Bài 1. (Trớch trong đề HSG Hà Nội 2008-2009)
Khi đốt chỏy 0,01 mol chất hữu cơ X (cú phõn tử khối nằm trong khoảng từ 140 đến 160) cần 1,456 lớt oxi (đktc) tạo thành CO2 và H2O theo tỉ lệ khối lượng tương ứng là 2,93:1. X tỏc dụng được với dung dịch NaOH, khụng tỏc dụng với Na kim loại.
a) Tỡm cụng thức phõn tử và viết cỏc cụng thức cấu tạo cú thể cú của X.
b) Đun núng chất X với nước trong điều kiện thớch hợp (cú H+ xỳc tỏc) thu được chất B và D, biết rằng phõn tử mỗi chất chỉ chứa một chức húa học và phõn tử khối của B gấp 1,364 phõn tử khối của D. Xỏc định cụng thức cấu tạo của X, B, D.
Gợi ý a) - Cú
2 O
n = 1,456 / 22,4 = 0,065 mol
- Theo PT và đầu bài tỡm ra y = 1,669x; z = 2,834x – 13
Giải ra 5,9 < x < 6,2; 9,8 < y < 10,3; 3,7 < z < 4,6 - Vỡ cỏc giỏ trị x, y, z đều phải nguyờn dương nờn: x = 6; y = 10; z = 4
Vậy CTPT của X là C6H10O4, lại cú X tỏc dụng được với dung dịch NaOH, khụng tỏc dụng với Na X là este
- Cỏc cụng thức cấu tạo cú thể của của X là: HCOOCH(C2H5)CH2OOCH (a)
HCOOCH(CH3)CH2CH2OOCH (c) CH3COOCH2CH2OOCCH3 (e) CH3OOCCH2CH2COOCH3 (h)
HCOOCH(CH3)CH(CH3)OOCH (b) HCOOCH2CH2CH2CH2OOCH (d) C2H5OOC-COOC2H5 (g) CH3CH(OOCCH3)2 (i)
b) + Thủy phõn cỏc chất (a),(b),(c),(d) đều tạo ra 2 chất là điol C4H10O2 và HCOOH. Tỉ lệ phõn tử khối của C4H10O2 và HCOOH là 90/46 = 1,956 loại
+ Thủy phõn chất (e) tạo ra 2 chất là HOCH2CH2OH và CH3COOH. Tỉ lệ phõn tử khối của HOCH2CH2OH và CH3COOH là 62/60 = 1,033 loại
+ Thủy phõn chất (g) tạo ra 2 chất là (COOH)2 và C2H5OH. Tỉ lệ phõn tử khối của (COOH)2 và C2H5OH là 90/46 = 1,956 loại
+ Thủy phõn chất (h) tạo ra 2 chất là HOOCCH2CH2COOH và CH3OH. Tỉ lệ phõn tử khối của (CH2COOH)2 và CH3OH là 118/32 = 3,688 loại
+ Thủy phõn chất (i) tạo ra 2 chất là CH3CHO và CH3COOH. Tỉ lệ phõn tử khối của CH3COOH và CH3CHO là 60/44 = 1,364 thỏa món
Vậy X cú CTCT là CH3CH(OOCCH3)2 và B là CH3COOH; D là CH3CHO.
Bài 2. Khi crackinh hoàn toàn một thể tớch ankan X thu được ba thể tớch hỗn
hợp Y (cỏc thể tớch khớ đo ở cựng điều kiện t0 và ỏp suất); tỉ khối của Y so với H2
bằng 12. Xỏc định CTPT của X.
Gợi ý: Một thể tớch ankan khi crackinh thu được ba thể tớch sản phẩm như vậy
chứng tỏ ankan khụng thể là propan vỡ với propan thỡ từ một thể tớch propan sẽ thu được hai thể tớch sản phẩm.
- Khi crackinh hoàn toàn ankan mà thể tớch sản phẩm lại gấp hơn 2 lần thể tớch của ankan chứng tỏ ankan thu được sau PƯ tiếp tục tỏch H2.
- Nếu chọn cỏch giải viết cỏc phương trỡnh thỡ hơi phức tạp vỡ phải viết nhiều phương trỡnh PƯ và phải gọi nhiểu cỏc ẩn số. Cú thể giải bài này đơn giản như sau:
+ Ta cú phõn tử khối và thể tớch tỉ lệ nghịch với nhau nờn nếu thể tớch gấp ba lần thỡ phõn tử khối kộm ba lần.
Mankan = 3MY = 72 đvC Ankan là C5H12.
Bài 3. Crackinh V lớt butan được 45 lớt hỗn hợp khớ X gồm H2, CH4, C2H6, C2H4, C3H6, C4H8, C4H10. Dẫn hỗn hợp X này vào bỡnh đựng dung dịch Br2 dư thỡ cũn lại 25 lớt hỗn hợp khớ (cỏc thể tớch khớ đều đo ở cựng t0, ỏp suất). Xỏc định hiệu suất của quỏ trỡnh crackinh.
Gợi ý: Trong quỏ trỡnh crackinh xảy ra cả hai loại PƯ là tỏch H2 và PƯ bẻ góy mạch cacbon.
- Bài toỏn chưa cho hiệu suất nờn sản phẩm cú cả C4H10. C4H10 → C4H8 + H2 C4H10 → C3H6 + CH4 C4H10 → C2H4 + C2H6 - Ta nhận thấy 4 2 6 2 4 10 anken (CH C H H ) C H V V V phản ứng
- Hỗn hợp khớ qua bỡnh brom dư, cỏc anken sẽ bị hấp thụ, thể tớch cũn lại 25 lớt Vanken = 20 lớt Vbutan dư = 5 lớt Vbutan ban đầu = 20 + 5 = 25 lớt
- Hiệu suất của PƯ: H = 20/25ì100% = 80%
Bài 4. Hỗn hợp X gồm 0,12 mol C2H2 và 0,18 mol H2. Nung núng X với bột Ni thu được hỗn hợp khớ Y, dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch Br2 dư thấy khối lượng bỡnh đựng Br2 tăng lờn m gam và cũn lại khớ Z. Đốt chỏy hoàn toàn khớ Z thu được 0,12 mol CO2 và 0,2 mol H2O. Xỏc định giỏ trị của m.
Gợi ý: Nung hỗn hợp C2H2 và H2 với xỳc tỏc Ni nhưng chưa cho hiệu suất nờn hỗn hợp khớ B gồm C2H6, C2H4, C2H2 dư và H2 dư.
- Dẫn hết Y qua dung dịch Br2 thỡ C2H2 và C2H4 bị giữ lại, khớ Z thoỏt ra gồm C2H6 và H2. Cú thể dựa vào cỏc PƯ đốt chỏy của H2 và ankan để xỏc định số mol cỏc chất này.
- Từ cỏc số mol C2H6 và H2, viết cỏc PƯ tạo C2H6 và C2H4. Dựa vào số mol của C2H2 ban đầu, H2 ban đầu, C2H6 tạo thành, ta xỏc định được số mol của C2H2 dư và số mol C2H4. Từ đú tớnh được m. Cỏch giải như trờn phải viết cỏc phương trỡnh PƯ nờn tốn nhiều thời gian. Bài toỏn này cú thể giải nhanh chúng bằng cỏch sau:
+ Cỏc chất trong Y được chia thành hai phần, một phần vào dung dịch Br2 (cú khối lượng m, cần tỡm), phần cũn lại là Z. Z được tạo từ hai loại nguyờn tố là C và H nờn khối lượng của Z bằng tổng khối lượng của hai nguyờn tố trờn:
mZ = mC + mH = 12.0,12 + 2.0,2 = 1,84 gam + Dựng bảo toàn khối lượng, ta được: mX = mY = m + mZ
m = mX – mZ = 26.0,12 + 2.0,18 – 1,84 = 1,64 gam.
Bài 5. Đốt chỏy hoàn toàn 0,25 mol amin đơn chức X cần 46,2 lớt O2, thu được 55 gam CO2 và 2,8 lớt N2 (cỏc khớ đo điều kiện tiờu chuẩn). Xỏc định CTPT của X.
Gợi ý: - Bảo toàn nguyờn tố oxi ta được
2 2 2 O CO H O 2n 2n n 2 H O n = 1,625 mol - Bảo toàn khối lượng ta được:
mamin = 55 + 29,25 + 0,125ì28 – 2,0625ì32 = 21,75 gam Mamin = 87 đvC CTPT amin là C5H13N.
Bài 6. G là hỗn hợp gồm ba ancol đồng đẳng liờn tiếp. Đun hoàn toàn 54 gam
G với H2SO4 đặc ở 1400C, được 47,25 gam hỗn hợp cỏc ete cú số mol bằng nhau. a) Xỏc định số mol của mỗi ete.
b) Xỏc định CTPT của cỏc ancol trong G.
Gợi ý: - Để tớnh được số mol mỗi ete ta phải biết số ete tạo từ hỗn hợp 3 ancol
trờn. Với 3 ancol khỏc nhau ta cú số ete thu được là 6 ete.
- Nếu phải viết phương trỡnh, gọi cỏc ẩn số để giải thỡ bài toỏn rất phức tạp. - Nếu để ý ta sẽ tớnh được ngay khối lượng H2O bằng bảo toàn khối lượng
2
H O ancol ete
m m – m 6,75 gam. -Phương trỡnh tổng quỏt tạo ete:
2ROH RH2SO4 2O + H2O
1400C
- Ta cú
2
ancol ete H O
n 2 n 2n 0,75 mol; nmỗi ete 0,375/6 = 0,625 mol.
- Phõn tử khối tung bỡnh của ancol bằng 72 đvC.
- Cỏc ete cú số mol bằng nhau nờn cỏc ancol cũng cú số mol bằng nhau.
- Khi cỏc ancol cú số mol bằng nhau thỡ phõn tử khối trung bỡnh chớnh là trung bỡnh cộng phõn tử khối của ba ancol và phõn tử khối trung bỡnh chớnh bằng phõn tử khối của ancol giữa (do đồng đẳng liờn tiếp).
Bài 7. X là ancol no, đa chức, mạch hở. Khi đốt chỏy hết 1 mol X cần 3,5 mol
O2. Xỏc định CTPT của X.
Gợi ý: - Đặt cụng thức ancol là: CnH2n+2Oz.
- Từ điều kiện bài toàn và phương trỡnh đốt chỏy ta được: (3n + 1 – z)/2 = 3,5 3n – 6 = z
- Ancol thỡ số nguyờn tử oxi khụng vượt quỏ số nguyờn tử cacbon nờn cú z ≤ n
n 2 3 4
z 0 3 6
0 < z ≤ n loại thoả món loại Cụng thức C3H8O3
Vậy cụng thức ancol là C3H5(OH)3.
Bài 8. Xà phũng húa hoàn toàn 13,6 gam một este đơn chức X cần vừa đủ 50
ml dung dịch NaOH 4M. Xỏc định CTCT của X.
Gợi ý: - Cú este đơn chức nào khi thủy phõn cho hai muối khụng. Nếu khụng
biết kiến thức này thỡ bài toỏn trờn khụng cú đỏp ỏn nào phự hợp. Este đơn chức tỏc dụng với NaOH theo tỉ lệ 1: 1 hoặc tỉ lệ 1: 2 (trường hợp este cú vũng benzen gắn trực tiếp vào nhúm –COO–. Vậy cú hai trường hợp xảy ra:
+ Trường hợp 1: nếu tỉ lệ mol este và NaOH là 1: 1 Meste = 68 đvC Khụng cú este phự hợp.
+ Trường hợp 2: nếu tỉ lệ mol là 1: 2 Meste = 136 đvC CTPT C8H12O2. - Cỏc CTCT cú thể cú là CH3COO HCOO CH3 HCOO CH3 HCOO C H3