Nội dung chủ yếu của chuyên đề là hướng dẫn học sinh những khái niệm, quy tắc của độ bất bão hoà kèm theo một số thí dụ hướng dẫn minh hoạ để giúp học sinh làm quen với độ bất bão hoà, trên cơ sở đó giúp học sinh tiếp cận các phương pháp giải bài tập nhanh chóng, hiệu quả.
TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HOÀ MỤC LỤC Trang I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Thực trạng 2. Giải pháp 3. Tóm tắt nội dung đề tài .3 4. Giới hạn áp dụng của đề tài II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1. Những vấn đề lý luận chung .4 1.1. Khái niệm và cơng thức tính 1.1.1. Khái niệm 1.1.2. Cơng thức tính .4 1.2. Tính chất của độ bất bão hồ 1.3. Các thí dụ minh hoạ .5 2. Ứng dụng của độ bất bão hoà .8 2.1. Xác định cơng thức phân tử từ cơng thức đơn giản nhất 2.2. Dựa vào độ bất bão hồ để viết cơng thức cấu tạo 10 2.3. Biện luận để xác định công thức cấu tạo hoặc công thức phân tử 12 2.3.1. Biện luận để xác định công thức cấu tạo 12 2.3.2. Biện luận để xác định công thức phân tử 15 2.4. Sử dụng số liên kết pi trung bình 18 2.5. Phân tích hệ số trong phản ứng đốt cháy 20 3. Hiệu quả của đề tài 24 4. Bài tập áp dụng 25 III. KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 PHỤ LỤC 35 Đáp án phần bài tập áp dụng 35 GV HUỲNH CƠNG QUỐC TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Thực trạng Hố học hữu cơ có rất nhiều vấn đề đặt ra u cầu học sinh phải giải quyết chính xác, nhanh chóng, nhất là khi sử dụng hình thức kiểm tra trắc nghiệm khách quan nhiều lựa chọn, một trong các vấn đề đó là viết đồng phân, biện luận cơng thức phân tử hoặc làm các bài tốn phức tạp Việc học sinh viết các đồng phân cấu tạo đa phần là mang tính chất mò mẫm, thiếu phương hướng. Với các trường hợp đơn giản của hiđrocacbon thì học sinh có thể làm tương đối đơn giản, nhưng để làm các bài tập của phần hợp chất hữu cơ có nhóm chức, đặc biệt là các bài tốn este, aminoaxit, peptit…của sách giáo khoa, sách bài tập hố học lớp 12 thì đa số học sinh lúng túng hoặc khơng biết làm. Đơn cử như bài tập “viết tất cả các đồng phân cấu tạo mạch hở của hợp chất có cơng thức C 4H8O” thì đa số học sinh chỉ viết được đồng phân cấu tạo của anđehit no mạch hở đơn chức và xeton no mạch hở đơn chức (vì có học trong chương trình) mà qn nó có thể có ancol khơng no có 1 liên kết đơi hoặc ete khơng no có 1 liên kết đơi. Hay xa hơn như câu 10 đề hoặc câu 41 trong đề thi đại học khối A2014, mã 259 là 2 câu hỏi hữu cơ, việc giải quyết 2 câu này trong một khoảng thời gian hạn hẹp là một điều hết sức cần thiết. Để làm được các bài tập này nhanh chóng hiệu quả thì đòi hỏi phải có một phương pháp hỗ trợ khi làm bài tập. Phương pháp hỗ trợ này dựa trên khái niệm độ bất bão hồ. Đối với các học sinh khơng đi học bồi dưỡng kiến thức hay đi luyện ở các trung tâm luyện thi đại học thì khái niệm độ bất bão hồ là một khái niệm hồn tồn mới chưa nghe bao giờ. Nội dung các bài tập trong sách giáo khoa cơ bản thì khơng đề cập tới độ bất bão hồ, ngay cả sách giáo khoa Hố học ban tự nhiên lớp 11 thì cũng chỉ đề cập bài tập 1 trang 181, bài tập 1 trang 219. Do đó việc làm quen và sử dụng độ bất bão đối với học sinh là một vấn đề hết sức cần thiết 2. Giải pháp Thơng qua thực tiễn giảng dạy, nhằm giúp học sinh định hướng tư duy, xử lý nhanh các bài tập hữu cơ đặc biệt là các bài tập hữu cơ trong đề thi đại học, cao đẳng khối A, B, tơi đã soạn chun đề "ứng dụng độ bất bão hồ trong hố học hữu cơ” 3. Tóm tắt nội dung đề tài Nội dung chủ yếu của chun đề là hướng dẫn học sinh những khái niệm, quy tắc của độ bất bão hồ kèm theo một số thí dụ hướng dẫn minh hoạ để giúp học sinh làm quen với độ bất bão hồ, trên cơ sở đó giúp học sinh tiếp cận các phương pháp giải bài tập nhanh chóng, hiệu quả 4. Giới hạn áp dụng của đề tài Đối tượng áp dụng của đề tài là các học sinh có học lực mơn hố từ trung bình trở lên, các học sinh chọn tổ hợp mơn xét tuyển tốt nghiệp THPT, đại học, cao đẳng có mơn Hố GV HUỲNH CƠNG QUỐC TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1. Những vấn đề lý luận chung 1.1. Khái niệm và cơng thức tính 1.1.1. Khái niệm Độ bất bão hồ (k) là đại lượng đặc trưng cho mức độ chưa no của một hợp chất hữu cơ được tính bằng tổng số liên kết pi (π) và số vòng trong cơng thức cấu tạo 1.1.2. Cơng thức tính Chứng minh cơng thức * Giả sử có hợp chất hữu cơ có cơng thức là CxHyOzNtXv (X là halogen) Nhận xét Tất cả các liên kết đều là liên kết cộng hố trị, mỗi liên kết đều do một cặp electron tạo nên Trong hợp chất: ngun tử C có hố trị IV (sử dụng 4 electron hố trị) ngun tử N có hố trị III (sử dụng 3 electron hố trị) ngun tử O có hố trị II (sử dụng 2 electron hố trị) ngun tử H và X hố trị I (sử dụng 1 electron hố trị) Khi hợp chất đóng vòng tương đương với việc tạo thêm một liên kết cộng hố trị (sử dụng 2 electron dùng chung) Chỉ có các ngun tử có hố trị 2 mới có khả năng tạo liên kết π hoặc đóng vòng, các ngun tử hố trị 1 khơng có khả năng này Chứng minh Tổng số các ngun tử có hố trị ≥ 2 là z + t + x tổng số electron hố trị là 2z + 3t + 4x Tổng số liên kết σ giữa các ngun tử có hố trị ≥ 2 là (z + t + x) 1 tổng số electron tham gia tạo liên kết là 2(z + t + x 1) Gọi k là độ bất bão hồ (số liên kết π + số mạch vòng) tổng số electron tham gia tạo liên kết là 2k Số electron tham gia tạo liên kết σ với các ngun tử hố trị 1 chính bằng số ngun tử H và X là y + v Ta có: 2z + 3t + 4x = 2(z + t + x 1) + 2k + y + v 2k = t + 2x y v +2 k 2x t (y v) hay k Trong đó: 2S4 S3 S1 + S4 là tổng số các ngun tử hố trị IV + S3 là tổng số các ngun tử hố trị III + S1 là tổng số các ngun tử hố trị I 1.2. Tính chất của độ bất bão hồ + k N (k≥0) + k (phân tử) = k (gốc hiđrocacbon) + k (nhóm chức) Chú ý: Cơng thức tính k ở trên khơng đúng đối với muối amoni của axit cacboxylic. Nếu rơi vào trường hợp muối amoni thì cứ thêm vào 1 gốc muối amoni ta sẽ cộng thêm vào k tính theo cơng thức một đơn vị 1.3. Các thí dụ minh hoạ GV HUỲNH CƠNG QUỐC TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ Câu 1: Tính độ bất bão hồ trong các hợp chất sau: C 4H10, C4H8O, C5H12O, C5H7Cl, C4H11N, C4H10N2, C4H9NO2 2.4 10 2 2.4 + Với C4H8 ta có k 2.5 12 + Với C5H12O ta có k 2.5 + Với C5H7Cl ta có k (vì ngun tử clo có hố trị I nên ta gộp chung 7 + Với C4H10 ta có k ngun tử H với 1 ngun tử Cl là 8 ngun tử có hố trị I) 2.4 11 2 2.4 10 + Với C4H10N2 ta có k 2.4 + Với C4H9NO2 ta có k + Với C4H11N ta có k * Nhận xét + trong hợp chất chứa C, H, oxi có thể có hoặc khơng (có thể có thêm halogen) ta có thể so sánh hiệu số ngun tử hố trị I với ankan tương ứng có cùng số cacbon rồi chia 2) Ví dụ: trong hợp chất C5H7Cl ta so sánh với ankan C5H12 lấy hiệu số ngun tử hố trị I (12 8)/2=2, như vậy k=2 + nếu có thêm nitơ thì cứ thêm một ngun tử nitơ thì ta cộng thêm vào số ngun tử hiđro ở ankan 1 ngun tử hiđro và tính hiệu số ngun tử hố trị I như trên Ví dụ: trong hợp chất C4H11N ta so sánh với C4H10 nhưng do có thêm 1 nitơ nên số hiđro trong C4H10 là 10 ta cộng thêm 1 là 11 rồi tính hiệu số ngun tử hố trị I và được k = 0; hoặc trong hợp chất C4H10N2 ta có (10+210)/2=1 Nhận xét này là 1 thủ thuật giúp học sinh nhẩm nhanh Câu 2: Tính độ bất bão hồ trong các hợp chất sau: CH3COOH, C3H5COOH, C6H5NO2 Nhận xét: ở đây ta có thể dùng cơng thức để tính tuy nhiên ta có thể dựa vào cấu tạo để nhẩm nhanh + Với CH3COOH ta có CH3 là gốc ankyl có k=0, nhóm cacboxyl (COOH) có k=1 nên tổng độ bất bão hồ của cả phân tử CH3COOH là 1 + Với C3H5COOH ta có C3H5 là gốc khơng no có 1 liên kết đơi nên có k=1, nhóm cacboxyl (COOH) có k=1 nên tổng độ bất bão hồ của cả phân tử C3H5COOH là 2 + Với C6H5NO2 ta có C6H5 là gốc phenyl có k=4 (3 liên kết π và 1 vòng), nhóm nitro (NO2) có k=1 nên tổng độ bất bão hồ của cả phân tử C6H5NO2 là 5 Câu 3: Tính độ bất bão hồ chất sau: CH3COONH4, CH2=CHCOONH3CH3, CH3NH3OOCCOONH3CH3 + Với CH3COONH4 GV HUỲNH CƠNG QUỐC TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC Theo cơng thức ta có k CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ 2.2 ; thực tế cấu tạo có 1 nhóm COO nên k của cả 2.4 , thực tế cấu tạo gồm có 1 liên kết đơi gốc phân tử phải là 1 + Với CH2=CHCOONH3CH3 Theo cơng thức ta có k hiđrocacbon và có 1 nhóm COO nên k của cả phân tử phải là 2 + Với CH3NH3OOCCOONH3CH3 Theo cơng thức ta có k 2.4 2 12 , nhưng thực tế xét cấu tạo thì k=2 Nhận xét: Nếu rơi vào trường hợp muối amoni thì cứ thêm vào 1 gốc muối amoni ta sẽ cộng thêm vào k tính theo cơng thức một đơn vị Câu 4: Dựa vào cơng thức cấu tạo của các chất sau đây hãy xác định độ bất hồ của chúng a 1Metyl4(1metyletenyl)xiclohexen (limonen) Nhìn cơng thức cấu tạo thấy có 2 liên kết đơi và 1 vòng như vậy limonen có độ bất bão hồ của cả phân tử là 3 Cl O Cl O Cl b. 2,3,7,8tetraclođibenzopđioxin (đioxin) Cl Phân tử đioxin gồm có 2 nhân thơm và 1 vòng như vậy độ bất bão hồ của cả phân tử bằng O O OH O HO OH OH c. Axit 2hiđroxipropan1,2,3tricacboxylic (axit xitric) Phân tử axit xitric có 3 liên kết đơi 3 nhóm cacboxyl nên độ bất bão hồ của cả phân tử bằng 3 Cl d. 1,1,1Triclo2,2bis(4clophenyl)etan (thuốc trừ sâu DDT) Cl Phân tử DDT có độ bất bão hồ bằng 8 (do có 2 nhân benzen) Cl Cl Cl 2. Ứng dụng của độ bất bão hồ Việc sử dụng độ bất bão hồ vào q trình giải quyết các bài tập hố học hữu cơ, đặc biệt là trong các đề thi đại học sẽ giúp học sinh tiết kiệm được thời gian. Dưới đây là một số các ứng dụng cơ bản của độ bất bão hồ kèm theo các ví dụ minh hoạ có hướng dẫn chi tiết để giúp hiểu sâu sắc hơn về độ bất bão hồ, đồng thời qua các ví dụ này cũng giúp học sinh biết cách định hướng và áp dụng độ bất bão hồ vào q trình giải bài tập 2.1. Xác định cơng thức phân tử từ cơng thức đơn giản nhất GV HUỲNH CƠNG QUỐC TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ Xác định cơng thức phân tử chất hữu cơ là u cầu phổ biến và cơ bản nhất của bài tập Hóa hữu cơ. Có nhiều phương pháp để xác định cơng thức phân tử chất hữu cơ (trung bình, bảo tồn ngun tố, bảo tồn khối lượng, …), tùy thuộc vào đặc điểm số liệu của bài tốn đưa ra Trong chun đề này, ta xét trường hợp đề bài u cầu xác định cơng thức phân tử từ cơng thức đơn giản nhất mà khơng cho khối lượng mol phân tử của chất hữu cơ đó + Bước 1: Từ cơng thức đơn giản nhất viết lại cơng thức phân tử theo n + Bước 2: Tính k theo n + Bước 3: So sánh giá trị k tìm được với đặc điểm Hóa học của chất hữu cơ đã cho hoặc tính chất của k. Câu 1: Cơng thức đơn giản nhất của 1 anđehit no, đa chức, mạch hở là C2H3O. Cơng thức phân tử của nó là A. C8H12O4 B. C4H6O C. C12H18O6 D. C4H6O2 Giải: + Trước hết phải viết cơng thức phân tử của anđehit dạng ( C2H3O)n hay C2nH3nOn. Độ bất bão hồ tính theo cơng thức phân tử là k 2.2n 3n + Vì anđehit no, mạch hở nên gốc hiđrocacbon của anđehit có k=0, mặt khác cứ 1 ngun tử oxi trong nhóm CHO thì có 1 liên kết π n ngun tử oxi sẽ có n liên kết π, tổng k của cả phân tử là n + Ta có độ bất bão hồ tính theo đề bài phải bằng độ bất bão hồ tính theo cơng thức. Như vậy k 2.2n 3n n n=2 cơng thức phân tử là C4H6O4. Chọn đáp án D Câu 2: Cơng thức đơn giản nhất của 1 axit hữu cơ no mạch hở là C2H3O2. Cơng thức phân tử của nó là A. C6H9O6 B. C2H3O2 C. C4H6O4 D. C8H12O8 Giải: + Trước hết phải viết cơng thức phân tử của axit dạng (C2H3O2)n hay C2nH3nO2n. Độ bất bão hồ tính theo cơng thức phân tử là k 2.2n 3n + Vì anđehit no, mạch hở nên gốc hiđrocacbon của anđehit có k=0, mặt khác cứ 2 ngun tử oxi trong nhóm COOH thì có 1 liên kết π 2n ngun tử oxi sẽ có n liên kết π, tổng k của cả phân tử là n + Ta có độ bất bão hồ tính theo đề bài phải bằng độ bất bão hồ tính theo cơng thức. Như vậy k 2.2n 3n n n=2 công thức phân tử là C4H6O4. Chọn đáp án C Câu 3: Công thức đơn giản nhất của anđehit mạch hở chưa no chứa một liên kết ba trong phân tử là C4H4O. Cơng thức phân tử của nó là A. C4H4O B. C8H8O2 C. C12H12O3 D. C16H16O4 Giải: GV HUỲNH CƠNG QUỐC TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ + Trước hết phải viết cơng thức phân tử của anđehit dạng ( C4H4O)n hay C4nH4nOn. Độ bất bão hồ tính theo cơng thức phân tử là k 2.4n 4n + Vì anđehit chưa no, mạch hở chứa 1 liên kết ba nên gốc hiđrocacbon của anđehit có k=2, mặt khác cứ 1 ngun tử oxi trong nhóm CHO thì có 1 liên kết π n ngun tử oxi sẽ có n liên kết π, như vậy tổng k của cả phân tử là n+2 + Ta có độ bất bão hồ tính theo đề bài phải bằng độ bất bão hồ tính theo cơng thức là k 2.4n 4n n n=1 cơng thức phân tử là C4H4O. Chọn đáp án A Câu 4: Hãy xác định cơng thức phân tử chất có cơng thức đơn giản nhất là C4H11NO2? A. C4H11NO2 B. C8H22N2O4 C. C16H33N3O6 D. C8H20N2O3 Giải: + Trước hết phải viết cơng thức phân tử của hợp chất dạng ( C4H11NO2)n hay C4nH11nNnO2n. Độ bất bão hồ tính theo cơng thức phân tử là k k 2.4n n 11n 2 2n vì k N và k≥0 nên n=0 (loại) hoặc n=1. Chọn đáp án A 2.2. Dựa vào độ bất bão hồ để viết cơng thức cấu tạo Để xác định được cơng thức cấu tạo của một chất hữu cơ, nhất thiết phải phân tích được đặc điểm của các thành phần cấu tạo nên chất hữu cơ đó (gốc, nhóm chức), trong đó có các đặc điểm về mạch C và loại nhóm chức Để xác định được các đặc điểm này, vai trò của k là rất quan trọng, thể hiện qua biểu thức đã nói trên: k (phân tử) = k (gốc hiđrocacbon) + k (nhóm chức) Câu 1: Ứng với cơng thức phân tử C3H5Br có bao nhiêu đồng phân cấu tạo? A. 5 B. 4 C. 3 D. 2 Giải: + Trước hết ta tính độ bất bão hồ k 1 liên kết đơi, hoặc hợp chất có 1 vòng 2.3 như vậy có 2 khả năng: hợp chất có + Nếu có 1 liên kết đơi thì có 3 đồng phân CH2=CHCH2Br CH2=CCH3 BrCH=CHCH3 Br Br + Nếu có 1 vòng thì được 1 đồng phân Như vậy có tất cả là 4 đồng phân. Chọn đáp án B Câu 2: Ứng với cơng thức phân tử C3H6O có bao nhiêu đồng phân cấu tạo mạch hở? A. 5 B. 4 C. 3 D. 2 Giải: GV HUỲNH CƠNG QUỐC TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ + Trước hết ta tính độ bất bão hồ k 2.3 như vậy có 2 khả năng: hợp chất có 1 liên kết đơi, hoặc hợp chất có 1 vòng. Do u cầu của đề bài là đồng phân cấu tạo mạch hở nên chỉ xét trường hợp có 1 liên kết đơi + Hợp chất trên có 1 ngun tử oxi và có 1 liên kết đơi nên có thể là ancol khơng no có 1 liên kết đơi, có thể là anđehit no mạch hở hoặc có thể là xeton no mạch hở Nếu là ancol khơng no có 1 liên kết đơi thì có 1 đồng phân Nếu là anđehit no mạch hở thì có 1 đồng phân CH2=CHCH2OH CH3CH2CHO CH3CCH3 Nếu là xeton no mạch hở thì có 1 đồng phân Như vậy có tất cả là 3 đồng phân. Chọn đáp án C O Câu 3: Số đồng phân cấu tạo no mạch hở có cơng thức phân tử C3H6O3 là A. 6 B. 7 C. 9 Giải: + Trước hết ta tính độ bất bão hồ k D. 8 2.3 như vậy có 2 khả năng: hợp chất có 1 liên kết đơi, hoặc hợp chất có 1 vòng. Do hợp chất là no mạch hở nên liên kết đơi phải nằm trong nhóm chức. Vì có 3 ngun tử oxi nên có thể có các trường hợp sau: Một chức ancol và một chức axit HOCH2CH2COOH Một chức ete và một chức axit Một chức ancol và một chức este HOCH2COOCH3 CH3CHCOOH OH CH3OCH2COOH HOCH2OOCCH3 HCOOCH2CH2OH CH2CHCHO OH OH HOCH2CCH2OH Hai chức ancol và một chức anđehit Hai chức ancol và một chức xeton O CH3OCHCHO OH Một chức ancol và một chức ete và một chức anđehit Vậy có tổng cộng 9 đồng phân. Chọn đáp án C 2.3. Biện luận để xác định cơng thức cấu tạo hoặc cơng thức phân tử 2.3.1. Biện luận để xác định cơng thức cấu tạo Đối với loại bài tập này nó cũng là dạng bài tập viết cơng thức cấu tạo, tuy nhiên ở đây việc viết các cơng thức cấu tạo phải thoả mãn một số điều kiện nào đó theo u cầu của đề, để làm được bài tập này ta có thể làm như sau: + Bước 1: Phân tích các đặc điểm cấu tạo theo giả thiết đề cho GV HUỲNH CƠNG QUỐC TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ + Bước 2: Tính độ bất bão hồ của cơng thức phân tử đã cho và biện luận để tìm các cấu tạo thoả mãn u cầu Câu 1: Cho các cơng thức phân tử sau: (1) C10H12; (2) C9H12; (3) C8H8; (4) C10H8; (5) C6H7O2N; (6) C8H14; (7) C10H16; (8) C6H6Cl6. Số chất có thể chứa vòng benzen trong cơng thức cấu tạo là A. 5 B. 4 C. 6 D. 7 Giải: + Để có thể chứa vòng benzen trong cơng thức cấu tạo thì độ bất bão hồ tối thiểu phải bằng + Lần lượt tính độ bất bão hồ của các chất theo thứ tự trên là 5, 4, 5, 7, 4, 3, 3, 1 + Như vậy chỉ có các chất (1), (2), (3), (4), (5) là phù hợp. Vậy chọn đáp án A Câu 2: Cơng thức nào dưới đây khơng thể là đipeptit? (khơng chứa nhóm chức nào khác ngồi nhóm peptit CONH; nhóm amino NH2; nhóm cacboxyl COOH) A. C5H10N2O3 B. C8H14N2O5 C. C7H16N2O3 D. C6H13N3O3 Giải: + Do đipeptit nên phải có 1 nhóm CONH, tối thiểu phải có 1 nhóm COOH và 1 nhóm NH2 + Với chất C5H10N2O3 thì có 2 ngun nitơ, 3 ngun tử oxi và k = 2 nên có thể có 1 nhóm peptit, 1 nhóm cacboxyl, 1 nhóm amino + Với chất C8H14N2O5 thì có 2 ngun nitơ, 5 ngun tử oxi và k = 3 nên có thể có 1 nhóm peptit, 2 nhóm cacboxyl, 1 nhóm amino + Với chất C7H16N2O3 thì có 2 ngun nitơ, 3 ngun tử oxi và k = 1 nên chỉ có thể có 1 nhóm peptit hoặc 1 nhóm cacboxyl và 1 nhóm amino khơng thể tạo ra đipetit + Với chất C6H13N3O3 thì có 3 ngun nitơ, 3 ngun tử oxi và k = 2 nên có thể có 1 nhóm peptit, 1 nhóm cacboxyl, 1 hoặc 2 nhóm amino Chỉ có chất C7H16N2O3 khơng có khả năng tạo ra đipeptit. Chọn đáp án C Câu 3: (câu 13 đề đại học khối A2011, mã 273) Cho 13,8 gam chất hữu cơ X có cơng thức phân tử C7H8 tác dụng với một lượng dư dung dịch AgNO 3 trong NH3, thu được 45,9 gam kết tủa. X có bao nhiêu đồng phân cấu tạo thỏa mãn tính chất trên? A. 4 B. 5 C. 6 D. 2 Giải: C7H8 + xAgNO3 + xNH3 C7H8xAgx + xNH4NO3 nC H nC H 8 x Ag x 13,8 92 0,15 mol M C H 8 x Ag x 45,9 0,15 306 gam/mol x = 2 Vậy X phải có 2 liên kết ba ở đầu mạch (độ bất bão hồ của 2 liên kết ba là 4) + Tính k 2.7 ; Vì X có 2 liên kết ba đầu mạch nên gốc hiđrocacbon còn lại khơng chứa liên kết pi. Có 4 đồng phân thoả mãn u cầu: HC≡CCH2CH2CH2C≡CH; HC≡CCH2CH(CH3)C≡CH; HC≡CC(CH3)2C≡CH; HC≡CCH(C2H5)C≡CH Chọn đáp án A GV HUỲNH CƠNG QUỐC TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ Câu 4: Hợp chất hữu cơ X ứng với cơng thức phân tử C 3H10O2N2. Cho X vào dung dịch NaOH đun nóng thấy tạo ra NH3. Mặt khác khi X tác dụng với dung dịch HCl tạo ra hỗn hợp sản phẩm trong đó có muối của aminoaxit. Số cơng thức cấu tạo thỏa mãn với điều kiện của X là A. 3 B. 4 C. 1 D. 2 Giải: + Chất X tác dụng với NaOH tạo ra NH3 như vậy X phải là muối amoni của axit cacboxylic no đơn chức mạch hở vì X có 2 oxi nên chỉ có 1 nhóm cacboxyl và theo nhận xét trên cứ thêm 1 gốc muối amoni ta sẽ cộng thêm vào k 1 đơn vị, do đó k của X sẽ là 1. X có 2 ngun tử nitơ nên 1 ngun tử nitơ tạo muối amoni, 1 ngun tử nitơ còn lại sẽ nằm trong gốc hiđrocacbon của axit cacboxylic (nhóm amino NH2) + Độ bất bão hồ k + Các đồng phân đó là 2.3 2 10 CH3CHCOONH4 H2NCH2CH2COONH4 và NH2 Chọn đáp án D Câu 5: (câu 40 đề đại học khối A2009, mã 175) Xà phòng hóa một hợp chất có cơng thức phân tử C10H14O6 trong dung dịch NaOH dư, thu được glixerol và hỗn hợp gồm 3 muối (khơng có đồng phân hình học). Cơng thức của ba muối đó là A. CH2=CHCOONa, HCOONa và CH≡CCOONa B. CH3COONa, HCOONa và CH3CH=CHCOONa C. HCOONa, CH≡CCOONa và CH3CH2COONa D. CH2=CHCOONa, CH3CH2COONa và HCOONa Giải: + Sản phẩm gồm 3 muối và glixerol nên đó phải là trieste của glixerol. + Độ bất bão hồ k 2.10 14 ; Do glixerol có k = 1 nên trong 3 gốc hiđrocacbon của axit phải có 1 gốc axit có chứa liên kết đơi. (loại đáp án A và C vì có liên kết 3); Trong glixerol và 3 nhóm COO có 6 ngun tử cacbon, như vậy tổng số ngun tử cacbon trong 3 gốc hiđrocacbon của axit là 4 ngun tử + Ba muối khơng có đồng phân hình học nên loại đáp án B, vậy chọn D 2.3.2. Biện luận để xác định cơng thức phân tử Trong các bài tốn thì việc xác định cơng thức chung của chất đã cho thoả mãn các u cầu của đề bài là một việc rất quan trọng, vì trên cơ sở đó học sinh mới có thể làm được các bước tiếp theo Với loại bài tập này thì chỉ cần xác định cơng thức phân tử hoặc tìm quan hệ giữa các ngun tử trong phân tử nhằm thoả mãn một số đặc điểm nào đó theo u cầu của đề. Ta có thề làm tương tự như trên: + Bước 1: Phân tích các đặc điểm cấu tạo theo giả thiết đề cho + Bước 2: Tính độ bất bão hồ của cơng thức phân tử đã cho và biện luận để tìm cơng thức phân tử thoả mãn u cầu Có thể sử dụng 2 dạng cơng thức thường gặp: GV HUỲNH CƠNG QUỐC 10 TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ + Hoặc từ cơng thức CnH2n+2+b2kOaNb ta suy ra được CnH2n4O5 (do 2 nhóm COOH là 4 oxi, thêm 1 oxi của 1 nhóm OH nữa là 5. Độ bất bão hồ của cả phân tử là 3, gồm 2 liên kết đơi trong nhóm COOH và 1 liên kết đơi trong gốc hiđrocacbon) + Số ngun tử cacbon tối thiểu là 3 nếu sử dụng cơng thức CnH2n3(COOH)2(OH) + Số ngun tử cacbon tối thiểu là 5 nếu sử dụng cơng thức CnH2n4O5 Như vậy cơng thức chung CnH2n3(COOH)2(OH) với n≥3 hoặc CnH2n4O5 với n≥5 d. Este 2 chức mạch hở được tạo ra từ một ancol no 2 chức và 2 axit cacboxylic khơng no 1 chức chứa 1 liên kết đơi + Vì este mạch hở nên ancol và axit phải mạch hở. Độ bất bão hồ của ancol là 0, của axit là 1 (khơng tính trong nhóm chức COOH). Cả phân tử có độ bất bão hồ bằng 4 + Dựa trên các đặc điểm đó ta thiết lập được (CnH2n1COO)2CmH2m với n≥2 và m≥2 với n, m là số ngun tử cacbon tối thiểu của axit và ancol hoặc cơng thức CnH2n6O4 với n≥8 + Trong các trường hợp nhóm chức phức tạp thì người ta chủ yếu là sử dụng cơng thức chung ở dạng phân tử chứ khơng dùng cơng thức chung ở dạng nhóm chức vì nó rườm rà phức tạp e. Tripeptit mạch hở Y được tạo nên từ một aminoaxit (no, mạch hở, trong phân tử chứa một nhóm NH2 và một nhóm COOH) Trong vấn đề này thì ta chỉ cần thiết lập cơng thức phân tử chung + Nhận thấy aminoaxit (no, mạch hở, trong phân tử chứa một nhóm NH2 và một nhóm COOH) độ bất bão hồ bằng 1 như vậy trippetit Y sẽ có độ bất bão hồ bằng 3, kết hợp với quy tắc loại nước peptit ta có cơng thức của Y sẽ là CnH2n+2+32.3N3O62. Số ngun tử hiđro 2n + 2 + 3 (vì 3 ngun tử nitơ) 2.3 (vì k=3); Số ngun tử oxi 6 2 (vì loại hai phân tử nước) Kết quả ta có cơng thức của Y là CnH2n1N3O4 với n≥6 (do Y là tripeptit) Câu 2: (Câu 10, Đề đại học khối A2014, mã 259) Cho anđehit no, mạch hở, có cơng thức CnHmO2. Mối quan hệ giữa n và m là A. m = 2n + 1 B. m = 2n C. m = 2n 2 D. m = 2n + 2 Giải: + Vì anđehit no, mạch hở, nên gốc hiđrocacbon của anđehit có k = 0, mặt khác anđehit có 2 ngun tử oxi suy ra phải có 2 nhóm anđehit nghĩa là tổng k của nhóm chức bằng 2. Như vậy tổng độ bất bão hồ của cả phân tử chất trên là 2 + Ta có m = 2n + 2 2k; thay k = 2 ta được m = 2n 2. Chọn đáp án C 2.4. Sử dụng số liên kết pi trung bình Áp dụng cho các bài tốn Hóa hữu cơ mà các chất trong hỗn hợp: khác nhau về số liên kết π, có thể xác định được số liên kết π trung bình thơng qua tỉ lệ số mol của hỗn hợp trong các phản ứng định lượng số liên kết π (phản ứng cộng H2, Br2, ), hoặc bài tốn cộng nhiều giai đoạn: cộng hiđro rồi cộng dung dịch brom (bảo tồn liên kết pi) Cơng thức bảo tồn số mol liên kết pi: giả sử hỗn hợp X gồm x mol hiđrocacbon khơng no A, có số liên kết pi là kA; y mol hiđrocacbon khơng no B, có số liên kết pi là kB; z mol hiđrocacbon khơng no C, có số liên kết pi là kC Hỗn hợp X phản ứng với a mol H2 được hỗn hợp Y, hỗn Y phản ứng với b mol brom. Nếu các phản ứng xảy ra cho đến khi hỗn hợp khơng còn liên kết pi thì ta có: x.kA + y.kB + z.kC = a + b GV HUỲNH CƠNG QUỐC 12 TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ Câu 1: (câu 21 đề đại học khối B2008, mã 195) Dẫn 1,68 lít hỗn hợp khí X gồm hai hiđrocacbon vào bình đựng dung dịch brom dư. Sau khi phản ứng hồn tồn, có 4 gam brom đã phản ứng và còn lại 1,12 lít khí. Nếu đốt cháy hồn tồn 1,68 lít X thì sinh ra 2,8 lít khí CO2 (đktc). Cơng thức phân tử của hai hiđrocacbon là A. CH4 và C2H4 B. CH4 và C3H4 C. CH4 và C3H6 D. C2H6 và C3H6 Giải: + khí thốt ra sau khi phản ứng với brom dư là ankan, khí phản ứng với dung dịch brom là một hiđrocacbon khơng no + số mol hiđrocacbon khơng no = số mol brom = 0,025 mol (k=1). Như vậy hiđrocacbon khơng no thuộc dãy anken + Tính số ngun tử cacbon trung bình = 1,67 suy ra có metan + Như vậy hỗn hợp gồm CH4 (0,05 mol) và CnH2n (0,025 mol) + bảo tồn ngun tố cacbon ta có 0,05.1+0,025.n=0,125 n=3, chọn đáp án C Câu 2: Cho 4,48 lít hỗn hợp X (ở đktc) gồm hai hiđrocacbon mạch hở lội từ từ qua bình chứa 1,4 lít dung dịch Br2 0,5M. Sau khi phản ứng hồn tồn, số mol Br 2 giảm đi một nửa và khối lượng bình tăng thêm 6,7 gam. Cơng thức phân tử của hai hiđrocacbon là A. C3H4 và C4H8 B. C2H2 và C3H8 C. C2H2 và C4H8 D. C2H2 và C4H6 Giải: + Số mol brom phản ứng =1/2.1,4.0,5= 0,35 mol; số mol hỗn hợp hiđrocacbon = 0,2 mol số liên kết pi trung bình k 0,35 1,75 0,2 + Có các khả năng sau: hỗn hợp gồm 1 ankan và 1 ankin (loại) hoặc hỗn hợp gồm 1 anken và 1 ankin + Hỗn hợp gồm anken CnH2n x mol và ankin CmH2m2 y mol, công thức chung của 2 chất là C n H n 2 k 0,2 mol. Ta có (14 n +2 2 k ).0,2=6,7. Thay k vào ta được n =2,5 Và có x+ y = 0,2 và x+2y=0,35. Tìm được x = 0,05 mol và y=0,15 mol + Sử dụng đường chéo ta được n =4 và m=2 chọn đáp án C Câu 3: (câu 24, đề khối đại học khối B2012, mã 359) Hỗn hợp khí X gồm 0,15 mol vinylaxetilen và 0,6 mol H2. Nung X một thời gian với (xúc tác Ni) sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H2 bằng 10. Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng hồn tồn, khối lượng brom tham gia phản ứng là A. 0 gam B. 24 gam C. 8 gam D. 16 gam Giải: + Ban đầu vinylaxetilen phản ứng với H2, sau đó phản ứng với brom cho đến khi khơng còn liên kết pi (trở thành hợp chất bão hồ). Vậy muốn tính được số mol brom phản ứng ta chỉ cần tính được số mol hiđro đã phản ứng là xong + Bài tốn tính theo vinylaxetilen, đây ta không biết vinylaxetilen đã phản ứng là bao nhiêu nên tạm gọi số mol phản ứng là x mol C4 H k C H + k H2 Ban đầu 0,15 0,6 Phản ứng x kx Số mol hỗn hợp giảm đúng bằng số mol H 2 phản ứng, khối lượng hỗn hợp X và Y bằng nhau GV HUỲNH CƠNG QUỐC 13 TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HỒ số mol 0,15.52 0,6.2 0,15 0,6 x MY 10.2 kx =0,3 mol + Bảo tồn số mol liên kết pi ta có 0,15.3=0,3+ n Br2 n Br2 =0,15 mol + Tính được khối lượng brom phản ứng là 24 gam, chọn đáp án B Câu 4: (câu 28 đề đại học khối A2014, mã 259) Hỗn hợp khí X gồm 0,1 mol C2H2; 0,2 mol C2H4 và 0,3 mol H2. Đun nóng X với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H2 bằng 11. Hỗn hợp Y phản ứng tối đa với a mol Br2 trong dung dịch. Giá trị của a là A. 0,1 B. 0,3 C. 0,4 D. 0,2 Giải: + Nhận dạng bài tốn thì đây là kiểu bài bảo tồn số mol liên kết pi như câu trên + Ta tính số mol hiđro phản ứng 0,1.26 0,2.28 0,3.2 11.2 x = 0,2 mol (x là số mol H2 đã phản ứng) 0,1 0,2 0,3 kx + Bảo tồn số mol liên kết pi ta có 0,1.2 + 0,2.1 = 0,2 + n Br n Br =0,2 mol, chọn đáp án D MY 2 2.5. Phân tích hệ số trong phản ứng đốt cháy Ta đã biết một chất hữu cơ bất kỳ chứa 4 nguyên tố C, H, O và N có cơng thức phân tử là CnH2n+2 2kNaOb với k là độ bất bão hòa (bằng tổng số vòng và số liên kết π trong C) Xét phản ứng cháy của hợp chất này, ta có: 3n k b O2 CnH2n+22k NaOb + nCO2 + (n+1k)H2O + Phân tích hệ số phản ứng này, ta có một kết quả rất quan trọng a N2 nH O Nếu hợp chất chỉ chứa C, H, oxi có thể có hoặc khơng thì ta có n X n CO 1 k (k≠1). Với nX là số mol chất hữu cơ bị đốt cháy Các trường hợp riêng hay gặp trong các bài tập là k = 0 (hợp chất no, mạch hở C nH2n+2Ox, như ankan, ancol no mạch hở, ete no mạch hở, ) có nX nH O n CO k = 2 (ankin, ankađien, axit cacboxylic không no 1 nối đôi, anđehit không no 1 nối đôi, xeton không no 1 nối đôi, ) có n X n CO2 n H2O Nếu hợp chất chứa C, H, N, oxi có thể có hoặc khơng thì ta có n X nH O Với nX là số mol chất hữu cơ bị đốt cháy Nếu k = 1 thì + n H2O n CO2 (hợp chất chứa C, H, O có thể có hoặc khơng) + n H 2O n CO n CO k nN (k≠1). n N (hợp chất chứa C, H, N, oxi có thể có hoặc khơng) Câu 1: Đốt cháy hết V lít (đktc) hiđrocacbon X rồi dẫn sản phẩm qua bình chứa dung dịch Ba(OH)2 dư. Sau thí nghiệm thu được 7,88g kết tủa, đồng thời khối lượng dung dịch giảm 5,22g. Giá trị của V là GV HUỲNH CƠNG QUỐC 14 TRƯỜNG THPT PHÚ LỘC CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG ĐỘ BẤT BÃO HOÀ A. 1,12 + n CO B. 0,224 n BaCO n H O =0,05 mol 7,88 197 0,04mol ; mdd giảm = m BaCO + sản phẩm cháy của X có n H O + Từ đó tính được V Giải: C. 0,896 (m CO n CO X là ankan n ankan D. 0,112 m H O ) m H O = 0,9 gam nH n CO 2O ankan =22,4.(0,050,04) = 0,224 lít. Chọn đáp án B Câu 2: (câu 3, đề đại học khối A2011, mã 273) Đốt cháy hồn tồn x gam hỗn hợp gồm hai axit cacboxylic hai chức, mạch hở và đều có một liên kết đơi C=C trong phân tử, thu được V lít khí CO2 (đktc) và y mol H2O. Biểu thức liên hệ giữa các giá trị x, y và V là A. V C. V 28 (x 30 y) 55 28 (x 62 y) 95 B. V D. V 28 (x 30 y) 55 28 (x 62 y) 95 Giải: + Bài tốn đốt cháy hợp chất chứa có cơng thức CnH2n4O4 (do độ bất bão hồ của cả phân tử là 3) và tìm quan hệ giữa CO2 và H2O. Đơn giản nhất là dùng kết quả liên hệ giữa độ bất bão hoà và số mol giữa CO2 và H2O + Số mol hỗn hợp 2 axit, CO2 và nước lần lượt là n CO n hh n CO 2 nH V ; n H O 22,4 y và k =3 2O + Bảo toàn khối lượng các nguyên tố mhh = mC+ mH + mO = 12nC+ nH + 16nO mhh =12 n CO2 +2 n H2O +16.4 n hh mhh = 12 n CO2 +2 n H2O +16.4 mhh =44 n CO +30 n H2O Thay các giá trị vào ta có x 44 V 30.y hay V 22,4 28 (x 55 n CO 2 nH O 30 y) Chọn đáp án A Câu 3: Đốt cháy hoàn toàn x mol axit cacboxylic E, thu được y mol CO2 và z mol H2O (với z = y x). Cho x mol E tác dụng với NaHCO3 (dư) thu được y mol CO2. Tên của E là A. axit oxalic B. axit acrylic C. axit ađipic D. axit fomic Giải: + n = n CO n H O như vậy E có độ bất bão hồ bằng 2 E 2 n + CO sinh ra khi đốt cháy = n CO sinh ra khi tác dụng với NaHCO3 = y Số nhóm chức axit = số nguyên tử cacbon của phân tử. Chỉ có axit oxalic phù hợp. Chọn đáp án A Câu 4: (câu 41 đề đại học khối A2014, mã 259) Cho X, Y là hai chất thuộc dãy đồng đẳng của axit acrylic và MX