Một số công thức giải nhanh toán hóa học

1
Giúp em học tốt

MỘT SỐ CÔNG THỨC GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC
************

Các em học sinh thân mến
Trong khuynh hướng đổi mới hình thức thi cử như đã tiến hành hiện nay, làm thế nào để
giải nhanh, chính xác các câu hỏi trắc nghiệm khách quan luôn là dấu hỏi lớn mà bất cứ học sinh
nào cũng đều mong muốn có một lời giải đáp thấu đáo. Ở phạm vi bài viết này, thầy muốn giới
thiệu đến các em một số công thức giúp giải nhanh các dạng toán hóa thường gặp. Tất nhiên bài
viết này không hề cổ súy cho lối học máy móc, lười tư duy, mà chúng chính là các bài tập gợi mở
trí sáng tạo nơi các em, vì lẽ trong quá trình vận dụng các công thức trên , các em có thể chứng
minh , tìm hiểu . . . về sự xuất hiện các công thức đã nêu, từ đó có tác dụng phát triển khả năng tư
duy, dẫn đến việc tìm ra các công thức mới, cách giải mới cho riêng mình.
I. Công thức giải nhanh sốcacbon của một anken dựa vào phân tử khối của hỗn hợp gồm anken
và H
2
trước và sau khi dẫn qua bột Ni nung nóng
Dạng toán này nếu giải theo cách thông thường rất mất thời gian, chưa kể dễ nhầm lẫn do phải
liệt kê đúng số mol các chất trong hỗn hợp và giải hệ phương trình toán học khá rườm rà
Ví dụ 1. Dẫn hỗn hợp X gồm anken A và H
2
có tỉ khối hơi so với H
2
là 5 qua ống đựng Ni nung nóng
để phản ứng xảy ra hoàn toàn được hỗn hợp Y có tỉ khối hơi so với H
2
là 6,25. Tìm công thức phân tử
của anken A.

Giải
Xét 1 mol X. Giả sử 1 mol X gồm a mol anken C
n
H
2n
và (1 – a) mol H
2
. Vậy ta có

X
M 14na 2(1 a)
(1)
Vì M
Y
= 6,25.2 = 12,5 chứng tỏ Y còn H
2
dư , vậy anken đã phản ứng hết theo phương trình:
C
n
H
2n
+ H
2
C
n
H
2n + 2
a a a
Do đó Y gồm:
2

n 2n 2
H :(1 2a)mol
C H : amol

Do đònh luật bảo toàn khối lượng nên m
X
= m
Y
. Vậy
Y
14na 2(1 a)
M
1a
(2)

X/Y
(1) 10
d 1 a 0,8 a 0,2
(2) 12,5
.
Thay a = 0,2 vào (1) được M
X
= 0,2.14n + 2(1 – 0,2) = 10 n = 3
Vậy A có công thức phân tử là C
3
H
6
CÔNG THỨC GIẢI NHANH
Giả sử hỗn hợp anken và H
2

ban đầu có phân tử khối là M
1

Sau khi dẫn hỗn hợp này qua bột Ni nung nóng để phản ứng xảy ra hoàn toàn được hỗn
hợp không làm mất màu nước brôm, có phân tử khối là M
2
thì anken C
n
H
2n
cần tìm có số C cho bởi
công thức:
21
21
(M 2)M
n
14(M M )


2
Thật vậy, với ví dụ trên ta có
(12,5 2)10
n3
14(12,5 10)

Ví dụ 2. Hỗn hợp khí X gồm H
2
và một anken có khả năng cộng HBr cho sản phẩm hữu cơ duy nhất.
Tỉ khối của X so với H
2

bằng 9,1. Đun nóng X có xúc tác Ni, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu
được hỗn hợp khí Y không làm mất màu nước brom; tỉ khối của Y so với H
2
bằng 13. Công thức cấu
tạo của anken là
A. CH
3
-CH=CH-CH
3
. B. CH
2
=CH-CH
2
-CH
3
.
C. CH
2
=C(CH
3
)
2
. D. CH
2
=CH
2
.
(TSĐH 2009/Khối B)
Giải
Theo công thức trên ta có

(26 2)18,2
n4
14(26 18,2)

Vì anken đã cho cộng HBr chỉ tạo một sản phẩm duy nhất nên nó phải có cấu tạo đối
xứng. Vậy công thức cấu tạo cần tìm là CH
3
-CH=CH-CH
3
(chọn A)
II. Công thức giải nhanh hiệu suất phản ứng tổng hợp NH
3
Tương tự như dạng toán đã xét ở trên, dạng này cũng làm các em mất nhiều thời gian cho việc
tính toán số mol các chất, cũng như việc giải các phương trình toán học
Ví dụ 3. Tiến hành tổng hợp NH
3
từ hỗn hợp X gồm N
2
và H
2
(có tỉ lệ mol tương ứng 1 : 3) thu được
hỗn hợp Y có tỉ khối hơi so với H
2
là 6,8. Tính hiệu suất tổng hợp NH
3

Giải
Giả sử X gồm 1 mol N
2
và 3 mol H

2

Giả sử chỉ có a mol N
2
đã tham gia phản ứng:
N
2
+ 3H
2

2NH
3
a 3a 2a
Do đó Y gồm
2
2
3
N :(1 a)mol
H :(3 3a)mol
NH :2amol

Y
M
=
34
6,8.2 13,6
4 2a
a = 0,75
Vậy hiệu suất H = 75%
Ví dụ 4. Hỗn hợp khí X gồm N

2
và H
2
có tỉ khối hơi so với He là 1,8. Đun nóng X một thời gian trong
bình kín có Fe làm xúc tác được hỗn hợp Y có tỉ khối so với He là 2. Hiệu suất tổng hợp NH
3
là
A. 50% B. 40% C. 36% D. 25%
(Đại học khối A/2010)
Giải
Vì M
X
= 1,8.4 = 7,2 nên phương pháp đường chéo cho
22
NH
n : n 1: 4
. Vậy N
2
phải phản ứng
hết trên lí thuyết, tức hiệu suất phải tính theo N
2
. Giả sử X gồm 1 mol N
2
và 4 mol H
2
, ta có phản ứng:
N
2
+ 3H
2



2NH
3
Ban đầu: 1 4 0 (mol)
Phản ứng: a 3a 2a (mol)
Sau phản ứng: (1 – a) (4 – 3a) 2a (mol)

3
Do đó Y gồm
2
2
3
N :(1 a)mol
H :(4 3a)mol
NH :2amol

Vì m
X
= m
Y
nên
YX
Y
YY
mm
36
M 2.4 8
n n (1 a) (4 3a) 2a

a = 0,25
Vậy H =
0,25.100
25
1
(chọn D)
CÔNG THỨC GIẢI NHANH
Nếu tiến hành tổng hợp NH
3
từ hỗn hợp X gồm N
2
và H
2
(có tỉ lệ mol tương ứng 1 : k ; trong
đó k 3) được hỗn hợp Y thì hiệu suất tổng hợp NH
3
là:
H% =
X
Y
M
k1
(1 )
2M

Thật vậy:
Với ví dụ 3 ở trên ta có M
X
= 8,5; M
Y

= 13,6 và k = 3 nên H =
3 1 8,5
(1 )
2 13,6
= 75%
Với ví dụ 4 ở trên ta có M
X
= 7,2 ; M
Y
= 8 và k = 4 nên H =
4 1 7,2
(1 )
28
= 25%
III. Công thức giải nhanh hiệu suất phản ứng hiđro hóa anken

Nếu hiđro hóa hỗn hợp X gồm anken và H
2
(tỉ lệ mol tương ứng 1 : k ; trong đó k 1) được
hỗn hợp Y thì hiệu suất hiđro hóa anken là

H% =
X
Y
M
(k 1)(1 )
M

Ví dụ 5. Hiđro hóa hỗn hợp X gồm propen và H
2

( tỉ lệ mol 1 : 1) thu được hỗn hợp Y. Biết d
X/Y
=

0,8.
Tính hiệu suất hiđro hóa
Giải
Vì k = 1 nên ta có H% = (1 + 1)(1 – 0,8) = 40%
Ví dụ 6. Hiđro hóa hỗn hợp X gồm C
2
H
4
và H
2
có tỉ khối hơi so với He là 3,75 thu được hỗn hợp Y
có tỉ khối hơi so với He là 5. Tính hiệu suất hiđro hóa C
2
H
4

(TSCĐ 2009)
Giải
Bằng phương pháp đường chéo tính được trong X có
2 4 2
C H H
n : n
1 : 1
Vì k = 1 nên H% = (1 + 1)(1 -
3,75.4
5.4

) = 50%
Ví dụ 7. Hiđro hóa hỗn hợp X gồm C
2
H
4
và H
2
có tỉ khối hơi so với H
2
là 4,25 thu được hỗn hợp Y
có tỉ khối hơi so với H
2
là 5,3125. Tính hiệu suất hiđro hóa C
2
H
4

Giải
Bằng phương pháp đường chéo tính được trong X có
2 4 2
C H H
n : n
1 : 3
Vì k = 3 nên H% = (1 + 3)(1 -
4,25.2
5,3125.2
) = 80%
Ví dụ 8. Hiđro hóa hỗn hợp X gồm anken C
4
H

8
và H
2
(có tỉ lệ mol tương ứng 1 : 2) thu được hỗn
hợp Y có tỉ khối hơi so với H
2
là 12. Tính hiệu suất hiđro hóa C
4
H
8


4
Giải
Vì M
X
=
56 2.2
20
3
và k = 2 nên H% = (1 + 2)(1 -
20
24
) = 50%
IV. Công thức giải nhanh hiệu suất phản ứng hiđro hóa anđehit đơn chức no

Các em để ý rằng tỉ lệ mol phản ứng giữa anđehit đơn chức no và H
2
cũng là 1 : 1 nên nếu
hiđro hóa hỗn hợp X gồm anđehit đơn chức no và H

2
(tỉ lệ mol tương ứng 1 : k ; trong đó k 1) được
hỗn hợp Y thì hiệu suất hiđro hóa anđehit đơn chức no cũng được tính hoàn toàn tương tự như hiệu
suất hiđro hóa anken là

H% =
X
Y
M
(k 1)(1 )
M

Ví dụ 9. Hỗn hợp khí X gồm H
2
và anđehit HCHO có tỉ khối hơi so với He là 4. Dẫn X qua bột Ni nung
nóng thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He là 5. Hiệu suất của phản ứng hiđro hoá là
A. 50% B. 40% C. 60% D. 80%
Giải
Bằng phương pháp đường chéo tính được trong X có
2
HCHO H
n :n
1 : 1
Vậy k = 1 nên H% = (1 + 1)(1 -
4.4
5.4
) = 40% (chọn B)
Ví dụ 10. Hỗn hợp khí và hơi X gồm H
2
và anđehit CH

3
CHO (có tỉ lệ mol tương ứng 3 : 1). Dẫn X qua
bột Ni nung nóng thu được hỗn hợp khí và hơi Y có tỉ khối so với H
2
là 7,8125. Hiệu suất của phản ứng
hiđro hoá là
A. 50% B. 40% C. 60% D. 80%
Giải
Vì M
X
=
44 2.3
12,5
4
và k = 3 nên H% = (1 + 3)(1 -
12,5
7,8125.2
) = 80% (chọn D)
Trên đây thầy chỉ giới thiệu một vài công thức giải nhanh dùng cho các dạng toán khá phổ
biến mà các em thường gặp trong các kì thi tuyển sinh. Điều chắc chắn là các em rất thắc mắc về “sự
ra đời” của những công thức này. Trong một bài viết khác, thầy sẽ chứng minh các công thức giải
nhanh nói trên và một số công thức giải nhanh khác nữa. Chúc các em cảm thấy niềm vui khi học
Hóa Học và hẹn gặp lại các em ở bài viết kế tiếp.
Thầy Nguyễn Đình Độ