí O2 (đktc) Biết tỷ khối của X so với H2 là 26,7 Giá trị của V là:

A 25,200 B 20,9440 C 29,680 D 23,968

10,68

26,7.2

2

BTNT.O

O

0,54

2

Trang 9

Câu 8: Đốt cháy hoàn toàn 7,04 gam hỗn hợp X gồm CH4; C2H4; C3H4; C4H4 cần V

lít khí O2 (đktc) Biết tỷ khối của X so với H2 là 17,6 Giá trị của V là:

A 16,128 B 19,04 C 18,592 D 19,712

Dồn X về: C Hn 4→12n 4 17,6.2+ = → =n 2,6

2 BTNT.O X

2

CO : 0,52 7,04

H O : 0,4 12.2,6 4



Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn 6,2 gam hỗn hợp X gồm CH4; C2H4; C3H4; C4H4 bằng

khí O2 Toàn bộ sản phẩm cháy thu được hấp thụ hoàn toàn vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình tăng m gam Biết tỷ khối của X so với H2 là 15,5 Giá trị của m là:

Dồn X về: C Hn 4→12n 4 15,5.2+ = → =n 2,25

2 X

2

CO : 0,45 6,2

H O : 0, 4



Câu 10: Hỗn hợp X gồm: C4H4, C4H2, C4H6, C4H8, C4H10 Tỷ khối của X so với H2

là 27 Đốt cháy hoàn toàn X, cần dung vừa đủ V lít O2 (đktc), thu được CO2 và 0,03 mol H2O Giá trị của V là:

A 1,232 B 2,464 C 3,696 D 7,392.

Trích đề thi thử THPT chuyên Nguyễn Huệ - Hà Nội – 2016

Dồn X về C H4 n→12.4 n 27.2+ = → =n 6

BTNT.H

2

BTNT.O

O

0,03

2

Câu 11: Hỗn hợp X gồm propin, propan và propilen có tỉ khối so với hiđro là 21,2.

Đốt cháy hoàn toàn 15,9 gam X, sau đó hấp thụ toàn bộ sản phẩm vào bình đựng 1 lít dung dịch Ba(OH)2 0,8M thấy khối lượng bình tăng m gam và có a gam kết tủa Giá trị của m và a lần lượt là:

A 71,1 gam và 93,575 gam B 71,1 gam và 73,875 gam

C 42,4 gam và 63,04 gam D 42,4 gam và 157,6 gam

Trích đề thi thử THPT chuyên Nguyễn Huệ - Hà Nội – 2016

Dồn X về C3Hn →3.12 n 21, 2.2+ = → =n 6,4

Trang 10

2 X

2

CO :1,125 15,9

H O :1, 2





Ta có: 2

2

CO

n 1,6 CO :1,6 1,125 0, 475

+

=



n↓ 0,475 m↓ 0,475.197 93,575(gam)

Câu 12: Đốt cháy hoàn toàn 3,584 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm CH4, C2H4 và C2H2

thu được 10,56 gam CO2 và m gam H2O Biết tỷ khối hơi của X so với H2 là 10,75 Giá trị của m là:

X

n 0,16

m 3,44

M 21,5

=





2

BTKL

10,56

44

2

H O

n 0, 28 m 0, 28.18 5,04(gam)

Câu 13: Đốt cháy hoàn toàn 8,96 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm CH4, C2H4, C2H2,

C3H4, C4H4, C2H6, C3H8, C4H10, C4H8 và H2 cần V lít khí O2 (đktc) thu được CO2 và 19,26 gam H2O Biết tỷ khối hơi của X so với H2 là 17,825 Giá trị của V là:

A 34,608 B 36,848 C 32,7488 D 31,024

X

n 0,4

m 14, 26

M 35,65

=





14, 26 1,07.2

12

−

2

BTNT.O

O

1,07

2

Câu 14: Hỗn hợp X gồm C2H6, C3H4, C2H2, C4H6 và H2 (các chất đều mạch hở).

Cho 19,46 gam X vào dung dịch chứa Br2 dư thì thấy có 0,86 mol Br2 Tham gia phản ứng Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 14,56 lít hỗn hợp khí X (đktc) cần V lít khí O2 (đktc) và thu được 1,21 mol H2O Giá trị của V là:

A 45,36 B 45,808 C 47,152 D 44,688

Trích đề thi thử thầy Nguyễn Anh Phong

Ta dồn bọn X thành: C Hn 2n 2 2k+ − với k là số liên kết π

Trang 11

Ta có:

2

H O

n 0,65

1, 21.2 0,65(2n 2 2k) 1,3n 1,3k 1,12

=



.k 0,86 21,18k 12,04n 1,72 14n 2 2k

π

+ −

2

BTNT

O

142

n

86

k

65

 =



 =



Câu 15: Hỗn hợp X gồm C2H6, C3H4, C2H2, C4H6 và H2 (các chất đều mạch hở).

Cho 19,46 gam X vào dung dịch chứa Br2 dư thì thấy có 0,86 mol Br2 Tham gia phản ứng Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 14,56 lít hỗn hợp khí X (đktc) cần V lít khí O2 (đktc) và thu được 1,21 mol H2O Giá trị của V là:

Cách 1: Ta dồn X thành: C Hn 2n 2 2k+ − với k là số liên kết π

Ta có:

2

H O

n 0,65

1, 21.2 0,65(2n 2 2k) 1,3n 1,3k 1,12

=



.k 0,86 21,18k 12,04n 1,72 14n 2 2k

π

+ −

142

n

65

86

k

65

 =



 =



2

BTNT

O

n 2,025 V 45,36(l)

Cách 2: Dùng dồn biến giả định

Dồn X về

2 6

2 2 2

C H : a

30a 26b 2c 19, 46 19,46 C H : b

2b 0,86

H : c







Với

2 6

2

C H : k a

k(a b c) 0,65

n 0,65 C H : k b

k(6a 2b 2c) 1, 21.2

H : k c











6a 2b 2c 1,21.2

0,65(3a b c) 1,21(a b c)

+ +

0,74a 0,56b 0,56c 0

Trang 12

2 2

a 0,28

CO :1,42

H O :1, 21

c 0,06

=







 = −



2

BTNT

O

n 2,025 V 45,36(l)

Câu 16: Đốt cháy hoàn toàn 0,32 mol hỗn hợp X gồm C2H2, C2H4, C2H6, C3H6 và

H2 cần vừa đủ 0,76 mol khí O2 Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 10,32 gam X rồi hấp thu hết sản phẩm cháy vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thấy 72 gam kết tủa

trắng xuất hiện và khối lượng bình tăng m gam Giá trị của m gần nhất với:

+ Ta dồn bọn X thành: C Hn 2n 2 2k+ − với k là số liên kết π

2

CO : 0,72(mol)

n 1,5

m 46,8(gam)

k 0,75 H O : 0,84(mol)



=

Câu 17: Hỗn hợp X gồm C2H2, C3H6, C4H10 và H2 Cho 11,2 lít (đktc) hỗn hợp X

qua bình đựng dung dịch brom dư thấy có 64 gam brom tham gia phản ứng Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 11,2 lít (đktc) hỗn hợp X được 55 gam CO2 và m gam nước Giá trị của m là

Đầu tiên ta dồn bọn X thành : C Hn 2n 2 2k+ − với k là số liên kết π

Ta có :

2

X

n 2n 0,4 Br

=



1,25

0,5

2

BTNT.H

H O

5, 4.0,5

2

Câu 18: Hỗn hợp X gồm C2H2, C3H6, C4H10 và H2 Cho 7,64 gam hỗn hợp X qua

bình đựng dung dịch brom dư thấy có 41,6 gam brom tham gia phản ứng Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 13,44 lít (đktc) hỗn hợp X được 47,52 gam CO2 và m gam nước Giá trị của m là :

A 21,24 B 21,06 C 20,70 D 20,88

Đầu tiên ta dồn bọn X thành: C Hn 2n 2 2k+ − với k là số liên kết π

Ta có:

2

X

1,8 5,6 2k CO

=



Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	446,5 KB