Đang tải... (xem toàn văn)
Qua khảo sát từ thực tế học sinh và tiếp xúc với một số đồng nghiệp tôi nhận thấy có nhiều vấn đề trong việc giải bài tập thuộc phần hóa học hữu cơ mà các học sinh trong đội tuyển còn l[r]
(1)THÔNG TIN CHUNG VỀ CHUYÊN ĐỀ
1 Tên chuyên đề: “Giải toán sử dụng trị số trung bình C H” 2 Tác giả:
- Họ tên: Đoàn Mạnh Hùng. - Chức vụ: Giáo viên
- Đơn vị công tác: Trường THCS Tam Dương – Tam Dương – Vĩnh Phúc 3 Đối tượng học sinh bồi dưỡng:
- Học sinh lớp tham gia kì thi HSG cấp tỉnh 4 Thời gian bồi dưỡng: tiết
NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ
GIẢI BÀI TẬP SỬ DỤNG TRỊ SỐ TRUNG BÌNH CỦA C VÀ H PHẦN I: MỞ ĐẦU
I Lý chọn chuyên đề
Hiện vấn đề bồi dưỡng học sinh dự thi học sinh giỏi cấp Tỉnh phòng giáo dục đặc biệt quan tâm, nhà trường bậc cha mẹ học sinh nhiệt tình ủng hộ Từ tạo tâm lý tốt kích thích phong trào học tập cho học sinh Giáo viên phân cơng bồi dưỡng có nhiều cố gắng việc nâng cao kiến thức, kĩ làm tập cho em Nhờ số lượng chất lượng đội tuyển học sinh giỏi huyện dự thi cấp tỉnh tăng lên Tuy nhiên thực tế, cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi cịn gặp nhiều khó khăn
Qua khảo sát từ thực tế học sinh tiếp xúc với số đồng nghiệp tơi nhận thấy có nhiều vấn đề việc giải tập thuộc phần hóa học hữu mà học sinh đội tuyển lúng túng, đặc biệt tập yêu cầu vận dụng khéo léo cơng thức phân tử trung bình hỗn hợp Với lý để phục vụ cho công tác giảng dạy, đặc biệt công tác bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi dự thi cấp tỉnh bồi dưỡng học sinh thi vào trường chuyên, lớp chọn viết chuyên đề “ Giải tập sử dụng trị số trung bình C H”.
II Phạm vi mục đích chuyên đề 1 Phạm vi chuyên đề
(2)2 Mục đích chuyên đề
- Trao đổi với đồng nghiệp học sinh phương pháp giải tập sử dụng trị số trung bình C H chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi lớp dự thi cấp tỉnh - Giúp học sinh biết vận dụng phương pháp cách linh hoạt việc giải toán hỗn hợp hợp chất hữu
PHẦN II: NỘI DUNG A NGUYÊN TẮC
- Công thức trung bình cơng thức đại diện cho hỗn hợp
- Thường dùng để giải toán hỗn hợp chất hữu không dãy đồng đẳng
- Hỗn hợp chất hữu chứa C, H (hoặc C, H, O hay C, H, O, N) có:
Trị số C trung bình
2
CO
hh
n ; n
Trị số H trung bình
2 H O hh
2n n
(nếu điều kiện nhiệt độ, áp suất, thay số mol thể tích) - Hỗn hợp chất hữu dãy đồng đẳng có cơng thức trung bình trùng với công thức chung dãy đồng đẳng
Ví dụ: Hỗn hợp ancol CH4O; C2H6O; C3H8O có cơng thức chung bình CnH2n+2O
- Hỗn hợp chất hữu khác dãy đồng đẳng có cơng thức trung bình khác với cơng thức chung chất hỗn hợp Tuy vậy, phân tử chúng có số nguyên tử ngun tố cơng thức trung bình giữ nguyên số nguyên tử nguyên tố Ví dụ hỗn hợp chất hữu C2H4O2; C3H4O2; C4H8O2; C5H12O2
có cơng thức trung bình CxHyO2, tất nhiên ta phải có
2 x y 12
- Vì cơng thức trung bình cơng thức đại diện cho hỗn hợp nên số mol số gam hỗn hợp số mol số gam chất đại diện
- Trong trường hợp khơng tính trị số trung bình C H theo cơng thức nêu đặt cơng thức trung bình cho hỗn hợp giải để tìm trị số
* Một số ý quan trọng
(3)max (Xi): đại lượng lớn tất Xi
Nếu chất hỗn hợp có số mol Þ trị trung bình trung bình cộng, ngược lại
Nếu biết tỉ lệ mol chất nên chọn số mol chất có số mol Þ số mol chất cịn lại Þ X
B CÁC VÍ DỤ
Ví dụ 1: X hỗn hợp gồm C3H4, C3H6, C4H10 hiđrocacbon CxHy Đốt cháy hồn tồn lít X 17,5 lít CO2 10,5 lít nước (các thể tích đo điều kiện) Xác định công thức phân tử CxHy
Giải
Ta có số C trung bình =
17,5 2,5
7 Þ x < 2,5 (vì chất cịn lại có số C > 2,5)
Số H trung bình =
10,5.2
7 Þ y < (vì chất cịn lại có số H > 3)
Vì x, y nguyên, dương y ln chẵn nên CxHy C2H2
Ví dụ 2: Đốt cháy hồn tồn 0,375 mol hỗn hợp hiđrocacbon dãy đồng đẳng thu m gam H2O 26,4 gam CO2 Tìm m
Giải
Ta có số C trung bình =
0,6 1,6 0,375
Þ có hiđrocacbon có 1C, hiđrocacbon CH4. Þ chúng ankan, cơng thức trung bình C Hn 2n 2
Þ nH O2 nankan nCO2 0,375 0,6 0,975(mol).
Vậy m = 18.0,975 = 17,55 gam
Lưu ý: Hỗn hợp ankan ete no, ancol no cháy cho nH O2 nhhnCO2
Ví dụ 3: X hỗn hợp gồm ankan Y ankin Z có số H phân tử Đốt cháy hoàn toàn 0,25 mol X thu H2O 30,8 gam CO2 Tính khối lượng X đốt
Giải
Vì có số H phân tử nên ankin phải ankan 2C Ta có số C trung bình =
0,
2,8 0, 25
(4)Þ chúng có cơng thức trung bình C H2,8 Þ mhỗn hợp = 0,25(12.2,8 + 6) = 9,9 gam
Ví dụ 4: X hỗn hợp gồm C2H6, C3H6 C4H6 có tỉ khối so với H2 24 Để đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X cần tối thiểu mol O2?
Giải Đặt cơng thức trung bình hiđrocabon CxH6 Ta có 12x + = 24.2 = 48 Þ x = 3,5.
Vậy chúng có cơng thức trung bình C3,5H6
C3,5H6 + 5O2 3,5CO2 + 3H2O
0,1 mol 0,5 mol Do cần tối thiểu 0,5 mol O2
Ví dụ 5: Một hỗn hợp X có khối lượng 9,1 gam gồm hiđrocacbon mạch hở (trong phân tử chất chứa liên kết đôi) làm màu vừa đủ 40 gam brom dung dịch Biết hỗn hợp X thành phần thể tích hiđrocacbon có khối lượng phân tử nhỏ nằm khoảng từ 65% đến 75% Xác định công thức phân tử hiđrocacbon
Giải
Đặt CTTQ hỗn hợp X là: C Hn 2n, số mol Br2 =
40
0, 25(mol)
160
n 2n
C H + Br2 C H Brn 2n 2
0,25 0,25 mol
X 9,1
M 36, 14n = 36,4 n = 2,6
0, 25
Vậy phải có chất có số C < 2,6 => C2H4 chất có số C > 2,6 Đặt cơng thức hiđrocacbon cịn lại CxH2x
Gọi a số mol C2H4 có mol hỗn hợp X
Ta có: 2a (1 a)x 2,6 2a – ax + x = 2,6 Þ a =
x 2,6 x
Vì % thể tích C2H4 từ 65% 75% nên ta có : 0,65 < a < 0,75 Þ 0,65 <
x 2, x
< 0,75
Giải ra: 3,7 < x < 4,4
(5)Ví dụ 6: Dẫn 1,68 lít hỗn hợp khí X gồm hai hiđrocacbon vào bình đựng dung dịch brom (dư) Sau phản ứng xảy hồn tồn, có gam brom phản ứng cịn lại 1,12 lít khí Nếu đốt cháy hồn tồn 1,68 lít X sinh 2,8 lít khí CO2 Xác định công thức phân tử hai hiđrocacbon Biết thể tích khí đo đktc
Giải
Þ
Þ
Þ
2
2
Br hi rocacbon không no
hi rocacbon không no CO
hh
4 hi rocacbon không no
Theo ra:
n 4/160
k
n (1,68 1,12) / 22,4
V 2,8 5
C 1,67
V 1,68
Có hi rocacbon CH 2,8 1,12.1
C
0,56 Hi rocacbon l
®
®
®
®
® ¹i C H3 6
Ví dụ 7: Đốt cháy hoàn toàn 0,25 mol hỗn hợp este dãy đồng đẳng thu H2O 0,6 mol CO2 Tìm khối lượng este đốt
Giải
Ta có số C trung bình = 0,6
2, 0, 25
Þ có este có 2C, este HCOOCH3.
Þ chúng este đơn chức no, cơng thức trung bình C H On 2n Þ mhỗn hợp = 0,25(14n+32) = 0,25(14.2,4 + 32) = 16,4 gam
(6)Giải O 23,52 n 1,05(mol) 22,
; CO2
26,
n 0,6 (mol) 44
Theo định luật bảo toàn nguyên tố oxi: mO mO(trong CO )2 mO(trong H O)2 Þ 1,05.32 = 0,6.2.16 + mO(trong H O)2
Þ mO(trong H O)2 = 14,4 gam Þ H O2 O
14,
n n 0,9 (mol) 16
Đặt CTPTTB hỗn hợp :C Hn 2n 2k (0 k 1)
Sơ đồ phản ứng cháy: C Hn 2n 2k nCO2 (n k)H O
Ta có:
n k 0,9
n 2k
0,6
n
Þ
Suy n 2 , mà anken ln có số C lớn
bằng nên ankan X phải có C
Vậy cơng thức ankan CH4 anken C3H6
Ví dụ 9: Đốt cháy hoàn toàn 0,35 mol hỗn hợp axit cacboxylic dãy đồng đẳng cần vừa đủ V lít O2 (đktc) Hấp thụ hết sản phẩm cháy vào nước vơi dư 63 gam kết tủa Tìm V
Giải
Ta có số C trung bình =
0,63 1,8 0,35
Þ có axit cacboxylic có 1C, axit cacboxylic HCOOH. Þ chúng axit cacboxylic đơn chức no, cơng thức trung bình C H On 2n
2 2
n 2n
3n
C H O ( )O nCO nH O
2
0,35 0,35
3n
( )
2
(mol)
Þ V = 22,4.0,35.
3.1,8
( )
2
= 13,328 lít
Ví dụ 10: X hỗn hợp este đơn chức (tạo ancol với hai axit dãy đồng đẳng) Đốt cháy hoàn toàn 35 gam X 1,9 mol CO2 1,3 mol H2O Xác định công thức phân tử este % khối lượng este X
Giải
(7)Þ Cơng thức este viết CxHyO2 Cx+1Hy+2O2.
Vậy chúng có cơng thức trung bình CnHmO2
Gọi a số mol este, ta có hệ:
a(12n m 32) 35 a 0,3
an 1,9 n 6,33
0,5am 1,3 m 8,66
Do n = 6,33 nên este có 6C 7C m = 8,66 nên este có 8H 10H
Vậy este có cơng thức phân tử C6H8O2 C7H10O2 Gọi b, c số mol este trên, ta có hệ:
b c 0,3 b 0,
6b 7c 1,9 c 0,1
Do % C6H8O2 =
0, 2.112.100 64;
35 % C7H10O2 = 100% - 64% = 36%
Ví dụ 11: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp ancol đơn chức dãy đồng đẳng 3,808 lít CO2 (đktc) 5,4 gam H2O Tính m
Giải
Vì nCO2 0,17 nH O2 0,3 nên ancol đơn chức no, công thức trung bình
n 2n
C H OH
Gọi a số mol hỗn hợp, ta có phản ứng:
o t
2 2
n 2n
3n
C H OH O nCO (n 1)H O
2
a
3an
2 an a(n + 1)
Vậy m = a(14n+18) = 18a(n + 1) + 44an–
3an 32
2 = 18.0,3 – 4.0,17 = 4,72 gam.
Ví dụ 12: Hỗn hợp X gồm axetilen, propilen metan
- Đốt cháy hoàn toàn 11 gam hỗn hợp X thu 12,6 gam nước
- Mặt khác 0,25 mol hỗn hợp X vừa đủ làm màu dung dịch chứa 50 gam Br2 Tính thành phần % thể tích chất hỗn hợp X
(8) Þ Þ 2
H O H Br
n 2n 2k
2
n 2n 2k n 2n 2k 2k
n 0,7 mol m 1,4 gam ; n 0,3125 mol
G i công th c chung c a h n h p X C H Ph n ng v i Br :
C H kBr C H Br 0,3125
k 1,25
0,25 0,25 0,3125
Ta vi t l i X d i
ọ ứ ủ ỗ ợ ¶ ø í Õ ¹ í n 2n 0,5
2
n 2n 0,5
X H
CO C
d ng: C H
S ph n ng cháy: C H nCO (n 0,25)H O
m m 11 1,4
Theo ÐLBT nguyên t kh i l ng: n n 0,8 mol
12 12 đồ ả ứ ố ố ợ ị ị ị ị 2
3
CO
2 3,5 H O
C H CH
3
2 2
n n 0,8
n Công th c chung c a h n h p X C H
n n 0,25 0,7
Nh n th y: C n n n (1)
Coi h n h p C H CH ch hi rocacbon nh t, có CTPT chung C H H n h p X g m C H v C
ứ ủ ỗ ợ ậ ấ ỗ ợ ỉ đ ấ ỗ ợ Þ Þ
2 2
2
3
5 C H C H
C H
C H CH
2
H L i có: H 3,5 n n (2)
2
%V 50,0%
T (1) (2)
%V %V 25,0%
(9)Đánh giá phương pháp giải tập sử dụng trị số trung bình C H:
Có thể dựa vào trị số trung bình để đánh giá tốn, qua thu gọn khoảng nghiệm làm cho tốn trở nên đơn giản hơn, chí trực tiếp kết luận nghiệm tốn
Điểm mấu chốt phương pháp phải xác định trị số trung bình liên quan trực tiếp đến việc giải tốn Từ dựa vào kiện đề trị trung bình kết luận cần thiết
Phương pháp sử dụng trị số trung bình phương pháp thuận
tiện nhất, cho phép giải nhanh chóng đơn giản nhiều tốn hóa học phức tạp
Phương pháp áp dụng việc giải nhiều tốn khác vơ
và hữu cơ, đặc biệt việc chuyển toán hỗn hợp thành toán chất đơn giản
Phương pháp sử dụng trị số trung bình cịn giúp giải nhanh nhiều tốn mà
(10)BÀI TẬP TỰ GIẢI
Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn lượng hỗn hợp X gồm ancol (đều no, đa chức, mạch hở, có số nhóm OH) cần vừa đủ V lít O2, thu 11,2 lít CO2 12,6 gam H2O (các thể tích đo đktc) Tính V
(ĐS: 14,56 lít)
Bài 2: Đốt cháy hồn tồn lít hỗn hợp khí gồm C2H2 hiđrocacbon X sinh lít khí CO2 lít H2O Xác định công thức phân tử X
(ĐS: C2H6)
Bài 3: Cho m gam hỗn hợp X gồm ancol no, đơn chức, dãy đồng đẳng tác dụng với CO (dư) nung nóng, thu hỗn hợp rắn Z hỗn hợp Y (có tỉ khối so với H2 13,75) Cho toàn Y phản ứng với lượng dư Ag2O(hoặc AgNO3) dung dịch NH3 đun nóng, thu 64,8 gam Ag Tính m
(ĐS: 7,8 gam)
Bài 4: Hỗn hợp X gồm ancol no, đơn chức, mạch hở, dãy đồng đẳng Oxi hóa hồn tồn 0,2 mol hỗn hợp X có khối lượng m gam CuO nhiệt độ thích hợp, thu hỗn hợp sản phẩm hữu Y Cho Y tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3 NH3, thu 54 gam Ag Tính m
(ĐS: 8,5 gam) Bài 5: Hiđro hóa hồn tồn m gam hỗn hợp X gồm anđehit no, đơn chức, mạch hở, kế tiếp dãy đồng đẳng thu (m + 1) gam hỗn hợp ancol Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn m gam X cần vừa đủ 17,92 lít khí O2 (ở đktc) Tính m
(ĐS: 17,8 gam)
Bài 6: Đốt cháy hồn tồn lít hỗn hợp khí gồm hai anken liên tiếp cần 18 lít O2 (đo điều kiện) Cũng lượng hỗn hợp khí hiđrat hóa hồn tồn hỗn hợp ancol Z phần trăm khối lượng ancol có số cacbon bao nhiêu?
(ĐS: 53,48%)
Bài 7: Đốt cháy hoàn toàn 0,25 mol hỗn hợp X khí gồm anken ankin (có số H phân tử) H2O 35,2 gam CO2 Tính tỉ khối X so với H2
(11)Bài 8: Đốt cháy hoàn toàn amin đơn chức no, mạch hở đồng đẳng liên tiếp N2, CO2 H2O nCO2: nH O2 1:2.Xác định cơng thức phân tử amin
(ĐS: CH5N C2H7N)
Bài 9: X hỗn hợp gồm metan, etan propan có tỉ khối so với H2 17,8 Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X hấp thụ tồn sản phẩm cháy vào nước vơi dư sau hấp thụ, khối lượng dung dịch tăng hay giảm gam?
(ĐS: Giảm 7,32 gam)
Bài 10: Đốt cháy hồn tồn 10 lít hỗn hợp gồm hiđrocacbon thể khí C4H10; C3H6; C3H4; C4H6 CxHy 22 lít CO2 14 lít nước (các thể tích đo điều kiện) Xác định công thức CxHy
(ĐS: C2H2)
Bài 11: X hỗn hợp ancol đơn chức dãy đồng dẳng (tỉ lệ khối lượng 1:1) Đốt cháy hoàn toàn X 21,45 gam CO2 13,95 gam H2O Xác định công thức phân tử ancol
(ĐS: CH4O C3H8O)
Bài 12: Đốt cháy hồn tồn lít hỗn hợp gồm anken cần vừa đủ 31 lít khí O2 (các khí đo điều kiện) Biết % thể tích anken có số C lớn chiếm khoảng 40% đến 50% thể tích hỗn hợp X Xác định công thức phân tử anken
(ĐS: C2H4 C4H8)
Bài 13: X hỗn hợp este đơn chức (tạo axit cacboxylic với ancol đồng đẳng liên tiếp) Đốt cháy hoàn toàn lượng X cần vừa đủ 25,20 lít O2 (đktc) Sau phản ứng thu 0,95 mol CO2 0,65 mol H2O Xác định công thức phân tử este % khối lượng este X
(ĐS: C6H8O2 (64%) C7H10O2 (36%))
Bài 14: X hỗn hợp este đơn chức (tạo axit cacboxylic với ancol đồng đẳng liên tiếp) Chia lượng X thành phần nhau:
+ Đốt cháy hoàn tồn phần cần vừa đủ 10,08 lít O2 (đktc) Sản phẩm cháy hấp thụ hết vào nước vôi dư 38 gam kết tủa
+ Xà phòng hóa hồn tồn phần cần vừa đủ 60 ml dung dịch NaOH 1M Xác định công thức phân tử este
(12)Bài 15: X hỗn hợp gồm axit cacboxylic đơn chức Y ancol no Z, tất đề mạch hở có số C phân tử Đốt cháy hồn tồn 0,3 mol X (trong nY > nZ) cần vừa đủ 43,2 gam O2, sau phản ứng thu 52,8 gam CO2 19,8 gam H2O Este hóa 0,3 mol X este E có khối lượng 19,5 gam Tính hiệu suất phản ứng este hóa
(ĐS: 85,00%)
Bài 16: X hỗn hợp anđehit no, mạch hở Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol X thu H2O 11,2 lít CO2 (đktc) Để hiđro hóa hồn tồn 0,3 mol X cần vừa đủ gam H2 Tìm công thức anđehit
(ĐS: HCHO OHC – CHO)
Bài 17: Đốt cháy hoàn toàn lít hỗn hợp X gồm C2H2 hiđrocacbon A thu lít CO2 lít nước (thể tích khí điều kiện nhiệt độ, áp suất) Xác định công thức phân tử A
(ĐS:C2H6)
Bài 18: Hỗn hợp khí A gồm hiđrocacbon Đốt cháy hồn tồn lít A khí oxi thu 1,6 lit khí CO2 1,4 lít nước
Xác định công thức phân tử hiđrocacbon có hỗn hợp khí A, biết thể tích khí nước đo điều kiện nhiệt độ áp suất
(ĐS: CH4 C2H2)
Bài 19: Hỗn hợp X gồm ba chất hữu A, B, C chất A có cơng thức CxHyO, B C hai chất có cơng thức phân tử Cx’Hy’O Đốt cháy hồn tồn 0,08 mol X thu 3,96 gam H2O 3,136 lít khí CO2 (đktc) Số mol chất A
5
3 tổng số mol
hai chất B C Xác định công thức cấu tạo ba chất A, B, C biết phân tử chúng có nhóm –OH
(ĐS: A: CH3OH B: CH3CH2CH2OH; C: CH3CH(OH)CH3
Hoặc B: CH3CH(OH)CH3; C: CH3CH2CH2O)
Bài 20: Dẫn 1,68 lít hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon vào bình đựng dung dịch brom dư. Sau phản ứng xảy hồn tồn, có gam brom phản ứng cịn lại 1,12 lít khí Mặt khác đốt cháy 1,68 lít hỗn hợp khí thu 2,24 lít CO2 Biết thể tích khí đo đktc Xác định cơng thức phân tử hai hiđrocacbon
(ĐS: CH4 C2H2)
PHẦN III: KẾT LUẬN
(13)năng làm tập hóa học Trong viết đề tài chắn chưa thấy hết ưu điểm tồn tiến trình áp dụng, tơi mong muốn góp ý phê bình đồng nghiệp để chun đề ngày hồn thiện
Tơi xin chân thành cảm ơn !
Tam Dương, ngày tháng năm 2014
Người vit chuyờn
Đoàn Mạnh Hùng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Những chun đề hay khó hố học THCS - Hoàng Thành Chung - NXB Giáo dục Hố học nâng cao - Ngơ Ngọc An - Nhà xuất trẻ
350 Bài toán hoá học chọn lọc - Đào Hữu Vinh - NXB Hà Nội
Chuyên đề bồi dưỡng hoá học - - Nguyễn Đình Độ - NXB Đà Nẵng Phương pháp giải tốn hóa học hữu - Đào Hữu Vinh - NXB Hà Nội Phương pháp giải tốn hóa học hữu – Nguyễn Thanh Khuyến
Phương pháp tập trắc nghiệm hóa học hữu – Nguyễn Đình Độ
(14) Các cơng thức giải nhanh trắc nghiệm hóa học - Nguyễn Đình Độ
Tuyển chọn đề thi tuyển sinh vào lớp 10 chun mơn Hóa học – Phạm Thái An Các tài liệu tham khảo khác đề thi học sinh giỏi số tỉnh
-
-MỤC LỤC
Trang Phần I: Mở đầu
- Lý chọn chuyên đề.
- Phạm vi mục đích chuyên đề.
1
Phần II: Nội dung
A Nguyên tắc
B Các ví dụ
Bài tập tự giải 10
C Phần III: Kết luận 13