NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢI NHANH bài TOÁN PHẢN ỨNG CỘNG HIĐRO, CỘNG BROM vào HIĐROCACBON KHÔNG NO MẠCH hở BẰNG CÁCH vận DỤNG ĐỊNH LUẬT bảo TOÀ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG HẬU LỘC 3 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM “NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢI NHANH BÀI TOÁN PHẢN ỨNG CỘNG HIĐRO, CỘNG BROM VÀO HIĐROCACBON KHÔNG NO

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG HẬU LỘC 3

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

“NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢI NHANH BÀI TOÁN PHẢN ỨNG CỘNG HIĐRO, CỘNG BROM VÀO HIĐROCACBON KHÔNG

NO MẠCH HỞ BẰNG CÁCH VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN SỐ MOL LIÊN KẾT PI, BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ C VÀ

H, BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG – HÓA HỌC LỚP 11- THPT”

.

Người thực hiện: Đặng Thị Loan

Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hóa học

MỤC LỤC

Trang 1.MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài………2

1.2 Mục đích nghiên cứu………2

1.3 Đối tượng nghiên cứu………2

1.4.Phương pháp nghiên cứu……… 2

1.5.Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm………3

2.NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM……… 3

2.1.Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm……… 3

2.2.Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm……

2.3.Biện pháp tổ chức thực hiện……… 4

2.3.1 Lý thuyết trọng tâm……… 3

2.3.2 Các định luật thường áp dụng 4

2.3.3 Một số dạng bài toán 4

D¹ng 1: Bài toán chỉ có phản ứng cộng H2 vào liên kết pi của hidrocacbon không no, mạch hở 4

Dạng 2: Bài toán phản ứng cộng H2, sau đó cộng với dung dịch Brôm 9

Dạng 3: Bài toán sử dụng bảo toàn số mol pi 14

2.3.4 Một số bài tập vận dụng: 16

3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 16

3.1.Kết luận………16

3.2.Kiến nghị……… 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 18

1.MỞ ĐẦU

1.1.Lí do chọn đề tài

Việc lựa chọn phương pháp thích hợp, biết vận dụng thích hợp các địnhluật bảo toàn để giải nhanh các bài tập trắc nghiệm là rất quan trọng cho họcsinh trong giai đoạn hiện nay Mỗi bài tập có thể có lựa chọn nhiều phươngpháp giải khác nhau Nếu biết lựa chọn phương pháp hợp lý, vận dụng hợp línhững định luật bảo toàn đặc trưng với từng kiểu bài, sẽ giúp học sinh tìm ra đáp

số một cách nhanh nhất phù hợp nhất với kiểu bài trắc nghiệm nhằm đạt kết quả

cao nhất trong các kì thi, đặc biệt là hình thức thi tốt nghiệp trung học phổ thông quốc gia như hiện nay.

Với hai mươi năm công tác trong nghành giáo dục và với thực tế giảng dạy tôinhận thấy rằng, khả năng giải toán Hóa học của các em học sinh còn hạn chế,thường lúng túng và gặp không ít khó khăn đặc biệt là giải toán Hóa học Hữu

cơ vì những phản ứng trong hoá học hữu cơ thường xảy ra không theo mộthướng nhất định và không hoàn toàn Đặc biệt hidrocacbon là hợp chất hữu cơđầu tiên được nghiên cứu trong chương trình hóa hữu cơ cấp THPT Vì vậy, họcsinh chưa nắm được cũng như chưa biết vận dụng tốt các định luật bảo toàncũng như các kĩ năng khác để giải bài toán về hidrocacbon một cách nhanh nhất Trong các dạng bài toán về hidrocacbon, dạng bài tập về phản ứng cộng hiđrovào liên kết pi là dạng bài tập hay và khó Đặc biệt, khi thực hiện phản ứnghiđro hóa không hoàn toàn hiđrocacbon không no có chứa từ 2 liên kết π

trở lên

sẽ tạo hỗn hợp gồm nhiều sản phẩm sẽ khá phức tạp Đó là học sinh phải viếttừng quá trình, giải hệ nhiều phương trình nặng nề về mặt toán học không cầnthiết thậm chí không giải được vì quá nhiều ẩn số Nguyên nhân là học sinhchưa tìm hiểu rõ, vững các định luật bảo toàn hoá học và các hệ số cân bằngtrong phản ứng hoá học để đưa ra phương pháp giải hợp lý nhất, nhanh gọn nhất

mà thường giải rất dài dòng

1.2.Mục đích nghiên cứu

Để nâng cao khả năng giải nhanh bài tập và giải một cách chính xác nhữngdạng này cần cho học sinh nắm vững tính chất hóa học của hidrocacbon không

no mạch hở khi cộng H2 và Br vào cacbon có chứa liên kết đôi và liên kết ba

Và để có tài liệu giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi, cũng như bồi dưỡng học sinh ôn thi tốt nhiệp THPT Quốc Gia, tôi đã sưu tầm, giải, rút ra phương

pháp chung và hướng dẫn cho học sinh biết vận dụng để giải nhanh các dạngbài tập này

1.3.Đối tượng nghiên cứu.

Nắm được bản chất của phản ứng cộng vào nối đôi và nối ba của hidrocacbonkhông no mạch hở khi kết hợp các loại bảo toàn dành cho lơp 11 cũng như họcsinh ôn thi tốt nghiệp trung học phổ thông quốc gia giải bài tập phần này mộtcách nhanh nhất

1.4.Phương pháp nghiên cứu.

Sáng kiến này được nghiên cứu trên một số phương pháp sau:

Các phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Tham khảo tài liệu sách hướng dẫn củacác tác giả và những thầy cô giảng dạy lâu năm với kinh nghiệm ôn thi đại học,cao đẳng và các kỳ thi bồi dưỡng học sinh giỏi.

Phân tích tổng hợp, hệ thống hóa, khái quát hóa các nguồn tài liệu để xây dựngNguồn intenet qua các hệ thống bài tập hay và khó

1.5.Những điểm mới của đề tài.

Đề tài đã đúc kết và rút ra được phương pháp giải bài tập một cách nhanh nhấtkhi biết kết hợp ba loại bảo toàn về: Số mol liên kết pi,bảo toàn nguyên tố C và

H ,bảo toàn khối lượng để giải nhanh bài toán về phản ứng cộng hidro,cộng

brom vào hidrocacbon không no mạch hở

2.NỘI DUNG SÁNG KIẾN.

2.1.Cơ sở lí luận của sáng kiến

Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay (40 câu trong thời gian 50 phút)đòi hỏi học sinh không những phải nắm vững và sâu sắc kiến thức mà còn phảibiết nhận dạng nhanh, biết vận dụng nhanh các định luật bảo toàn để giải nhanhcác bài tập đạt kết quả cao nhất

Khi mới làm quen với bài bài toán về phản ứng cộng vào liên kết pi củahidrocac bon không no, thường học sinh viết các phương trình phản ứng, đặt ẩn

và lập các phương trình toán học Nhưng trong các bài toán phản ứng này khônghoàn toàn và có thể cộng theo những tỉ lệ khác nhau tạo ra hỗn hợp rất nhiều sảnphẩm khiến học sinh rất lúng túng trong việc xác định sản phẩm cũng như lậpcách giải, nhiều khi không giải được Vì vậy xác định đúng bản chất của bảnchất hóa học của các quá trình phản ứng từ đó áp dụng các định luật bảo toàn,các phương pháp giải phù hợp sẽ đi đến kết quả nhanh nhất

2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nhiệm.

Với học sinh trường THPT Hậu Lộc 3 , chất lượng còn thấp, độ nhanh nhạychưa cao, phát hiện vấn đề còn chậm Hơn nữa các em thường quen với cáchgiải truyền thống : đó là viết phương trình phản ứng và lập phương trình hoặclập hệ phương trình và biện luận Với cách giải này các em mất khá nhiều thờigian để đi đến kết quả của bài toán, không phù hợp với kiểu bài trắc nghiệm hiệnnay Vì vậy, phân dạng bài tập một cách chi tiết, phân tích bản chất của bài toán

để suy ra phương pháp giải nhanh nhất cùng với việc vận dụng tốt các định luậtbảo toàn là rất cần thiết cho học sinh hiện nay Từ những thực tế đang giảng dạytừng ngày,từng giờ cho học sinh tôi đã đúc rút nên sáng kiến cho đề tài này

của hiđrocacbon không no, mạch hở

a Phản ứng cộng H 2

Hỗn hợp X (hiđrocacbon không no và H2), Khi có mặt chất xúc tác như Ni,

Pt, Pd, ở nhiệt độ thích hợp, hiđrocacbon không no cộng hiđro vào liên kết pi

CnH2n+2 (k là số liên kết π

trong phân tử)Tuỳ vào hiệu suất của phản ứng mà thu được hỗn hợp Y có hiđrocacbonkhông no dư hoặc hiđro dư hoặc cả hai còn dư

Dựa vào phản ứng tổng quát trên ta thấy,

- Trong phản ứng cộng H2, số mol khí sau phản ứng luôn giảm (nY < nX) vàchính bằng số mol khí H2 phản ứng

- Cứ 1 mol liên kết pi cộng với 1 mol Br2 → nLkpi phản ứng = nBr2 phản ứng

- Phản ứng cộng Brôm thường hoàn toàn

2.3.2 Các định luật dùng để vận dụng

-Định luật bảo toàn số mol liên kết π

- Định luật bảo toàn nguyên tố Cacbon và hidro

-Định luật bảo toàn khối lượng

2.3.3 Một số dạng toán

D¹ng 1: Bài toán chỉ có phản ứng cộng H 2 vào liên kết pi của hidrocacbon không no, mạch hở.

Phương pháp giải các dạng bài toán:

1) Xét trường hợp hiđrocacbon trong X là anken

Ta có sơ đồ:

Phương trình hoá học của phản ứng

CnH2n + H2

→ 0

xuc tac t

- Nếu phản ứng cộng hiđro không hoàn toàn thì còn lại cả hai

Nhận xét: Dù phản ứng xảy ra trong trường hợp nào đi nữa thì ta luôn có:

C H + H → C H

n anken ph¶n øng = n

2 ph¶n øng (a+b).hChú ý: Không thể dùng phương pháp này nếu 2 anken không cộng H2 với cùnghiệu suất

2) Xét trường hợp hiđrocacbon trong X là ankin

Ankin cộng H2 thường cho ta hai sản phẩm

CnH2n-2 + 2H2

→ 0

xuc tac t

CnH2n+2

CnH2n-2 + H2

→ 0

xuc tac t

Tương tự trường hợp vói anken

3) Trường hợp tổng quát nhất X là hỗn hợp các hiđrocacbon không no, mạch hở.

Xét về mặt bản chất của phản ứng, ta luôn có: nX – nY = nH

2

phản ứng

Bài t ập vận dụng:

Bài 1: (Bài 6.10 trang 43 sách bài tập Hoá 11)

Hỗn hợp khí A chứa H2 và một anken Tỉ khối của A đối với H2 là 6,0.Đun nóng nhẹ A có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp B không làm mấtmàu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 8,0 Xác định công thức phân tử vàphần trăm thể tích từng chất trong hỗn hợp A

Bài giải:

Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có anken

Gọi công thức phân tử của anken là CnH2n ( n ≥ 2)

Không mất tính tổng quát, giả sử : nA = 1 mol → mA = 6.2.1 = 12 gam

⇒

CTPT của an ken là : C3H6

Bài 2: (Bài 6.11 trang 43 sách bài tập Hoá 11)

Hỗn hợp khí A chứa H2 và hai anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng Tỉkhối của A đối với H2 là 8,26 Đun nóng nhẹ A có mặt xúc tác Ni thì nó biếnthành hỗn hợp B không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là11,80 Xác định công thức phân tử và phần trăm thể tích của từng chất trong hỗnhợp A

Bài 3: Hỗn hợp khí X gồm H2 và C2H4 có tỉ khối so với He là 3,75 Dẫn X qua

Ni nung nóng, thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He là 5 Hiệu suất củaphản ứng hiđro hoá là

Phân tích đề:

- Dạng bài toán này cho biết KLPT trung bình của hỗn hợp trước và sau phản ứng, cho biết cả số mol hỗn hỗn hợp trước hoặc sau phản ứng ta thường áp dụng công thức số (2) để tìm nH

- Phải tìm tỉ lệ số mol giữa H2 và C2H4 trong hỗn hợp X để suy ra tính hiệu suất theo H2 hay C2H4

+ Nếu số mol H2 = số mol C2H4 thì tính hiệu suất theo H2 hay C2H4

+ Nếu số mol H2 > số mol C2H4 thì tính hiệu suất theo C2H4

+ Nếu số mol H2 < số mol C2H4 thì tính hiệu suất theo H2

Bài giải:

X

M = 3,75.4 = 15; MY

= 5.4 = 20Không mất tính tổng quát, giả sử hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol)

A C2H2 B C3H4 C C4H6 D C4H8

Bài giải:

X

M = 4,8.2 = 9,6; MY

=

Dựa vào khối lượng hỗn hợp X:

(14n - 2)× 0,2 + 2× (1- 0,2) = 9,6

⇒n = 3

CTPT: C3H4 Chọn B

Bài 5: Hỗn hợp X gồm 3 khí C3H4, C2H2 và H2 cho vào bình kín dung tích9,7744 lít ở 250C, áp suất atm, chứa ít bột Ni, nung nóng bình một thời gian thuđược hỗn hợp khí Y Biết tỉ khối của X so với Y là 0,75 Số mol H2 tham giaphản ứng là

A 0,75 mol B 0,30 mol C 0,10 mol D 0,60 mol

Bài 6: Một hỗn hợp khí X gồm Ankin A và H2 có thể tích 15,68 lít Cho X qua

Ni nung nóng, phản ứng hoàn toàn cho ra hỗn hợp khí Y có thể tích 6,72 lít(trong Y có H2 dư) Thể tích của A trong X và thể tích của H2 dư lần lượt là (cácthể tích đo ở điều kiện tiêu chuẩn)

2 (0,7 0,2 0,4).22,4 2,24

Biến dạng bài toán :

Tách H2 từ hiđrocacbon no X (ankan) thu được hỗn hợp sản phẩm Y gồmhỗn hợp các hiđrocacbon và H2, sau đó cho Y tác dụng hoàn toàn với dung dịchBrôm dư

Dễ thấy, cứ 1 mol liên kết pi phản ứng với 1 mol H2 hoặc 1 mol Br2 Suy ra, sốmol H2 tách ra từ X bao nhiêu thì số mol Br2 cộng vào Y bấy nhiêu

Ví dụ 1:

Cho butan qua xúc tác ( ở nhiệt độ cao) thu được hỗn hợp X gồm C4H10, C4H8,

C4H6, H2 Tỉ khối của X so với butan là 0,4 Nếu cho 0,6 mol X vào dung dịchbrom (dư) thì số mol brom tối đa phản ứng là

Giải :

Ap dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có :

mX = m butan ban đầu → 0,6.58.0,4 = 58 nbutan ban đầu → nbutan ban đầu = 0,24 mol

Đề hiddro hóa hoàn toàn butan với xúc tác thích hợp thu được hỗn hợp T gồm

C4H10, C4H8, C4H6, H2 Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp T thu được 8,96 lít

CO2( đktc) Mặt khác hỗn hợp T làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa m gamBrôm Tính m biết trong hỗn hợp T số mol của H2 bằng 3/5 lần tổng số mol củaT

Bài giải :

Ap dụng định luật bảo toàn nguyên tử Cacbon

+ số mol của C4H10 ban đầu = 1/4 số mol CO2 = 0,4/4 = 0,1 mol,

+ số mol của (C4H10, C4H8, C4H6) = số mol của C4H10 ban đầu = 0,1mol

Gọi số mol của H2 trong hỗn hợp T là x mol → nT = 0,1 + x

Theo bài ra ta có : x =

3.(0,1 ) 5

Bài toán có dạng tổng quát như sau :

Hỗn hợp X gồm ( một hoặc hỗn hợp các hidrocacbon không no, mạch hở

và H2) Nung nóng hỗn hợp X với chất xúc tác Ni, Pt, Pd một thời gian thu

? Bài toán yêu cầu tính các đại lượng sau : Tính khối lượng hỗn hợp X,

tính khối lượng bình dung dịch Brôm tăng, tính khối lượng Brôm phản ứng, tínhthể tích khí Z thoát ra, tính số mol CO2, H2O, O2 khi đốt cháy Y

Giải quyết bài toán:

- áp dụng dịnh luật bảo toàn khối lượng :

m X = m Y = m bình đựng Brôm tăng + m Z

- áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố :

Bài 1 : Đun nóng hỗn hợp X gồm ( 0,04 mol C2H2 và 0,06 mol H2) với bộtNi(xt), sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y Chia Y thành 2 phần bằngnhau :

- Phần 1 cho lội qua dung dịch Brôm đến phản ứng hoàn toàn thấy bình brômtăng m gam và còn lại 448 ml khí Z (đktc) có tỉ khối so với H2 là 4,5

- Phần 2 đem trộn với 1,68 lít O2 (đktc), rồi đốt cháy hoàn toàn Z thấy lượn O2

còn lại là V lit Tính V, tính khối lượng của CO2 và H2O tạo thành

- áp dụng dịnh luật bảo toàn nguyên tố C và H:

Ta có: khi đốt cháy X hay Y thì số mol CO2 và H2O thu được như nhau, số mol

Bài 2: Hỗn hợp X gồm C2H2 và H2 có cùng số mol Lấy một lượng hỗn

hợp X cho qua chất xúc tác nung nóng, thu được hỗn hợp Y gồm C2H4,C2H6, C2H2 và H2 Sục Y vào dung dịch brom (dư) thì khối lượng bìnhbrom tăng 10,8 gam và thoát ra 4,48 lít hỗn hợp khí Z (đktc) có tỉ khối sovới H2 là 8 Thể tích O2 (đktc) cần để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y là

- áp dụng dịnh luật bảo toàn nguyên tố C và H:

Ta có: khi đốt cháy X hay Y thì số mol CO2 và H2O thu được như nhau, số mol

Bài 3: Cho hỗn hợp khí A gồm: 0,1 mol axetilen, 0,2 mol etilen, 0,1 mol etan

và 0,36 mol hiđro đi qua ống sứ đựng Ni làm xúc tác, đun nóng, thu được hỗn

hợp khí B Dẫn hỗn hợp khí B qua bình đựng nước brom dư, khối lượng bìnhbrom tăng 1,64 gam và có hỗn hợp khí C thoát ra khỏi bình brom Khối lượngcủa hỗn hợp khí C là:

A 1,04 gam B 1,64 gam C 1,20 gam D 1,32 gam.

Ban đầu 0,07mol 0,05mol

Phản ứng 0,05mol 0,05mol 0,05mol

Sau p/ư 0,02mol 0 mol 0,05mol

C2H4 + H2 Ni → ,t

C2H6

Ban đầu 0,07mol 0,05mol

Phản ứng 0,0375mol 0,0375mol 0,0375mol

Sau p/ư 0,0325mol 0,0125 mol 0,0375mol

Dạng 3:

Bài toán có dạng tổng quát như sau :

Hỗn hợp X gồm ( một hoặc hỗn hợp các hidrocacbon không no, mạch hở và

H2) Nung nóng hỗn hợp X với chất xúc tác Ni, Pt, Pd một thời gian thu được

hỗn hợp Y.Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàntoàn, tính khối lượng brom tham gia phản ứng hoặc các đại lượng khác

Bài tập vận dụng:

Bài 1: Hỗn hợp khí X gồm 0,3 mol H2 và 0,1 mol vinylaxetilen Nung X mộtthời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với không khí là 1.Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khốilượng brom tham gia phản ứng là:

8 ,

với hidro bằng 12,85 Dẫn Y qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy rahoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng là:

A 8,03 gam B 16,06 gam C 24,09 gam D 32,12 gam

dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng là

40 gam Công thức phân tử của Y là

→ nB = 0,5 + 0,3 – 0,4 = 0,4 mol

→ mB = 0,4.2.16,25 = 0,4 + 4,2n ⇒

n = 3Vậy CTPT của X là C3H4 , tên gọi của X là propin Đáp án C

Bài 5: Một hỗn hợp X gồm 0,07 mol axetilen; 0,05 mol vinylaxetilen; 0,1 mol H2

và một ít bột Ni trong bình kín Nung hỗn hợp X thu được hỗn hợp Y gồm 7hiđrocacbon có tỉ khối hơi đối với H2 là 19,25 Cho toàn bộ hỗn hợp Y đi quabình đựng dung dịch AgNO3/NH3 dư, thu được m gam kết tủa vàng nhạt và1,568 lít hỗn hợp khí Z (đktc) gồm 5 hiđrocacbon thoát ra khỏi bình Để làm nohoàn toàn hỗn hợp Z cần vừa đúng 60 ml dung dịch Br2 1M Giá trị của m là :

A 11,97 B 9,57 C 16,8 D 12.

Phân tích đề:

Đây là bài toán phức tạp và có nhiều dữ kiện , phản ứng từ X → Y xảy rakhông hoàn toàn và tạo ra nhiều sản phẩm Nếu không nắm vững bản chất để ápdụng phương pháp nhanh thì sẽ bị lúng túng và không giải ra kết quả

Hỗn hợp Y gồm 7 hiddrocacbon: C2H2 dư, C4H4dư, C2H4, C2H6 ,C4H6 ,

C4H8 , C4H10.Cho Y qua dung dịch AgNO3/NH3 dư thì có C2H2 dư, C4H4dưphản ứng tạo kết tủa ( có 1 liên kết ba đầu mạch), còn hỗn hợp Z: C2H4, C2H6

Gọi số mol C2H2 dư, C4H4 dư lần lượt là: x và y

Áp dụng bảo toàn số mol liên kết pi:

npi trong hidrocacbon đầu (X) = 2x + 3y + nH

Giải hệ phương trình (1),(2) ta được: x = 0,02 , y = 0,03

Cho Y tác dụng với dung dịch AgNO3/NH3 dư , ta có:

Bài 1: Trộn một thể tích hiđro với một thể tích anken, thu được hỗn hợp X Tỷ

khối hơi của X so với hiđro là 7,5 Dẫn X đi qua ống sứ đựng bột Ni và nungnóng, thu được hỗn hợp khí Y có tỷ khối so với hiđro là 9,375 Phần trăm khốilượng của ankan trong Y là

A 40% B 25% C 20% D 60%.