GIẢI NHANH hóa hữu cơ BẰNG phương pháp bảo toàn e

Biờn son : Thy Nguyn Minh Tun THPT chuyờn Hựng Vng Phỳ Th; T : 01223 367 990

CHUYấN 4 : S DNG PHNG PHP BO TON ELECTRON
GII NHANH BI TP T CHY HP CHT HU C
1. C s ca phng phỏp
Trong phn ng t chỏy hp cht hu c, tng s mol electron hp cht hu c nhng bng tng s mol
electron oxi nhn.
2. Tớnh nhanh s mol electron nhng, nhn trong phn ng t chỏy hp cht hu c
Trong hp cht, tng s oxi húa ca cỏc nguyờn t bng 0. Suy ra : Trong phõn t hp cht hu c cú th
coi s oxi húa ca tng nguyờn t bng 0.
S phn ng chỏy :
0

0

0

0

0

4 2

o

1 2

0

t
C x H y O z N t O 2

C O 2 H 2 O N 2

Suy ra : n electron O

2

n electron C H O N
x

y

z

t

nhaọ n

4n O

2

(4x y 2z)n C H

nhửụứng

x

yOz N t

3. Vớ d minh ha

Vớ d 1 : t chỏy hn hp X gm 0,1 mol CH4, 0,15 mol C2H2, 0,2 mol C2H4 v 0,25 mol HCHO cn V lớt
O2 ( ktc). Giỏ tr ca V l :
A. 63,84 lớt.
B. 34,72 lớt.
C. 31,92 lớt.
D. 44,8 lớt.
( thi th i hc ln 2 THPT chuyờn Hựng Vng Phỳ Th, nm hc 2013 2014)
Hng dn gii
Cỏch 1 : Tớnh toỏn theo phng trỡnh phn ng:



o

t
CH 4 2O2
CO 2 2H 2O

mol : 0,1 0,2
o

t
C2 H 2 2,5O 2
2CO2 H 2 O

mol : 0,15 0,375
o

t
C2 H 4 3O2

2CO2 2H 2 O

mol : 0,2 0,6
o

t
HCHO O2
CO2 H 2 O

mol : 0,25 0,25

T cỏc phn ng v gi thit, ta cú :
n O 1,425 mol, VO
2



2

(ủktc)

31,92 lớt

Cỏch 2 : S dng bo ton electron
Theo bo ton electron, ta cú :
4 n O 8 n CH 10 n C H 12 n C H 4 n HCHO
2 2
2 4

2

4


?

0,1

0,15

n O 1,425 mol, VO
2

0,2

2

(ủktc)

0,25

31,92 lớt

Vớ d 2: Crackinh m gam butan, thu c hn hp khớ X (gm 5 hirocacbon). Cho ton b X qua bỡnh
ng dung dch nc brom d, thy khi lng bỡnh brom tng 5,32 gam v cũn li 4,48 lớt (ktc) hn hp khớ
Y khụng b hp th, t khi hi ca Y so vi metan bng 1,9625. t chỏy hon ton m gam hn hp X trờn
cn dựng V lớt khớ O2 (ktc). Giỏ tr ca V l :
A. 29,12 lớt.
B. 17,92 lớt.
C. 13,36 lớt.
D. 26,88 lớt.

( thi th i hc ln 2 THPT inh Chng Dng Thanh Húa, nm hc 2013 2014)


Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT : 01223 367 990

Hướng dẫn giải
Sơ đồ phản ứng :
C3 H 6 Br2 


C2 H 4 Br2 
CH 4 , C3 H 6 


C4 H10 
 C 2 H 6 , C 2 H 4 
C H dö 
4 10


crackinh

Br2

X

CH 4 


C 2 H 6 

C H 
10 

4

Y, 0,2 mol

Theo giả thiết và bảo toàn khối lượng, ta có :
m C H  m X  m bình Br taêng  m Y  11,6
2



 4 10 bñ
0,2.1,9625.16

5,32

11,6
n
 C4 H10 bñ  58  0,2

Đốt cháy X cũng chính là đốt cháy C4H10 ban đầu.

Áp dụng bảo toàn electron trong phản ứng đốt cháy C4H10, ta có : 4 n O  26 n C H
4 10
2

?

0,2

 n O2  1,3 mol  VO2  29,12 lít

Ví dụ 3: Hỗn hợp khí X gồm O2 và O3, tỉ khối của X so với H2 là 17,6. Hỗn hợp khí Y gồm C2H4 và CH4, tỉ
khối của Y so với H2 là 11. Thể tích hỗn hợp khí X (đktc) tối thiểu cần dùng để đốt cháy hoàn toàn 0,044 mol
hỗn hợp khí Y là :
A. 3,36 lít.
B. 2,24 lít.
C. 1,12 lít.
D. 4,48 lít.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – Trường THPT Chuyên – Đại học Vinh, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Nhận thấy : M(CH4 , C2 H4 ) 

16  28
 22
2

0,044
 0,022.
2
Quy đổi O2 và O3 thành O. Theo bảo toàn electron và bảo toàn khối lượng, ta có :
2 n O  8n CH  12 n C H
2 4
4

 
0,022
0,022

 ?
m
 mO
 (O2 , O3 )
n O  0,22

m (O2 , O3 )  m O  0,22.16  3,52

3,52
n(O2 , O3 )  17,6.2  0,1

V
 0,1.22,4  2,24 lít
 (O2 , O3 )
 nCH  nC H 
4

2

4

Ví dụ 4: Cho hỗn hợp chất rắn gồm CaC2, Al4C3, Ca vào nước, thu được hỗn hợp X gồm 3 khí, trong đó có
hai khí có cùng số mol. Lấy 8,96 lít hỗn hợp X (đktc) chia làm 2 phần bằng nhau. Phần 1 cho vào dung dịch
AgNO3 (dư) trong NH3, sau phản ứng hoàn toàn thấy tách ra 24 gam kết tủa. Phần 2 cho qua Ni, đun nóng thu
được hỗn hợp khí Y. Thể tích O2 vừa đủ (đktc) cần dùng để đốt cháy hoàn toàn Y là:


Biờn son : Thy Nguyn Minh Tun THPT chuyờn Hựng Vng Phỳ Th; T : 01223 367 990

A. 5,6 lớt.

B. 8,4 lớt.
C. 8,96 lớt.
D. 16,8 lớt.
( thi th i hc ln 1 THPT chuyờn Nguyn Hu H Ni, nm hc 2013 2014)
Hng dn gii
Theo gi thit, bo ton nguyờn t C v bo ton electron, ta cú :

8,96
0,2
n (C H , CH , H ) trong 1 X
22,4.2
2 2 4 2
2

24

n C2 Ag2 240 0,1
n C H n C Ag 0,1
2
2
2 2
n CH 4 n H2 0,05
4 n O 10 n C H 8 n CH 2 n H
2 2

4
2
2
0,1
0,05

0,05
?
n 0,375; V
8,4 lớt
O2 (ủktc)
O2

Vớ d 5: Hn hp X gm vinylaxetilen v hiro cú t khi hi so vi H2 l 16. un núng hn hp X mt
thi gian thu c 1,792 lớt hn hp khớ Y ( ktc). Hn hp khớ Y phn ng va vi dung dch cha 25,6
gam Br2. Th tớch khụng khớ (cha 20% O2 v 80% N2 v th tớch, ktc) cn dựng t chỏy hon ton hn
hp Y l
A. 35,840.
B. 38,080.
C. 7,616.
D. 7,168.
( thi th i hc ln 1 THPT Cm Lý Bc Giang, nm hc 2013 2014)
Hng dn gii
S dng s ng chộo, ta cú :
nC H
4

nH

2

4

ban ủau

ban ủau

32 2 3 3x

52 32 2 2x

Gi a l s mol H2 phn ng. Theo s bo ton s liờn kt , bo ton C v s tng gim s mol khớ, ta cú :
3 n C H n Br phaỷn ửựng n H phaỷn ửựng
4 4
2
2




3x
0,16
a


1,792
n Y 3x
a)
0,08
(2x

22,4

nC H
n
4 y
H2 dử

9x 0,16 a x 0,02


5x a 0,08 a 0,02

t chỏy hn hp Y cng chớnh l t chỏy hn hp X. Theo bo ton electron, ta cú :
4 n O 20 n C H 2 n H n O 0,32
4 4
2
2

2
?

Vkhoõng khớ

0,02.3
(ủktc)

0,02.2

0,32.5.22,4 35,84 lớt

Vớ d 6: Hn hp X gm HCHO, CH3COOH, HCOOCH3 v CH3CH(OH)COOH. t chỏy hon ton X
cn V lớt O2 (ktc), hp th ht sn phm chỏy vo mt lng d nc vụi trong thu c 50 gam kt ta. Giỏ
tr ca V l :
A. 7,84.
B. 8,40.
C. 11,2.
D. 16,8.
( thi th i hc ln 2 THPT Cm Khờ Phỳ Th, nm hc 2013 2014)
Hng dn gii


Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT : 01223 367 990

Dễ thấy các chất trong X đều có công thức phân tử là CxH2xOx.
Trong phản ứng đốt cháy, theo bảo toàn nguyên tố C và bảo toàn electron, ta có:

50
 x.n Cx H2 x Ox  n CO2  n CaCO3  100  0,5


 4 nO
 4 x.n
x H2 x Ox
2
C


?
0,5
 n O  0,5

 2

 VO2 (ñktc)  0,5.22,4  11,2 lít

Ví dụ 7: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X gồm 2 ancol (đa chức, cùng dãy đồng đẳng) cần vừa đủ V lít khí
O2 (đktc). Sau phản ứng thu được 0,25a mol CO2 và 6,3a gam H2O. Biểu thức tính V theo a là
A. V= 7,28a.
B. V=14,56a.
C. V= 4,48a.
D. V= 8,96a.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Tĩnh Gia 2 – Thanh Hóa, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết, ta có :

nH O 
2

6,3a
 0,35a  nCO  0,25a
2
18

X goàm 2 ancol no

n CO

2
 2,5
C X  n
n


H
O
CO

2
2
X goàm 2 ancol no, 2 chöùc

 n O trong X  2.(0,35a  0,25a)  0,2a


nX

Theo bảo toàn nguyên tố C, H và bảo toàn electron, ta có :
n C  n CO  0,25a; n H  2n H O  0,7a
2
2

4 n  n  4 n  2 n
 V  7,28a
H
O2
O trong X
 C 






 0,25a 0,7a
V
0,2a

22,4

Ví dụ 8: Oxi hoá hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm hai anđehit no, đơn chức, mạch hở, kế tiếp nhau trong
dãy đồng đẳng, thu được (m + 8) gam hỗn hợp Y gồm hai axit. Mặt khác, đem đốt cháy hết hỗn hợp X cần vừa
đủ 12,32 lít O2 (ở đktc). Giá trị m là
A. 15,47.
B. 17,81.
C. 15,48.
D. 17,80.
(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT Xuân Áng 1, Khê – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Đặt công thức của hai anđehit trong X là Cn H2n O.
Theo sự tăng khối lượng trong phản ứng oxi hóa X và bảo toàn electron trong phản ứng của X với O2, ta có
:

8
 0,5
 n Cn H 2 n O  n Cn H 2 n O 2 
16


O2
(6n  2)n Cn H2 nO  4 n


0,55

0,5


Suy ra :


Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT : 01223 367 990


3,2
 n 
3

14.3,2
m
 0,5.(
 16)  15,47 gam
C
H
O
 n 2 n
3

Ví dụ 9: Trung hòa 3,88 gam hỗn hợp X gồm 2 axit cacboxylic no, đơn chức, mạch hở bằng một lượng vừa
đủ NaOH, sau đó cô cạn dung dịch thì thu được 5,2 gam muối khan. Nếu đốt cháy hết 3,88 gam X thì thể tích
oxi (đktc) cần dùng là
A. 4,48 lít.
B. 2,24 lít.
C. 3,36 lít.
D. 1,12 lít.

(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT Cẩm Khê – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Theo sự tăng giảm khối lượng, giả thiết và bảo toàn electron trong phản ứng đốt cháy X, ta có :

5,2  3,88
 0,06
n CnH2 nO2  n Cn H2 n1O2Na 
22

3,88
M
 (14n  32) 
Cn H 2 n O 2

0,06

7
n  3


 (4n  2n  2.2)n C H O
O2
 4 n
2n 2

n

 ?
0,06


 n O  0,15, VO
2

2

(ñktc)

 3,36 lít

Ví dụ 10: Cho 7,45 gam hỗn hợp X gồm các axit hữu cơ (phân tử chỉ chứa một loại nhóm chức) tác dụng
hết với dung dịch NaHCO3 dư, thấy giải phóng 3,36 lít khí CO2 (đktc). Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 7,45 gam
hỗn hợp X cần dùng vừa hết 2,52 lít O2 (đktc), thu được sản phẩm gồm CO2 và hơi nước. Dẫn toàn bộ sản
phẩm cháy vào 150 ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy khối lượng dung dịch
Ba(OH)2
A. giảm 8,65 gam.
B. giảm 19,7 gam.
C. tăng 11,05 gam.
D. giảm 18,5 gam.
(Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh Nam Định, năm học 2012 – 2013)
Hướng dẫn : Dựa vào bản chất phản ứng của X với NaHCO3, bảo toàn nguyên tố O; bảo toàn electron trong
phản ứng đốt cháy X, ta có :
n COOH  n NaHCO  n CO  0,15
3
2

n O/axit  2n  COOH  0,3
12n C  n H  16 n O/axit  7,45


0,3



4n
n
2
n


 4 nO
H
O/axit
 C

2

0,3
0,1125
n CO  0,2
n  0,2
 C
 2
n H  0,25 n H2 O  0,125
Vì n CO  0,2, n Ba(OH)  0,15
2

2

n BaCO  2n Ba(OH)  n CO  0,1
3
2

2

 m
 m BaCO  m CO  m H O  8,65 gam
dd Ba(OH)2 giaûm
2

3 2 

0,2.44
0,125.18

0,1.197


Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT : 01223 367 990

Ví dụ 11: Hỗn hợp X gồm 2 amino axit no (chỉ có nhóm chức –COOH và –NH2 trong phân tử), trong đó tỉ
lệ mO : mN = 80 : 21. Để tác dụng vừa đủ với 3,83 gam hỗn hợp X cần 30 ml dung dịch HCl 1M. Mặt khác,
đốt cháy hoàn toàn 3,83 gam hỗn hợp X cần 3,192 lít O2 (đktc). Dẫn toàn bộ sản phẩm cháy (CO2, H2O và
N2) vào nước vôi trong dư thì khối lượng kết tủa thu được là
A. 20 gam.
B. 13 gam.
C. 10 gam.
D. 15 gam.
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2012)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết, ta có :
n N  n  NH  n HCl  0,03
2


 n O  0,1 mol
 n O 80 21 5

: 

 n N 16 14 1,5
Áp dụng bảo toàn khối lượng cho hỗn hợp X, bảo toàn electron trong phản ứng đốt cháy X và bảo toàn
nguyên tố C, ta có :
12 nC  n H  m X  m N  m O  1,81
   
 
?
3,83
0,03.14 0,1.16
 ?

 n H  2 n O  4 n O  0,77
C
4 n


2
?
0,1
 ?
0,1425

n C  0,13; n H  0,25


 n CaCO  n CO  n C  0,13
3
2

m CaCO3  0,13.100  13 gam

Ví dụ 12: Thuỷ phân hoàn toàn m gam một pentapeptit mạch hở M, thu được hỗn hợp gồm hai amino axit
X1, X2 (đều no, mạch hở, phân tử chứa một nhóm -NH2 và một nhóm -COOH). Đốt cháy toàn bộ lượng X1, X2
ở trên cần dùng vừa đủ 0,255 mol O2, chỉ thu được N2, H2O và 0,22 mol CO2. Giá trị của m là
A. 6,34.
B. 7,78.
C. 8,62.
D. 7,18.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên KHTN Huế, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Đặt công thức phân tử trung bình của X1, X2 là Cn H 2n 1O2 N.
Áp dụng bảo toàn nguyên tố C và bảo toàn electron trong phản ứng đốt cháy X1 và X2, ta có:
n.n
 n CO  0,22
2
 Cn H2 n1O2 N
(6n  3)n
 4 n O  1,02
C H
O N

n 2 n 1 2
2

0,255


n.nCnH2 n1O2 N  0,22

 n  2,2
n Cn H2 n1O2 N  0,1
 M(5C H

O 2 N  4H 2 O)
n 2 n
1



 317

pentapeptit M

Theo bảo toàn nguyên tố C, ta có :
5n(5C

n

H2 n1O2 N  4H2 O)

 n(5C H
n

O2 N  4H2 O)

n

H2 n1O2 N

 0,1

 0,02

2 n 1

 m (5C H
n

 nC

O2 N  4H2 O)

2 n1

 6,34 gam


Biờn son : Thy Nguyn Minh Tun THPT chuyờn Hựng Vng Phỳ Th; T : 01223 367 990

Vớ d 13: X v Y ln lt l cỏc tripeptit v hexapeptit c to thnh t cựng mt amoni axit no mch h,
cú mt nhúm COOH v mt nhúm NH2. t chỏy hon ton 0,1 mol X bng O2 va , thu c sn phm
gm CO2, H2O v N2, cú tng khi lng l 40,5 gam. Nu cho 0,15 mol Y tỏc dng hon ton vi NaOH (ly
d 20%), sau phn ng cụ cn dung dch thu c bao nhiờu gam cht rn ?
A. 9,99 gam.
B. 87,3 gam.
C. 94,5 gam.

D. 107,1 gam.
( thi th i hc ln 1 THPT Hng Lnh, nm hc 2013 2014)
Hng dn gii
Theo gi thit, suy ra :
X laứ (3Cn H 2n 1O2 N 2H2 O) (M 42n 105)

Y laứ (6Cn H 2n 1O2 N 5H 2 O) (M 84n 192)

Theo gi thit v bo ton electron v bo ton khi lng, ta cú :
4n O (18n 9)n X (18n 9).0,1
2

mX

m (CO , H O, N )
mO
2
2

2

2

0,1.(42n
105)
0,025.(18n 9).32
40,5

n 2

M Y 84n 192 360
Trong phn ng ca Y vi NaOH, theo bn cht phn ng v bo ton khi lng, ta cú :
Y
muoỏi H 2 O
6NaOH




0,15 mol
0,9
mol
0,15 mol


m NaOH m chaỏt raộn m H O
m
Y
2




0,15.360 (0,9 0,9.20%)40
0,15.18
?

m chaỏt raộn 94,5 gam