(Sáng kiến kinh nghiệm) áp dụng phương pháp tăng giảm số mol chất trước và sau phản ứng để giải một số loại bài tập hóa học hữu cơ

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT HÀ TRUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TĂNG GIẢM SỐ MOL CHẤT TRƯỚC VÀ SAU PHẢN ỨNG ĐỂ GIẢI MỘT SỐ LOẠI BÀI TẬP TRONG HÓA HỌC HỮU CƠ Người thực hiện: Lê Mộng Quyên Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh mực: Hóa học THANH HỐ NĂM 2018 MỤC LỤC Mở đầu……………………………………………………………………… 1.1 Lý chọn đề tài………………………………………………………….1 1.2 Mục đích nghiên cứu………………………………………………… .1 1.3 Đối tượng nghiên cứu…………………………………………………… 1.4 Phương pháp nghiên cứu………………………………………………….1 1.5 Những điểm SKKN…………………………………………… 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm…………………………………………… 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm…………………………………2 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm……………3 2.3 Giải pháp sử dụng để giải vấn đề………………………………… 2.3.1 Dạng 1: Phương pháp tăng số mol chất ……………………………3 2.3.2 Dạng 2: Phương pháp giảm số mol chất …………………………….9 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục………17 Kết luận, kiến nghị………………………………………………………… 18 3.1 Kết luận…………………………………………………………………18 3.2 Kiến nghị……………………………………………………………… 19 Tài liệu tham khảo …………………………………………………………… 20 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Đối với mơn Hóa học đề thi trung học phổ thông quốc gia (THPTQG) năm học 2017-2018 hình thức thi, số lượng câu hỏi thời gian làm không thay đổi so với năm 2016-2017, điểm kiến thức tập trung chủ yếu vào chương trình hóa học lớp 11 12 Bám sát nội dung đề thi THPTQG năm gần (2015-2016; 2016-2017), đặc biệt đề thi minh họa năm 2017-2018 mà Bộ Giáo dục Đào tạo công bố Bài tập sử dụng phương pháp tăng giảm số mol chất hóa học hữu dạng tập nằm chương trình thường xuyên có mặt đề thi THPTQG Bài tập sử dụng phương pháp tăng giảm số mol chất trước sau phản ứng hóa học hữu phần kiến thức hay tương đối khó với nhiều học sinh, gặp em thường lúng túng việc tìm phương pháp kĩ giải phù hợp Nắm bắt được sự khó khăn của người học hoá học hữu cơ, bằng những kiến thức hiện có và suy nghĩ tìm tòi mạnh dạn đưa sáng kiến kinh nghiệm về một mảng của lĩnh vực giải bài tập hoá học hữu cơ : "Áp dụng phương pháp tăng giảm số mol chất trước sau phản ứng để giải số loại tập hoá học hữu cơ" nhằm giúp học sinh phổ thông nhận các dạng bài tập thuộc phương pháp này từ đó đưa kết quả nhanh nhất và chính xác Góp phần cho người học tạo nên luồng tư mạch lạc, có cái nhìn sâu về hoá học – môn khoa học tự nhiên đã, và sẽ mãi có những đóng góp quan trọng cho cuộc sớng người 1.2 Mục đích nghiên cứu Khi tiến hành nghiên cứu đề tài "Áp dụng phương pháp tăng giảm số mol chất trước sau phản ứng để giải số loại tập hoá học hữu cơ" tơi đặt mục đích: Giúp học sinh nhận diện tốt dạng tập sử dụng "Phương pháp tăng giảm số mol chất trước sau phản ứng hoá học hữu cơ", áp dụng tốt phương pháp để giải nhanh hiệu Phát triển tối đa lực tư duy, lực phát vấn đề, kĩ giải tập trắc nghiệm hóa học cho học sinh Góp phần nâng cao hứng thú, say mê, tích cực, chủ động tự học học sinh trình học tập 1.3 Đối tượng nghiên cứu Các tập đề hiđro hóa ankan, crackinh ankan, hiđro hóa hiđrocacbon khơng no, hiđro hóa hợp chất hữu có nhóm chức Học sinh lớp 11 lớp 12 THPT 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sở lí thuyết Nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài: sách giáo khoa, tài liệu tham khảo phương pháp dạy học hóa hữu cơ, chuyên đề hóa hữu cơ… Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thơng tin Tìm hiểu thực tiễn dạy học môn học thông qua việc giảng dạy trực tiếp lớp, tham gia dự lấy ý kiến đồng nghiệp tổ nhóm chun mơn Từ xác định khó khăn, hạn chế tìm hướng khắc phục Tham khảo ý kiến đồng nghiệp, thu thập thông tin phản hồi từ học sinh tiến hành nội dung dạy học Phương pháp thực nghiệm Dựa kế hoạch môn học, kế hoạch dạy bồi dưỡng, soạn giáo án tiết dạy có áp dụng sáng kiến kinh nghiệm, thực tiết dạy nhà trường nhằm kiểm chứng kết nghiên cứu đề tài đưa đề xuất cần thiết Phương pháp thống kê, xử lí số liệu Thông qua kết kiểm tra – đánh giá thường xun định kì học sinh, xử lí thống kê tốn học nhóm đối chứng thực nghiệm để rút kết luận đề xuất 1.5 Những điểm SKKN Phát phân loại phản ứng hóa học hữu có biến đổi số mol chất trước sau phản ứng Xây dựng cơng thức tính biến đổi số mol chất trước sau phản ứng hóa học hữu Từ áp dụng giải tập có liên quan Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Dựa vào biến đổi (tăng giảm) số phân tử (số mol) hợp chất hữu trước sau tham gia phản ứng Cơ sở của đề tài dựa vào hai loại phản ứng hữu cơ bản sau: Phản ứng cộng hiđro hay còn gọi là phản ứng hiđro hoá Thí dụ: C2H2 + 2H2  C2H6 Nhận thấy: Số phân tử khí tham gia phản ứng 3; Số phân tử khí tạo thành 1; Vậy biến đổi số phân tử khí (∆n) ∆ngiảm = Phản ứng tách hiđro (phản ứng đề hiđro hoá) và phản ứng crăckinh Thí dụ phản ứng đề hiđro hoá: C4H10  H2 + C4H8 (1) Thí dụ phản ứng crăckinh: C4H10  CH4 + C3H6 (2) Nhận thấy: Trong phản ứng (1) (2) Số phân tử khí tham gia phản ứng 1; Số phân tử khí tạo thành 2; Vậy biến đổi số phân tử khí (∆n) ∆ntăng = Nhận xét: Về hình thức biến đổi phân tử hợp chất hữu tham gia phản ứng ta thấy phản ứng tách và phản ứng cộng có hình thức biến đổi ngược 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Trong phản ứng hoá học hữu có những hình thức biến đổi ngược sẽ có cách thức tìm kết quả tương tự ngược chiều Để có cái nhìn tổng quát về phản ứng hiđro hoá, phản ứng đề hiđro hoá và phản ứng crăckinh tìm những điểm chung đề tài sáng kiến kinh nghiệm: "Áp dụng phương pháp tăng giảm số mol chất trước sau phản ứng để giải số loại tập hoá học hữu cơ".Với hi vọng giúp học sinh THPT nhận các dạng bài tập thuộc phương pháp này để bắt gặp học sinh có thể giải cách nhanh gọn, xác đáp ứng yêu cầu phương pháp thi TNKQ 2.3 Giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 DẠNG 1: PHƯƠNG PHÁP TĂNG SỐ MOL CHẤT TRONG HÓA HỌC HỮU CƠ 2.3.1.1 Lý thuyết Phương pháp tăng số mol hóa học hữu áp dụng với kiểu phản ứng: phản ứng đề hiđro hoá phản ứng crăckinh ankan a Phương trình phản ứng đề hiđro hoá ankan CnH2n+2  CnH2n+2-2k + kH2 (n≥2;k≥ 1) Khi đó số mol tăng là số mol hiđro tạo thành: ∆ ntăng = ns – nt = nH2 (tạo thành) Thí dụ phân tích: Thực hiện phản ứng đề hiđro hoá a mol ankan X thu được b mol hỗn hợp Y Biết ankan đề hiđro hóa theo phản ứng sau: CnH2n+2  CnH2n+2-2k + kH2 (n≥2;k≥ 1) Tính số mol H2 tạo thành sau phản ứng? Lời giải: CnH2n+2  CnH2n+2-2k + kH2 bđ: mol a pư: x x kx sau: a-x x kx Ta có: nt = a ns = a - x + x + kx = a + kx = b ∆ n tăng = ns – nt = b - a = a + kx - a = kx = nH2(tạo thành) Vậy số mol tăng là số mol H2 tạo thành b Phương trình phản ứng crackinh ankan CnH2n+2  CmH2m+2 + CaH2a (a+m=n; a≥ 2; m≥ 1; n≥ 3) Số mol tăng là số mol ankan phản ứng: ∆ n tăng = ns – nt = nankan(phản ứng) = nanken(tạo thành) = nankan(tạo thành) Để áp dụng phương pháp tăng số mol chất hóa học hữu kiểu phản ứng: phản ứng đề hiđro hoá phản ứng crăckinh ankan ta thường phải sử dụng thêm định luật bảo toàn khối lượng: ms = mt Trong đó: mt khối lượng ankan ban đầu ms khối lượng hỗn hợp thu sau phản ứng 2.3.1.2 Thí dụ minh họa Trường hợp 1: Tách phân tử hiđro phản ứng crackinh ankan Phương trình phản ứng tách phân tử hiđro ankan: CnH2n+2  CnH2n + H2 (n≥2) Khi đó: k=1 Ta có: ∆ n tăng = ns – nt = nH2 (tạo thành) = nankan(phản ứng) Phương trình phản ứng tách phân tử hiđro ankan: CnH2n+2  CmH2m+2 + CaH2a (a+m=n; a≥ 2; m≥ 1; n≥ 3) Ta có: ∆ n tăng = ns – nt = nankan(phản ứng) = nanken(tạo thành) = nankan(tạo thành) Thí dụ 1: Thực phản ứng crăckinh C4H10 hỗn hợp A gồm CH4, C3H6, C2H6, C2H4 C4H10 Tỉ khối hỗn hợp A so với H2 18,125 Hiệu suất phản ứng crăckinh butan A 45% B 60% C 65% D 80% Lời giải: Phản ứng crăckinh: C4H10  CH4 + C3H6 C4H10  C2H6 + C2H4 Trước: C4H10 C2 H6 C2 H4 → Sau: X C H C H4 C H 10 { Gọi số mol C4H10 ban đầu là 1mol Theo phương pháp tăng số mol ta có:  nt = (mol); mt = 58 (g) = ms Ms = 36,25 (g) 58  ns= 36,25 = 1,6 (mol) ∆ n tăng = ns – nt = 0,6 (mol) = nankan(phản ứng)  Hiệu suất phản ứng crăckinh butan là: 0,6 H = 100% =60%  Chọn đáp án B Thí dụ 2: Nhiệt phân 8,8 gam C3H8 thu hỗn hợp khí Y gồm (CH4, C2H4, C3H6, H2 C3H8) Biết có 90% C3H8 bị nhiệt phân Tỉ khối Y so với hiđro A 11,58 B 23,16 C 12,4 D 18,75 Lời giải: Phương trình hóa học: t C3H8  CH4 + C2H4 t C3H8  C3H6 + H2 0 C3 H C2 H Trước: C3H8 → Sau: X C3 H C H4 H2 { Theo phương tăng số mol ta có: 8,8 = nt = 44 = 0,2 (mol) (bđ ) mC H =¿ mt = 8,8g = mY ) n(bđ C H 8 Theo bài: n(CpưH) =0,18(mol) ( pư) Áp dụng: nC H = ns – nt 8  nY = ns = 0,2 + 0,18 = 0,38 (mol) 8,8 23,16 MY = 0,38 = 23,16  d Y / H = =11,58 Chọn đáp án A Thí dụ 3: Khi nung nóng ankan A với chất xúc tác xảy phản ứng tách phân tử hiđro và thu được hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 12,571 Tìm công thức phân tử của A và tính hiệu suất phản ứng? Lời giải: Ankan A có công thức tổng quát: CnH2n+2 ( n≥ 1) Gọi số mol A ban đầu là 1mol  nt = nA = (mol); mt = (14n + 2) (g) Ms = MX = 25,142 14n  ms mt  ns = Ms = Ms = 25,142 (mol) 14n  ∆n 25,142 – tăng = ns – nt = 14n  23,142 = 25,142 = nankan(phản ứng) Ta có: < nankan(phản ứng)   1,653 < n  3,4 Do n là số nguyên dương, nên ta có nghiệm: n = hoặc n = TH1: n =  A là C2H6 có ∆ n tăng  0,1932 0,1932  Hiệu suất phản ứng: H  100% = 19,32% TH2: n =  A là C3H8 có ∆ n tăng  0,75 0, 75  Hiệu suất phản ứng: H  100% = 75% Trường hợp 2: Ankan tách nhiều phân tử hiđro Khi đó: k > Ta có: ∆ n tăng = ns – nt = nH2 (tạo thành) Thí dụ 1: Cho etan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu hỗn hợp 8,96 lít X (đktc) gồm etan, etilen, axetilen hiđro Tỷ khối hỗn hợp X so với hiđro bằng Số mol hiđro tạo thành sau phản ứng là A 0,24 mol B 0,16 mol C 0,40 mol D 0,32 mol Lời giải: Phương trình phản ứng sau: C2H6  C2H4 + H2 C2H6  C2H2 + 2H2 C2 H C H → Sau: X C2 H 2 H2 { Trước: C2H6 Ms = MX = 6.2 = 12(g); ns = nX = 0,4 (mol)  ms = Ms.ns = 12.0,4 = 4,8 (g) = mt ( Bảo toàn khối lượng) 4,8 mt  nt = M C H = 30 = 0,16 (mol) ∆ n tăng = ns – nt = 0,4 – 0,16 = 0,24 (mol) = nH2 (tạo thành)  Chọn đáp án A Thí dụ 2: Cho butan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu hỗn hợp X gồm C4H10, C4H8, C4H6, H2 Tỉ khối X so với butan 0,4 Nếu cho 0,6 mol X vào dung dịch brom (dư) số mol brom tối đa phản ứng A 0,48 mol B 0,36 mol C 0,60 mol D 0,24 mol Lời giải: Ta có phản ứng sau: C4H10  C4H8 + H2 C4H10  C4H6 + 2H2 C H 10 C H Trước: C4H10 → Sau: X C H H2 { Ms = MX = 58.0,4 = 23,2 (g); nX = ns = 0,6 (mol)  ms = Ms.ns = 23,2.0,6 = 13,92 = mt ( Bảo toàn khối lượng) 13,92 mt  nt = M C H = 58 = 0,24 (mol) 10 ∆ n tăng = ns – nt = 0,6 – 0,24 = 0,36 = nH2 (tạo thành) Cho X vào dung dịch Br2 ta có PTHH: C4H8 + Br2  C4H8Br2 C4H6 + 2Br2  C4H6Br4 Ta thấy số mol hiđro tạo thành chính bằng số mol brom phản ứng (sau tác dụng với brom lại tạo hợp chất no) Do đó: nBr2 (phản ứng) = nH2 (tạo thành) = 0,36 (mol)  Chọn đáp án D Thí dụ 3: Nhiệt phân butan thu hổn hợp X gồm chất: CH4, C3H6, C2H4, C2H6, C4H8, H2, C4H6 Đốt cháy hoàn toàn X thu 0,4 mol CO và 0,5 mol H2O, mặc khác X làm mất màu vừa đủ 0,12 mol brom dung dịch nước brom Phần trăm khối lượng C4H6 hổn hợp X là A 18,62% B 55,86% C 37,24% D 27,93% Lời giải: Ta có PTHH sau: C4H10  CH4 + C3H6 (1) C4H10  C2H6 + C2H4 (2) C4H10  H2 + C4H8 (3) C4H10  2H2 + C4H6 (4) Ta thấy đốt X cũng đốt butan ban đầu Do đó nC4H10 = 0,5 – 0,4 = 0,1 (mol) Phản ứng (4) có thể viết: C4H10  H2 + H2 + C4H6 (5) Nhân xét: Ta thấy phản ứng (1), (2), (3) có cùng hình thức biến đổi số mol từ mol phản ứng tạo mol, còn phản ứng (5) mol phản ứng tạo mol Butan từ no tách thành hiđrocacbon không no Rồi hiđrocacbon không no tác dụng với dung dịch brom tạo no Nên số mol tăng cũng chính là số mol brom phản ứng Do đó ta có: ∆ n tăng = ns – nt = nankan(pư) + nC4H6 = nBr2(pư)  0,1 + nC4H6 = 0,12  nC4H6 = 0,02  Phần trăm khối lượng C4H6 hỗn hợp X là: 0, 02.54 %mC4H6 = 0,1.58 100%  18,62%  Chọn đáp án A 2.3.1.3 Bài tập vận dụng Câu Nung V ml butan thu được 35 ml hỗn hợp khí A gồm khí Cho toàn bộ hỗn hợp A lội từ từ qua dung dịch nước brom dư để phản ứng xảy hoàn toàn thì thấy khí khỏi bình có thể tích 20 ml Hiệu suất nung butan là A 85% B 75% C 90% D 65% Câu Crăckinh V lit butan thu hỗn hợp A gồm hiđrocacbon Trộn hỗn hợp A với H2 với tỉ lệ thể tích : thu hỗn hợp khí X, dẫn X qua xúc tác Ni nung nóng sau phản ứng xảy hoàn tồn thu hỗn hợp khí Y gồm hiđrocacbon tích giảm 25% so với X Y khơng có khả làm nhạt màu dung dịch brom Hiệu suất phản ứng crăckinh butan A 80% B 25% C 50% D 75% Câu Nhiệt phân 13,2 gam C3H8, giả sử xảy hai phản ứng: t C C3H8  CH4 + C2H4 t C C3H8  C3H6 + H2 ta thu hỗn hợp X Biết có 80% C 3H8 bị nhiệt phân, khối lượng mol trung bình hỡn hợp X A 24,44 B 20,32 C 17,46 D 18,36 Câu Khi crăckinh V lít butan hỗn hợp A gồm anken ankan Tỉ khối hỗn hợp A so với H2 18,125 Hiệu suất phản ứng crăckinh butan bao nhiêu? A 40% B 60% C 50% D 70% Câu Crăkinh 40 lít butan thu 56 lít hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C2H6 ,C3H6 , C4H8 phần butan chưa bị crăkinh (các thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ áp suất) Hiệu suất phản ứng tạo hỗn hợp A A 40% B 20% C 80% D 20% Câu Cho etan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu hỗn hợp 13,44 lít X (đktc) gồm etan, etilen, axetilen hiđro Tỷ khối hỗn hợp X so với etan bằng 0,4 Tính số mol hiđro tạo thành sau phản ứng? A 0,36 mol B 0,24 mol C 0,60 mol D 0,48 mol Câu Cho m gam butan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu hỗn hợp X gồm C4H10, C4H8, C4H6, H2 Tỉ khối X so với hiđro 11,6 Nếu cho 0,8 mol X vào dung dịch nước brom (dư) có 0,48 mol brom phản ứng Giá trị của m là A 6,96 B 20,88 C 13,92 D 18,56 Câu Tiến hành nhiệt phân hỗn hợp X gồm butan heptan (tỉ lệ : số mol) thu hỗn hợp Y (Giả sử xảy phản ứng crăckinh ankan với hiệu suất 100%) Khối lượng mol trung bình Y (Ytb ) A 27  Ytb  54 B 27  Ytb  36 C Ytb = 36 D 27  Ytb  32 Câu Nhiệt phân C3H8 thu hỗn hợp X gồm H2, C2H4, CH4, C3H6, C3H8 có dX/He = 10 Hiệu suất phản ứng A 10% B 20% C 30% D 40% Câu 10 Hỗn hợp X (but-1-en butan tỉ lệ mol tương ứng 1:3) Dẫn X qua ống đựng xúc tác thích hợp, nung nóng thu hợp Y gồm (CH4, C2H6, C2H4, C3H6, C4H6, C4H8, C4H10 H2), dY/X=0,8 Nếu dẫn 1,75 mol Y qua dung dịch brom dư khối lượng brom cần phản ứng A 96g B 112g C 128g D 80g 0 2.3.2 DẠNG 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢM SỐ MOL TRONG PHẢN ỨNG HIĐRO HOÁ HỢP CHẤT HỮU CƠ 10 2.3.2.1 Lý thuyết Phương pháp giảm số mol chất hóa học hữu thường áp dụng cho loại phản ứng hiđro hóa hợp chất hữu (tức phản ứng cộng hợp hiđro hợp chất hữu cơ) Tổng quát: Hiđro hoá a mol hỗn hợp X (gồm chất hữu A và hiđro) thu được b mol hỗn hợp Y Phương trình phản ứng xảy ở dạng tổng quát sau: A + kH2  Y Khi đó khối lượng mol trung bình tỉ lệ nghịch với số mol: Mt ns  Ms nt (1) Số mol giảm là số mol hiđro phản ứng: ∆ n giảm = nt – ns = nH2 (phản ứng) Bảo toàn khới lượng: ms = m t Thí dụ phân tích: Thực hiện phản ứng hiđro hoá a mol hỗn hợp X (gồm chất hữu A và hiđro) thu được b mol hỗn hợp Y Tính số mol hiđro tham gia phản ứng? Lời giải: Ta có thể viết phương trình phản ứng xảy ở dạng tổng quát sau: A + kH2  Y bđ: c d pư: x kx x sau: c – x d – kx x Ta có nt = c + d = a ns = c - x + d - kx + x = c + d - kx = a - kx ∆  n giảm = nt – ns = a – (a – kx) = kx = nH2(phản ứng) Vậy số mol giảm là số mol H2 phản ứng Chứng minh công thức (1): mt ms Ta có Mt = nt và Ms = ns Mt mt ms Khi đó: Ms = nt : ns (2) Mặt khác theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: ms = mt Do đó (2) ta có thể viết: Mt ns  Ms nt (đpcm) 2.3.2.2 Thí dụ minh họa Trường hợp 1: Hiđro hóa hiđrocacbon a Hiđro hóa anken Phân tích: Khi đó theo phương pháp giảm số mol Ta có: CnH2n + H2  CnH2n+2 (k= 1) 11 Số mol giảm là số mol hiđro phản ứng ∆ n giảm = nt – ns = nH2 (phản ứng) = nanken (phản ứng) = nankan(tạo thành) Thí dụ 1: Hỗn hợp X gồm H2 C2H4 có tỉ khối so với H2 7,5 Dẫn X qua Ni nung nóng, thu hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 12,5 Hiệu suất phản ứng hiđro hoá A 70% B 80% C 60% D 50% Lời giải: C2H4 + H2  C2H6 Gọi nt= nX = 1(mol)→ Mt = MX = 15 (g) H2 13 15 C2H4 nH 13 =  nH2 = nC2H4 = 0,5 (mol)  nC H 28 Ms = MY = 25 Mt ns  Theo phương pháp giảm số mol: Ms nt 15 ns  25 =  ns = 0,6 (mol) ∆ n giảm = - 0,6 = 0,4 = nH2 (phản ứng) = nC2H4 (phản ứng) Hiệu suất tính theo hiđro hoặc etilen đều đúng: 0, H = 0,5 100% = 80%  Chọn đáp án B Thí dụ 2: Hỗn hợp khí X gồm hiđro anken có khả cộng HBr cho sản phẩm hữu Tỉ khối X so với hiđro 9,1 Đun nóng X có xúc tác Ni, sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu hỗn hợp khí Y khơng làm màu nước brom; tỉ khối Y so với hiđro 13 Công thức cấu tạo anken A CH2=C(CH3)2 B CH2=CH2 C CH2=CH-CH2-CH3 D CH3-CH=CH-CH3 Lời giải: Trước X Cn H n ¿ , t Sau Y → H2 { Gọi nt = nX = 1(mol) Mt = MX = 18,2 (g) 12 Ms = MY = 26 (g) Mt ns  Ms nt  ns = 0,7 (mol) Ta có: ∆ n giảm = - 0,7 = 0,3(mol) = nH2 (phản ứng) = nanken (phản ứng) Do Y không làm mất màu dung dịch nước brom nên anken phản ứng hết  nanken (bđ) = nanken (pư) = 0,3 (mol) nH2 (bđ) = 1- 0,3 = 0,7 (mol) Gọi anken là CnH2n (n≥2) Ta có: 0,7.2 + 0,3.14n = 18,2  n = Anken có CTPT là C4H8 Do anken có khả cộng HBr cho sản phẩm hữu nhất, nên cấu tạo anken có tính đối xứng, đó có CTCT CH3-CH=CH-CH3  Chọn đáp án D b Hiđro hóa ankin Phân tích: Khi đó theo phương pháp giảm số mol Ta có: CnH2n-2 + 2H2  CnH2n+2 (k= 2) Số mol giảm là số mol hiđro phản ứng ∆ n giảm = nt – ns = nH2 (phản ứng) = 2nanken (phản ứng) = 2nankan(tạo thành) Thí dụ 1: Hỗn hợp X gồm ankin Y H2 có tỉ khối so với H2 6,7 Dẫn X qua bột Ni nung nóng phản ứng xảy hoàn toàn thu hỗn hợp Z có tỉ khối so với H2 16,75 Công thức phân tử Y A C4H6 B C5H8 C C3H4 D C2H2 Lời giải: Trước X Cn H n−2 (Y ) ¿ , t → H2 { Sau Z Gọi nt = nX = 1(mol) Mt = MX = 13,4 (g) Ms = MY = 33,5 (g) Ta có: Mt ns  Ms nt  ns = 0,4 (mol) ∆ n giảm = - 0,4 = 0,6 = nH2 (phản ứng) = 2nankin (phản ứng) TH1: H2 dư  nankin (bđ) = nankin (pư) = 0,3 (mol) nH2 (bđ) = 1- 0,3 = 0,7 (mol) Gọi ankin là CnH2n-2 (n≥2) Ta có: 0,7.2 + 0,3.(14n – 2) = 13,4  n = Ankin có CTPT là C3H4 TH2: H2 hết  nH2 (bđ) = nH2 (pư) = 0,6 (mol) nankin (bđ) = 1- 0,6 = 0,4 (mol) Gọi ankin là CnH2n-2 ta có: 13 0,6.2 + 0,4.(14n – 2) = 13,4  n 2,3 (Loại)  Chọn đáp án C  Thí dụ 2: Một hỗn hợp X gồm 0,1 mol C2H2; 0,2 mol C2H4 phản ứng với 0,3 mol H2 (xúc tác Ni, nung nóng) sau thời gian thu hỗn hợp khí Y có tỷ khối so với H2 11 Y làm màu tối đa x mol Br (trong dung dịch CCl4) Giá trị x A 0,1 B 0,4 C 0,3 D 0,2 Lời giải: Ta có sơ đồ phản ứng sau: X C H 2=C H CH ≡C−CH =C H ¿ H2 { ¿,t0 → C2 H C H Y C2 H 2 ¿H { Br2 → no nt = nX = 0,6 (mol); mt = mx = 8,8 (g) ms mt 8,8 Ms = MY = 22  ns = Ms = Ms = 22 = 0,4 (mol) ∆ n giảm = nt – ns = 0,2 = nH2(phản ứng) Bảo toàn liên kết ∏: ( pư ) ( pư ) n Xπ = n H + n Br 2nC2H2 + 1.nC2H4 = nH2(pư giai đoạn 1) + nBr2(pư giai đoạn 2)  2.0,1 + 0,2 = 0,3 + nBr2(pư giai đoạn 2)  nBr2(pư giai đoạn 2) = 0,1  Chọn đáp án A 2 c Hiđro hóa hiđrocacbon khơng no khác Phân tích: Khi đó theo phương pháp giảm số mol Ta có: CnH2n-k + kH2  CnH2n+2 Số mol giảm là số mol hiđro phản ứng ∆ n giảm = nt – ns = nH2 (phản ứng) = knanken (phản ứng) = knankan(tạo thành) Thí dụ 1: Hỗn hợp X gồm 0,15 mol vinylaxetilen 0,6 mol hiđro Nung nóng hỗn hợp X (xúc tác Ni) thời gian, thu hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 10 Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau phản ứng xảy hoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng A gam B 24 gam C gam D 16 gam Lời giải: Ta có sơ đồ phản ứng sau: 14 X ¿ CH ≡C−CH =C H ¿,t0 → ¿ H2 { C4 H6 C4 H8 Y C H 10 C4 H H2 { Br2 → no 101\* MERGEFORMAT (.) Ta có: nt = nx = 0,15 + 0,6 = 2,1 (mol) mt = 0,15.52 + 0,6.2 = (g) Ms = MY = 20 Ta có: ms mt ns = Ms = Ms = 0,45 (mol) ∆ n giảm = 0,75 – 0,45 = 0,3 (mol) Do sau tác dụng với dung dịch brom đều đưa sản phẩm lên no Mặt khác số mol brom phản ứng ở giai đoạn hai bằng số mol hiđro phản ứng ở giai đoạn này (nếu cho tác dụng) đưa lên no Do đó ta có:  nH2( pư tối đa) = nH2(pư giai đoạn 1) + nH2(pư giai đoạn 2)  nH2( pư tối đa) = nH2(pư giai đoạn 1) + nBr2(pư giai đoạn 2) Bảo toàn liên kết π : 3.nC4H4 = nH2(pư giai đoạn 1) + nBr2(pư giai đoạn 2)  3.0,15 = 0,3 + nBr2(pư giai đoạn 2)  nBr2(pư giai đoạn 2) = 0,15  mBr2 = 0,15.160 = 24 (g)  Chọn đáp án B Thí dụ 2: Hỗn hợp X gồm hiđrocacbon thể khí, mạch hở hiđro (tỉ khối X so với H2 4,8) Cho X qua Ni đun nóng đến phản ứng hồn tồn thu hỗn hợp Y (tỉ khối Y so với CH 1) Công thức phân tử hiđrocacbon A C2H2 B C3H6 C C3H4 D C2H4 Lời giải: Trước: X → Sau: Y Gọi nt = nX = 1(mol) Mt = MX = 9,6 Ms = MY = 16 Ta có: Mt ns  Ms nt  ns = 0,6 ∆ n giảm = - 0,6 = 0,4 = = nH2 (phản ứng) Do Ms = MY = 16 nên có ít nhất khí có M < 16  Đó là H2 dư, mà phản ứng xảy hoàn toàn vậy sản phẩm cộng tạo ankan Hay hiđrocacbon không no phản ứng hết Gọi hiđrocacbon ban đầu có công thức tổng quát dạng: CnH2n+2-2k có x mol và H2 có (1-x) mol CnH2n+2-2k + kH2 ¿ →, t CnH2n+2 15 Pư: x kx  nH2 (phản ứng) = kx = 0,4 (1) Ta có mX = 9,6  (14n +2 – 2k).x + 2.(1-x) = 9,6 Với kx = 0,4  nx = 0,6 (2) n Lấy (2) chia (1) vế với vế ta có: k = Do hiđrocacbon ở thể khí nên n  Nên nghiệm phù hợp là n = 3, k=2 Hiđrocacbon là C3H4  Chọn đáp án C Trường hợp 2: Hiđro hóa hợp chất hữu có nhóm chức Thí dụ 1: Hỗn hợp X gồm hiđro, propen, propanal, ancol anlylic Đốt cháy hoàn toàn mol hỗn hợp X thu 40,32 lít CO2 (đktc) Đun X với bột Ni thời gian thu hỗn hợp Y có dY/X = 1,25 Nếu lấy 0,1 mol hỗn hợp Y tác dụng vừa đủ với V lít dung dịch nước Br2 0,2M Giá trị V A 0,1 B 0,25 C 0,2 D 0,3 Lời giải: Ta có sơ đồ phản ứng sau: C H 3−C H 2−CHO C H 2=CH −C H X C H =CH −C H OH H2 { ¿,t0 → C H 2=CH −C H OH C H 3−C H 2−CHO Y C H 3−C H 2−C H OH C H 3−C H 2−C H H2 { Y tác dụng với dung dịch brom có PTHH: CH2=CH-CH3 + Br2  CH2Br-CHBr-CH3 CH3CH2CHO + Br2 + H2O  CH3CH2COOH + 2HBr CH2=CH-CH2OH + Br2  CH2Br-CHBr-CH2OH Gọi propen, propanal, ancol anlylic có công thức chung C3H6Ox nCO2 = 1,8 (mol) Ta có bảo toàn nguyên tố cacbon: C3H6Ox  3CO2 + … 0,6 1,8  nH2(bđ) = - 0,6 = 0,4 (mol) My Mx = 1,25 Ms My nt  Mt = Mx = 1,25 = ns  ns = nY = 0,8 (mol)  ∆ n giảm = - 0,8 = 0,2 = nH2 (phản ứng) 16 Nếu cho 0,8 mol Y tác dụng với dung dịch brom ta có:  nH2( pư tối đa) = nH2(pư giai đoạn 1) + nBr2(pư giai đoạn 2)  1.nC3H6Ox = nH2(pư giai đoạn 1) + nBr2(pư giai đoạn 2)  1.0,6 = 0,2 + nBr2(pư giai đoạn 2)  nBr2(pư giai đoạn 2) = 0,4 Quy đổi 0,1 mol Y sẽ tác dụng với dung dịch brom: 0,1 nBr2 = 0,4 0,8 = 0,05 (mol) 0, 05  VddBr2 = 0, = 0,25  Chọn đáp án B Thí dụ 2: X hỗn hợp gồm H2 hai anđehit (no, đơn chức, mạch hở, phân tử có số nguyên tử C nhỏ 4), có tỉ khối so với heli 4,7 Đun nóng mol X (xúc tác Ni), hỗn hợp Y có tỉ khối so với heli 9,4 Thu lấy toàn ancol Y cho tác dụng với Na dư, V lít H (đktc) Giá trị lớn V A 22,4 B 5,6 C 11,2 D 13,44 Lời giải: Ta sử dụng phương pháp giảm số mol: Gọi nt = nX = 1(mol) Mt = MX = 18,8 Ms = MY = 37,6 Ta có: Mt ns  Ms nt  ns = 0,5 ∆ n giảm = – 0,5 = 0,5 = = nH2 (phản ứng) Ta xem sơ lược có quá trình sau: + Na - CHO + H2  - CH2OH ⃗ ½ H2 mol 0,5 mol  V = 11,2 (lít)  Chọn đáp án C Thí dụ 3: Hỗn hợp A gồm 0,1 mol anđehit metacrylic 0,3 mol khí hiđro Nung nóng hỗn hợp A thời gian có mặt chất xúc tác Ni, thu hỗn hợp B gồm hỗn hợp ancol, anđehit hiđro Tỉ khối B so với He 95/12 Hiệu suất phản ứng hiđro hóa anđehit metacrylic A 100% B 70% C 65% D 80% Lời giải: Ta có sơ đồ phản ứng sau: 17 A C H 2=C ( C H )−CHO ¿ , t → H2 { C H 2=C ( C H ) −C H OH C H −CH ( C H ) −CHO B C H 3−CH ( C H )−C H O H C H 2=C ( C H ) −CHO H2 { Ta có: nt = nA = 0,1 + 0,3 = 0,4 (mol); mA = mt = 0,1.70 + 0,3.2 = 7,6 (g) Ms = MB = 95/3 Ta có: ms mt ns = Ms = Ms = 0,24 (mol) ∆ n giảm = 0,4 – 0,24 = 0,16 (mol) = nH2(pư) Giả sử hiệu suất là 100% thì nH2(pư tối đa) =2.n(anđehit metacrylic) = 0,2 (mol)  Hiệu suất phản ứng là: 0,16 H = 0, 100% = 80%  Chọn đáp án D 2.3.2.3 Bài tập vận dụng Câu Hỗn hợp khí X gồm H2 C2H4 có tỉ khối so với He 3,75 Dẫn X qua Ni nung nóng, thu hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He Hiệu suất phản ứng hiđro hoá A 40% B 50% C 25% D 20% Câu Đun nóng hỗn hợp gồm anken X hiđro (tỉ lệ mol tương ứng : 3) với xúc tác Ni, sau phản ứng hoàn toàn thu hỗn hợp khí có tỉ khối so với heli 7,5 Công thức phân tử X A C2H4 B C4H8 C C5H10 D C3H6 Câu Hỗn hợp khí X gồm H2 C2H2 có tỉ khối so với nitơ 0,5 Đun nóng X với xúc tác Ni sau thời gian thu hỗn hợp Y có tỉ khối so với nitơ 0,8 Phần trăm thể tích H2 tham gia phản ứng so với H2 ban đầu A 75% B 30% C 25% D 40% Câu Hỗn hợp X gồm axetilen ( 0,15 mol), vinylaxetilen (0,1 mol), etilen ( 0,1 mol) hiđro ( 0,4 mol) Nung X với xúc tác niken thời gian thu hỗn hợp Y có tỉ khối hiđro 12,7 Hỗn hợp Y phản ứng vừa đủ với dung dịch chứa a mol Br2 Gía trị a A 0,45 B 0,65 C 0,25 D 0,35 Câu Hỗn hợp X gồm ankin Y H2 có tỷ lệ mol : Dẫn 13,44 lít hỗn hợp X (đktc) qua Ni, nung nóng thu hỗn hợp Z có tỷ khối so với H2 11 Dẫn hỗn hợp Z qua dung dịch Br2 dư, sau phản ứng hoàn toàn thấy có 32 gam Br2 phản ứng Cơng thức phân tử ankin Y A C2H2 B C4H6 C C3H4 D C5H8 Câu Đun nóng hỗn hợp khí gồm 0,03 mol C2H2 0,02 mol H2 với xúc tác Ni, sau thời gian thu hỗn hợp khí Y Dẫn tồn hỗn hợp Y lội từ từ 18 qua bình đựng dung dịch brom (dư) cịn lại 0,224 lít hỗn hợp khí Z (ở đktc) có tỉ khối so với O2 0,5 Khối lượng bình dung dịch brom tăng A 0,60 gam B 0,52 gam C 0,82 gam D 0,66 gam Câu Hỗn hợp X gồm 0,4 mol axetilen; 0,2 mol but-1-in; 0,3 mol etilen; 0,2 mol etan và 1,7 mol H2 Nung nóng hỗn hợp X (xúc tác Ni) thời gian, thu hỗn hợp Y có tỷ khối so với H2 a Cho Y tác dụng với AgNO3 dư NH3 thu kết tủa 38,08 lít hỗn hợp khí Z (đktc) Sục khí Z qua dung dịch brom dư thấy có 16 gam brom phản ứng Giá trị gần nhất của a A  19 B  10 C  13 D  26 Câu Hỗn hợp A gồm 0,1 mol propenal a mol khí hiđro Cho hỗn hợp A qua ống sứ nung nóng có chứa Ni làm xúc tác, thu hỗn hợp B gồm propanal, propan-1-ol, propenal 0,15 mol hiđro Tỉ khối hỗn hợp B so với metan 1,55 Giá trị a A 0,35 B 0,30 C 0,20 D 0,25 Câu Hỗn hợp X gồm anđehit no đơn chức, mạch hở H có tỉ khối so với He 3,5 Dẫn X qua bột Ni nung nóng tới phản ứng hoàn toàn thu hỗn hợp sản phẩm Y có tỉ khối so với H 9,8 Công thức phân tử của anđehit A C2H4O B CH2O C C3H6O D C4H8O Câu 10 Hỗn hợp X gồm hiđro, propen, axit acrylic, ancol anlylic Đốt cháy hoàn toàn 0,8 mol X, thu 33,6 lít khí CO2 (đktc) Đun nóng X với bột Ni thời gian, thu hỗn hợp Y Tỉ khối Y so với X 16/13 Cho 0,13 mol Y phản ứng vừa đủ với V lít dung dịch Br2 0,2M Giá trị V A 3,75 B 0,35 C 1,75 D 0,47 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, động nghiệp nhà trường Đối tượng kiểm tra: nhóm học sinh trường THPT Hà Trung Nhóm 1: lớp 11A (có áp dụng sáng kiến kinh nghiệm) Nhóm 2: lớp 11B (khơng có áp dụng sáng kiến kinh nghiệm) Về tính tương đối lớp đối chứng thực nghiệm học theo chương trình Hóa học 11 nâng cao, có lực học tương đươg Hình thức kiểm tra: tập trắc nghiệm khách quan 30 câu/45 phút Kết thu được: Bảng 1: So sánh điểm trung bình trước giới thiệu "Áp dụng phương pháp tăng giảm số mol chất trước sau phản ứng để giải số loại tập hoá học hữu cơ" thu kết sau: Lớp Sĩ số Giỏi ( ¿8,0 ) Khá (6,5 → 7,9) Trung bình (5,0 → 6,4) Yếu-Kém (