Đang tải... (xem toàn văn)
Vì đây là bài tập đầu tiên giúp cho học sinh làm quen với bài tập lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ cho nên người giáo viên cần chọn bài tập cơ bản nhất và lần lượt hướng dẫn ch[r]
(1)DẠNG TỐN LẬP CƠNG THỨC PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ THEO PHƯƠNG PHÁP KHỐI LƯỢNG
Đây dạng toán mà yêu cầu tất đối tượng học sinh phải nắm bắt Giáo viên cung cấp nội dung phương pháp tiết luyện tập, trường có điều kiện giáo viên truyền đạt đến học sinh tiết học tự chọn hay tiết phụ đạo hiệu cao
Nội dung phương pháp tóm tắt sau: Giả thiết toán:
Đốt cháy a (gam) hợp chất hữu A thu
2
CO
m , mH O
2 mN2 (nếu có)
Để cho giả thiết tính M khối lượng mol A (mA) yêu cầu lập công thức phân tử A
2 Các bước lập công thức phân tử:
Với giả thiết ta lập công thức phân tử A theo bước sau: Bước 1: Định lượng nguyên tố A
- Tìm cacbon: Dựa vào CO2
mC =
44 12
2
CO m
= 11
2
CO m
mC = nCO2.12 - Tìm hidro: Dựa vào H2O
mH =
18
2O
H m
=
2O
H m
mH = 2.nH2O - Tìm nitơ: Dựa vào N2
mN = mN2 mN = nN2.28
- Tìm oxi: Dùng phương pháp loại suy Mo = a - (mC + mH = mN)
Bước 2: Tính khối lượng phân tử gần hợp chất hữu
- Dựa vào tỉ khối dA/B =
B A M M
-> mA = dA/B MB
Nếu B khơng khí MB = 29
- Dựa vào số mol khối lượng MA =
A A n m
(2)Do =
4 , 22
A M
-> MA = Do.22,4
Bước 3: Lập công thức phân tử A
Đối với bước chia thành ba cách, tuỳ thuộc vào điều kiện tốn cho mà học sinh chọn cho cách giải nhanh dễ dàng
Cách 1: Dựa vào thành phần khối lượng nguyên tố phân tử hợp chất hữu
Đối với cách thường phổ biến toán cho trước MA
Ta có cơng thức tổng qt CxHyOzNt
c m
x
12
= H m
y =
o m
z
16
= N m
t
14
= A
A m M
Hoặc toán cho phần trăm khối lượng %C chất giáo viên hướng dẫn cho học sinh sử dụng công thức:
C x
% 12
= H y
% = O
z
% 16
= N
t
% 14
= 100
A M
Thay giá trị biết vào công tác thức suy giá trị x, y, z, t, sau thay vào cơng thức tổng qt ta cơng thức phân tử cần lập
Cách 2: Lập công thức phân tử qua công thức thực nghiệm
Đối với cách thường dùng để giải tốn mà u cầu lập cơng thức ngun hay tốn cho thiếu giả thiết để tính MA
Trước tiên ta lập tỷ lệ số nguyên tử nguyên tố C : H : O : N =
12 c m
:
H m
: 16
O m
: 14
N m
Hoặc C : H : O : N =
12 %C
:
1 %H
:
16 %O
:
14 %N
= a : b : c : d (là tỉ lệ số nguyên, tối giản) Suy công thức thực nghiệm (CaHbOcNd)n
Trong n ≥ (là số nguyên): gọi hệ số thực nghiệm
Dựa vào MA giả thiết đề cho suy n, thay vào công thức thực nghiệm suy công thức phân
tử cần lập
Cách 3: Dựa vào phương trình cháy
Giáo viên hướng dẫn cho học sinh phương trình cháy tổng quát cách điền số vào phương trình CxHyOZNt + (x +
4
y -
2
z
)O2 to xCO2 +
2
y
H2O +
2
t N2
MA 44x 9y 14t
a
2
CO
m mH O
2 mN2
(3)Sau dựa vào MA = 12x + y + 16z + 14t
-> Z
* Lưu ý: Đối với cách thứ ta khơng cần tính bước định lượng nguyên tố A Bài tập vận dụng
1 Đốt chát hoàn toàn 7,4g hợp chất hữu A Sau phản ứng kết thúc thu 13,2 (g) CO2 5,4
(g) H2O Lập công thức phân tử A biết tỉ khối A so với khí hidro 37
Vì tập giúp cho học sinh làm quen với tập lập công thức phân tử hợp chất hữu người giáo viên cần chọn tập hướng dẫn cho học sinh bước giải thật cụ thể để bước đầu giúp cho học sinh cảm nhận việc giải tập hố hữu khơng khó học sinh
Bước 1: Định lượng nguyên tố A
mC =
11
2
CO m
=
11 , 13
= 3,6 (g)
mH =
9
2O
H m
=
9 ,
= 0,6 (g)
mO = mA – (mC + mH) = 7,4 – (3,6 + 0,6) = 3,2 (g)
Vậy A có chứa nguyên tố C, H O
Bước 2: Tính MA = dA/ H2 mH2 = 37.2 = 74 (g) Bước 3: Lập công thức phân tử A
Giáo viên hướng dẫn học sinh lập theo cách: Cách 1: Đặt công thức tổng quát CxHyOz
C m
x
12
= H m
y =
O m
z
16
= A
A m M
= ,
74 = 10
-> x = 12 10mC
=
12 , 10
= y = 10.mH = 10.0,6 =
z = 16 10mO
=
16 , 10
=
Vậy công thức phân tử A C3H6O2
Cách 2:
C : H : O = 12
c m
:
H m
: 16
O m
=
12 ,
:
1 ,
:
16 ,
= 0,3 : 0,6 : 0,2 = : = -> Công thức thực nghiệm (C3H6O2)n
MA = (3.12 + 6.1 + 2.16)n = 74n = 74
(4)-> Công thức phân tử A C3H6O2
Cách 3:
CxHyOz + (x +
4
y -
2
Z
)O2 to xCO2 +
2
y H2O
74 44x 9y
7,4 13,2 5,4
-> ,
74 =
2 , 13
44x =
4 ,
9 y
-> x = 3; y =
MA = 12.3 + 6.1 + 16.z = 74
-> Z =
Vậy công thức phân tử C3H6O2
Các tập tương tự
Giải tập số 5/112, 4/133, 4/144 sách giáo khoa Hoá
Đốt chát hoàn toàn 0,72g hợp chất hữu A thu 1,12l CO2 (đktc) 1,08g H2O Lập công thức
phân tử A biết tỉ khối A khí oxi 2,25 Các trường hợp biến dạng:
Để giải tập theo phương pháp khối lượng dừng lại dạng mà cịn sâu vào trường hợp biến dạng đòi hỏi học sinh phải có tư để giải Đối với trường hợp không yêu cầu học sinh có mức độ trung bình, yếu, mà truờng hợp chủ yếu giành cho học sinh khá, giỏi Giáo viên đưa vào chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi hướng dẫn mở rộng thêm cho học sinh luyện tập có thời gian Với phạm vi đề tài nghiên cứu xin đưa trường hợp biến dạng sau:
1 Trường hợp 1: Đề toán không cho biết khối lượng hợp chất hữu ban đầu mà cho biết lượng O2 cần dùng để đốt cháy hợp chất hữu
Đối với dạng tập ta giải sau: Dựa vào phương trình: A + O2 to CO2 + H2O + N2
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mA + mO2 = mCO2 + mH2O + mN2 -> mA = mCO2 + mH2O + mN2 - mO2
Hoặc dựa vào định luật bảo tồn khối lượng cho ngun tố ơxi mO(A) + mO cháy = ( )
2
CO O
m +
) (
2O
H O m
-> mO(A) =
) (
2
CO O
m +
) (
2O
H O
m - mO cháy
Muốn tính khối lượng oxi CO2 H2O ta phải phân tích q trình cháy
C + O2 CO2
(5)Dựa vào CO2 H2O ta tính oxi CO2 H2O
=> mA = mC + mH + mN + mO
Sau đưa toán dạng để giải Bài tập vận dụng:
Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu A cần dùng 6,72 lít O2 (đktc) Sau phản ứng kết thúc thu
13,2g CO2 5,4g H2O Xác định công thức phân tử A biết dA/He = 15
Giáo viên hướng dẫn học sinh bước xử lý giả thiết đề cho:
2
O n =
4 , 22
2
O V
= , 22
72 ,
= 0,3 (mol)
2
O m =
2
O n
2
O
M = 0,3.32 = 9,6 (g)
Dựa vào dịnh luật bảo toàn khối lượng ta có: MA = mCO2+ mH2O - mO2= 13,2 + 5,4 – 9,6 = (g)
-> Bài toán đưa dạng bản, giáo viên cho học sinh tự giải tiếp
2 Trường hợp 2: Bài tốn khơng cho trực tiếp lượng CO2 H2O mà cho giả thiết sau:
a Giả thiết 1: Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu dẫn sản phẩm cháy qua bình đựng H2SO4 đặc (hoặc P2O5, CaCl2 khan), cho tiếp sản phẩm cịn lại qua bình đựng dung dịch
Ca(OH)2 (hoặc Ba(OH)2, NaOH, KOH)
Sau cho khối lượng bình tăng, khối lượng bình tăng
Hướng giải quyết: Ta suy mH2O = m bình tăng; mCO2= m bình tăng sau đưa tồn dạng để giải
b Giả thiết 2: Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu dẫn toàn sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịch Ba(OH)2 dư Ca(OH)2 dư Sau thí nghiệm đề cho khối lượng bình tăng khối lượng kết
tủa bình
Hướng giải quyết: Khi dẫn sản phẩm cháy vào bình CO2 H2O bị giữ lại bình Do đó:
2
CO
m + mH O
2 = m bình tăng (*)
Và CO2 tạo kết tủa với Ba(OH)2 Ca(OH)2
Từ khối lượng kết tủa -> Số mol kết tủa => dựa vào phương trình suy số mol CO2 => Khối lượng
CO2
Thay vào * suy mH O
2
Sau đưa toán dạng để giải
* Lưu ý: Trong giả thiết cho sản phẩm cháy gồm CO2 nước vào dd Ca(OH)2 Ba(OH)2
thì dung dịch thu tăng lên hay giảm xuống so với khối lượng ban đầu Nếu mtăng = m (chất hấp thụ CO2,H2O) - m kết tủa
Nếu m giảm = m kết tủa - m chất hấp thụ
(6)1 Đốt cháy hoàn toàn 0,46g hợp chất hữu A thu tồn sản phẩm cháy qua bình đựng P2O5, bình
2 đựng KOH thấy khối lượng bình tăng 0,88g bình tăng 0,54g Biết tỉ khối khí A so với khơng khí 1,58 Xác định công thức phân tử A
Hướng giải toán nằm giả thiết O
H m
2 = m bình P2O5 tăng = 0,54 (g)
CO
m = m bình KOH tăng = 0,88 (g)
MA = 1,58 29 = 46 (g)
Bài toán đưa vào dạng
2 Đốt cháy hoàn toàn 10,4g chất hữu A cho sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình chứa dung dịch Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình tăng 16,8 (g) đồng thời bình có xuất 30 gam kết tủa
Biết khối lượng 0,05 mol A 5,2g Xác định công thức phân tử A
Đối với tập nằm giả thiết thứ Giáo viên hướng dẫn học sinh giải trường hợp biến dạng để đưa vào dạng
2
CO
m + mH O
2 = mbìnhCa(OH)2 tăng = 16,8 (g)
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
2
CO n =
3
CaCO m =
100 30
= 0,3 (mol)
2
CO
m = 0,3 44 = 13,2 (g) -> mHO
2 = 16,8 - 13,2 = 3,6 (g)
MA =
A A m m
= 05 ,
2 ,
= 104 (g) Bài toán đưa dạng
3 Trường hợp 3: Bài tốn khơng cho biết khối lượng sản phẩm cháy CO2, H2O cụ thể, riêng biệt sinh
ra đốt cháy hợp chất hữu mà cho lượng hỗn hợp sản phẩm tỉ lệ khối lượng hay thể tích chúng
Cách giải quyết: Đặc ẩn số mol cho CO2 H2O (nCO2= a; nH2O = b) lập phương trình tốn học khối lượng CO2 H2O cụ thể Sau tính lượng CO2 H2O riêng biệt đưa vài toán dạng
bản để giải
Bài tập vận dụng: Đốt cháy hoàn toàn 18g hợp chất hữu A cần vừa đủ 16,8 (l) O2 đktc Hỗn hợp sản
phẩm cháy gồm CO2 H2O theo tỉ lệ thể tích
2
CO
V : VHO
2 = : Xác định công thức phân tử A
biết
2 / H
A
d = 36
Giáo viên hướng dẫn học sinh giải toán để đưa dạng
2
O n =
4 , 22
8 , 16
= 0,75 (mol)
2
O
(7)Ta có: A + O2 to CO2 + H2O
Theo định luật bảo tồn khối lượng ta có:
2
CO
m + mH2O= mA +mO2
= 18 + 24 = 42 (g) Gọi a =
2
CO
n , b = nH2O
-> 44a + 18b = 42 (1)
O H CO
V V
2
= O H CO
n n
2
= b a
=
2
-> 2a - 3b = (2)
Giải hệ phương trình (1) (2) suy a = 0,75 b = 0,5
2
CO
m = 0,75 44 = 33 (g) O
H m
2 = 0,5 18 = (g)