7. Những đĩng gĩp của đề tài
2.1.3. Bài tập để rèn luyện cách giải nhanh, thơng minh
Đĩ là những bài tập khĩ, hay và trong quá trình tìm tịi cách giải cĩ tác dụng phát triển tư duy của HS. Khi tư duy được hoạt hố thì HS sẽ cĩ cách giải bài tốn thơng minh nhất, đĩ là con đường đi đến kết quả ngắn nhất và sáng tạo nhất.
Thực tế giảng dạy thấy rằng, trước bài tốn nhiều HS lựa chọn cách giải là viết phương trình các phản ứng cĩ thể xảy ra, sử dụng kỹ năng tính theo phương trình phản ứng lập bài tốn đại số. Với cách làm này bài tốn trở nên rất phức tạp và cĩ nhiều phản ứng cĩ thể xảy ra, hệ phương trình đại số lập được cĩ nhiều ẩn số…
Nếu biết vận dụng các định luật bảo tồn trong phản ứng oxi hố khử, biết nhận xét để tìm ra các quy luật từ các phương trình phản ứng, ta cĩ thể giải nhanh chĩng các dạng bài tập này.
Ví dụ 1: (Trích đề thi HSG tỉnh Hải Dương (đề dự bị) – năm 2009- 2010)
Hỗn hợp A gồm: một axit hữu cơ X và este Y của một axit hữu cơ đơn chức. Lấy a gam hỗn hợp A cho phản ứng với dung dịch NaOH vừa đủ, chưng cất, tách hỗn hợp sản phẩm ta thu được 9,3 gam một hợp chất hữu cơ B và 39,40 gam hỗn hợp muối hữu cơ khan. Cho tồn bộ B phản ứng với Na dư, ta thu được 3,36 lít một chất khí (đktc). Biết B cĩ khối lượng phân tử nhỏ hơn 93 đvC và B cĩ phản ứng với Cu(OH)2 tạo dung dịch màu xanh trong suốt. Đem tồn bộ lượng muối hữu cơ nung với vơi tơi xút thì thu được 8,96 lít hơi (27,30C và 1,1at) của một hiđrocacbon D duy nhất. Biết các phản ứng xảy ra hồn tồn.
a. Xác định cơng thức cấu tạo của các chất X, Y, B, D.
b. Viết các phương trình phản ứng của X với B theo tỉ lệ mol 1: 1.
Hướng dẫn giải: Với bài tập này, HS cần cĩ kiến thức tổng quát, chắc chắn về tính chất hĩa học của ancol, axit và este. HS cĩ thể dựa vào một số thơng số và tính chất của các chất đầu bài cho để biện luận loại nhĩm chức, số nhĩm chức của chất cần tìm, như thế bài tốn sẽ được giải quyết một cách nhanh chĩng hơn so với việc HS gọi ngay cơng thức tổng quát, viết phương trình phản ứng và đưa ra các phương trình đại số để giải.
Cụ thể, từ giả thiết: axit hữu cơ X và este Y của axit hữu cơ đơn chức + dd NaOH vừa đủ tạo ra chất hợp chất hữu cơ B và hỗn hợp muối hữu cơ ⇒ B là ancol.
a. Mặt khác, cho tồn bộ B phản ứng với Na dư, ta thu được 3,36 lít một chất khí
B cĩ khối lượng phân tử nhỏ hơn 93 đvC và B cĩ phản ứng với Cu(OH)2 tạo dung dịch màu xanh trong suốt ⇒ B là ancol đa chức cĩ hai nhĩm -OH liền kề.
nB > 9,3 93 = 0,1 (mol) ⇒ H2 B n n < 0,150,1 = 1,5 Nhận xét: từ phương trình phản ứng tổng quát :
R(OH)n + nNa R(ONa)n +
2 n H2 ⇒ Số nhĩm OH = n = 2 H2 B n n
Do đĩ ta cĩ số nhĩm – OH trong B < 1,5. 2= 3, Vậy B là ancol bậc 2.
⇒ nB = nH2= 0,15 (mol) ⇒ MB = 0,159,3 = 62.
Gọi cơng thức của B lả CxHy(OH)2 = 62 ⇔12x + y = 62 – 34 = 28 ⇔x= 2, y= 4. Vậy cơng thức cấu tạo của B là CH2 – CH2
OH OH
Và đem tồn bộ lượng muối hữu cơ nung với vơi tơi xút thì thu được 8,96 lít hơi (27,30C và 1,1atm) của một hiđrocacbon D duy nhất ⇒ X là axit hai chức cĩ cùng số
nguyên tử cacbon ở gốc hiđrocacbon với axit đơn chức của este Y.
Gọi cơng thức của axit X là HOOC – R- COOH, cơng thức của axit trong este Y là R’- COOH. Ta cĩ, nR’COONa= 2nB = 0,3 (mol) nR’COONa + nNaOOC-R-COONa = nD = . . P V R T = 0,082.(273 27,3)1,1.8,96+ = 0,4(mol) ⇒ nNaOOC-R-COONa = 0,4 – 0,3 = 0,1 (mol) ⇒ mmuối khan = (R + 134).0,1 + (R’+67).0,3 = 39,4 Trong đĩ: R’ = R+1 ⇒ R = 14 ⇒ R= CH2
Vậy, cơng thức cấu tạo của X là: NaOOC- CH2-COONa. Cơng thức cấu tạo của Y Là: C2H4(OCOCH3)2
Cơng thức cấu tạo của B là: CH2 – CH2
OH OH Cơng thức của D là CH4
HOOC- CH2- COOH + C2H4(OH)2 2 4 0
H SO t
ˆ ˆ ˆ ˆ†
‡ ˆ ˆ ˆˆ CH2(OCO)2C2H4
Ví dụ 2: (Trích đề thi HSG tỉnh Bắc Giang – năm 2008- 2009)
Chia 7,1 gam hỗn hợp X gồm hai andehit đơn chức thành hai phần bằng nhau: - Phần 1 đốt cháy hồn tồn thu được 7,7 gam CO2 và 2,25 gam H2O.
- Phần 2 cho tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 thu được 21,6 gam bạc.
a. Xác định cơng thức phân tử, viết cơng thức cấu tạo và gọi tên hai anđehit trên? b. Bằng phương pháp hố học hãy phân biệt mỗi andehit trên?
Hướng dẫn giải: Với bài tập này, tác giả muốn kiểm tra kiến thức HS về phản ứng đốt cháy và phản ứng tráng gương của anđehit, đặc biệt lưu ý trường hợp khác biệt của anđehit fomic.
- Giải một cách đơn thuần thì HS sẽ gọi cơng thức trung bình của hai anđehit đơn chức, giả sử hai anđehit này khác HCHO, viết ptpư cháy và ptpư với AgNO3 trong NH3, lập các hệ phương trình đại số để giải.
- Để giải nhanh hơn, yêu cầu HS phải cĩ kiến thức vững vàng về phản ứng cháy và phản ứng oxi hĩa khơng hồn tồn của anđehit.
Cụ thể như sau: 2 CO n = 7,7 44 = 0,175 (mol); nH O2 = 2, 25 18 = 0,125 (mol) 2 CO
n > nH O2 ⇒ Trong hai anđehit cĩ ít nhất một anđehit khơng no, đơn chức.
Mặt khác, áp dụng định luật bảo tồn khối lượng ta cĩ:
2 O m pư = mH O2 + mCO2- mX = 2,25+ 7,7 – 7,1 2 = 6,4 (gam) ⇒nO2pư = 6, 4 32 = 0,2 (mol)
Gọi cơng thức trung bình của hai anđehit đơn chức là: C Hn 2n+ −2 2aO
Trong đĩ, n− > 1, a− > 0 Phương trình phản ứng đốt cháy: 2 2 2 n n a C H + − O+ 3 2 n a− O 2n−CO2 + (n−+1-a−)H2O
⇒ 2 2 O CO n n ⇔ 3 2 n a n − = 0, 2 0,175 ⇔ − n=1,4a− (1)
Giả sử, hai anđehit khác HCHO, nanđehit = 1
2nAg= 21,6 2.108= 0,1 (mol) ⇒ − M anđehit = 7,1 2.0,1= 35,5 ⇔ 14− n-2a−+18 = 35,5 (2)
Thay (1) vào (2), ta được n−=1,39; a−= 0,994 ⇒ 1≤n< 1,39 < m
⇒ n = 1⇒Điều giả sử trên là sai.
Vậy, trong hai anđehit cĩ 1 chất là HCHO ⇒ chất cịn lại là anđehit khơng no, đơn
chức.
Gọi cơng thức của anđehit khơng no, đơn chức là CnH2n+2-2aO (n≥3, a≥2; a, n∈Z)
Gọi số mol của HCHO và CnH2n+2-2aO trong 1
2 hỗn hợp lần lượt là x, y (x, y > 0) Ta cĩ, nH O2 = x + (n +1-a)y = 0,125 (mol) (3) nCO2= x + ny = 0,175 (mol) (4) nAg = 4x + 2y = 21,6 108 = 0,2 (mol) (5) mhỗn hợp = 30x + (14n + 18 – 2a)y = 7,1/2 = 3,55 (6) Từ (3), (4) ⇒ (a-1)y = 0,05 (7)
(6) ⇔16x + 14[x + (n+1-a)y] +4y +12ay = 3,55 ⇔ 4(4x+2y) + 14x 0,125 - 4y +12ay =3,55 ⇔ 4(3a – 1)y = 1 (8)
Chia (7) cho (8) theo vế, ta được: 1 0,05
4(3 1) a a − = − ⇔ a = 2 ⇒ y = 0,05 (mol); x = 0,025 (mol), n = 3.
Vậy, cơng thức cấu tạo của hai anđehit là: HCHO và CH2=CH-CHO Phân biệt hai anđehit này bằng phương pháp hĩa học: