PPHX

<span class='text_page_counter'>(1)</span>MỘT SỐ KINH NGHIỆM GIẢI BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY HỢP CHẤT HỮU CƠ Bài tập toán hữu cơ liên quan đến phản ứng cháy là dạng tương đối nhiều trong các đề thi tuyển sinh đại học khối A và B bởi từ giả thiết của phản ứng cháy ta có thể giải quyết được nhiều vấn đề như: xác định công thức phân tử , công thức cấu tạo, công thức chung của dãy đồng đẳng , tính lượng chất trong phản ứng, tính hiệu suất phản ứng … Vấn đề đặt ra ta cần trang bị cho mình những kiến thức gì khi giải loại bài toán này ? Sau đây là một số kinh nghiệm giải bài toán liên quan đến phản ứng đốt cháy hợp chất hữu cơ: Vấn đề 1: Sử dụng các công thức để tính nhanh số nguyên tử các nguyên tố trong phân tử hợp chất hữu cơ, dựa vào sản phẩm phản ứng cháy; từ đó xác định được công thức phân tử một cách dễ dàng , làm cơ sở để tính các đại lượng khác theo yêu cầu của bài ra Với công thức của X :CxHyOzNt Ta có: x = số mol CO2/số mol X y = 2.số mol H2O /số mol X t = 2. Số mol N2 /số mol X ( điều này cũng dùng cho hỗn hợp các chất hữu cơ , khi đó giá trị x,y,t là giá trị trung bình . Có thể sử dụng giá trị trung bình để tính khối lượng hoặc thể tích của hỗn hợp chất có trong bài ra) Với công thức HCHC có dạng CxHy, hoặc CxHyOz ,y ≤ 2x+2 (luôn chẵn ) Với công thức HCHC có dạng CxHyNt, hoặc CxHyOzNt : y,t cùng chẵn hoặc cùng lẻ Nếu bài toán hỗn hợp các chất sau khi đã tính giá trị trung bình số nguyên tử các nguyên tố bằng công thức tính nhanh ta có thể vận dụng giá trị lớn , giá trị nhỏ so với giá trị trung bình để xác định chất cụ thể nào đó trong hỗn hợp đã cho. Sau đây là một số bài toán cụ thể: Ví dụ 1: x mol hỗn hợp M gồm 1 anđehit và 1 ankin có cùng số nguyên tử C đem đốt thu được 3x mol CO2 và 1,8 x mol H2O . % về số mol anđehit trong hỗn hợp M là: A 30 B 40 C 50 D 20 (Đề khối B -2011) Số nguyên tử C trung bình = 3, andehit và ankin có cùng số C => anđehit và ankin đều có 3 C . Công thức ankin C3H4 Số nguyên tử H trung bình = 3,6 => số nguyên H trong andehit < 3,6 (vì số nguyên tử H trong ankin = 4; đó là giá trị lớn hơn giá trị trung bình ) => số nguyên tử H trong anđehit=2 phù hợp => công thức andehit C3H2O C3H4 → 2 H2O a 2a C3H2O → H2O b b a + b=x 2a + b =1,8x => a= 0,8 x , b = 0,2x . % số mol andehit = 20%.

<span class='text_page_counter'>(2)</span> Ví dụ 2: Hidro hóa hoàn toàn m gam hỗn hợp M gồm anđehit X và Y no,đơn chức , mạch hở kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng( M X < MY) thu được hỗn hợp 2 ancol có khối lượng lớn hơn khối lượng M là 1 gam Đốt cháy hoàn toàn M thu được 30,8 gam CO2 . Công thức và phần trăm khối lượng của X lần lượt là A CH3CHO và 49,44% B HCHO và 32,44 % C HCHO và 50,56% D CH3CHO và 67,16% (Đề khối A -2009) Giải: Có thể sử dụng công thức giải nhanh và phương pháp tăng giảm khối lượng để giải bài toán này Công thức chung của 2 anđehit : RCHO , số mol CO2 = 0,7 mol Sơ đồ tỷ lệ: RCHO RCH2OH 1mol phản ứng khối lượng tăng 2 gam x.mol phản ứng khối lượng tăng 1 gam => x = 1/2 = 0,5 mol => số nguyên tử C trung bình = 0,7/0,5 =1,4 => hỗn hợp gồm: X là HCHO có a mol ; Y là CH3CHO có b mol a + b = 0,5 => a=0,3 % HCHO = (0,3.30 ) / (0,3.30 + 0,2.44)= 50,56% a + 2b=0,7 b=0,2 Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm hai axit cacboxilic đơn chức . Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X cần 0,24 mol O2 thu được CO2 và 0,2 mol H2O . Công thức 2 axit là: A HCOOH, C2H5COOH B CH2=CHCOOH , CH2=C(CH3)COOH C CH3COOH, C2H5COOH D CH3COOH, CH2=CHCOOH ( Đề khối B -2012) Giải: Chỉ cần dùng công thức số nguyên tử H trung bình = 2. Số mol H2O/số mol hh axit = (2.0,2): 0,1= 4 =>loại đáp án B,C vì số nt H = 4 và lớn hơn 4 Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố O : 0,1. 2 + 0,24.2=2. Số mol CO2 + 0,2=> số mol CO2= 0,24> số mol H2O= 0,2 => chỉ đáp án D phù hợp do có 1 axit không no, (còn khi đốt hh A là hh axit no,đơn, hở số mol CO2=số mol H2O) Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn một lượng hỗn hợp X gồm 2 ancol (đêu no, đa chức , mạch hở , có cùng nhóm –OH) cần vừa đủ V lít O2 thu được 11,2 lít CO2 và 12,6gam H2O (các thể tích khí đo ở đktc ). Giá trị V là : A 11,2 B 14,56 C 4,48 D 15,68 (Đề khối B -2010) Giải : Đặt 2 ancol bằng 1 công thức chung CnH2n + 2 Ox hay CnH2n+2-x(OH)x với 2 ≤ x ≤ n số mol CO2 = 0,5 mol ; số mol H2O = 0,7 mol => số mol hh ancol = 0,7-0,5=0,2 mol . số nguyên tử C trung bình = 0,5 /0,2=2,5 => vì ancol đa chức , nên phải có 1ancol chứa ít nhất 2 C => số nhóm OH =x =2(vì số nhóm OH không thể lớn hơn số nguyên tử C trong phân tử).

<span class='text_page_counter'>(3)</span> CnH2n + 2 Ox + (3n+1-x)/2 O2  n CO2 + (n+1) H2O 0,2 mol 0,2. (3n+1-x)/2 Số mol O2 = 0,2(3n+1-x)/2 = 0,2 (3.2,5+ 1-2)/2=0,65 mol =>V= 0,65.22,4=14,56 lít Ví dụ 5: Hỗn hợp X gồm một ankan và một anken . Tỉ khối của X so với H2 bằng 11,25 . Đốt cháy hoàn toàn 4,48 lít X , thu được 6,72 lít CO2 (các thể tích đo ở đktc) . Công thức ankan,anken lần lượt là: A CH4 và C3H6 B CH4 và C4H8 C C2H6 và C2H4 D CH4 và C2H4 Giải: ankan có CT : CnH2n+2 n≥ 1. Anken có CT: CmH2m m≥ 2 nx =0,2 mol , n CO2 = 0,3 mol => số nguyên tử C trung bình = 0,3/0,2=1,5 => so sánh giá trị TB với số C trong ankan , anken thì ankan trong X phải là CH4 CH4 có x mol ; CmH2m có y mol ; M = 11,25.2=22,5 . x+y = 0,2 x=0,15 Ta có hệ x+my = 0,3 => y=0,15 16x+14my =22,5.0,2 my=0,05 => m= 3=> anken: C3H6 Vấn đề 2: Nếu gặp bài toán có nhiều chất cụ thể thì cần nhìn ra cái chung ( sự giống nhau ) từ các chất cụ thể đó để viết thành 1 hay nhiều công thức tổng quát sao cho số công thức tổng quát ít hơn số công thức cụ thể trong bài . Khi đó số ẩn ít hơn so với số chất cụ thể trong bài toán phù hợp với giả thiết đã cho thì chúng ta mới giải được bài toán . Thường ở những bài toán này số chất cụ thể có trong bài nhiều hơn số giải thiết. Ví dụ 1 : 0,05 mol hh X gồm etylen, metan, propin, vinylaxetylen đem đốt cháy , sau đó cho toàn bộ sản phẩm vào bình đựng dd Ca(OH)2 dư thấy khối lượng của bình tăng m gam . Giá trị m là:(biết tỷ khối của X đối với H2 bằng 17 ) A 7,3 B 6,6 C 3,39 D 5,85 ( Đề khối B năm 2011) Sự giống nhau của 4 chất này là đều có 4 nguyên tử H vì vậy công thức chung có thể viết dưới dạng: CnH4 , MX = 34, 12n+4 =34=> n= 2,5. CnH4 + (n+1) O2  nCO2 + 2H2O 0,05mol  0,05n 0,1 mol Độ tăng khối lượng bình đựng dd Ca(OH)2 bằng tổng khối lượng CO2 , H2O = 44. 0,05 . 2,5 + 18.0,1= 7.3 Ví dụ 2: 3,42 gam hh axit acrylic , vinyl axetat , metylarylat, axit oleic đem đốt cháy hoàn toàn thu được hh sản phẩm cho vào dd Ca(OH)2 dư thu được 18 gam kết tủa và dd X . khối lượng dd X so với dd Ca(OH)2 thay đổi như thế nào : A tăng 2,7 g B giảm 7,74 g C tăng 7,92 g D giảm 7,38 g ( Đề khối A -2011) Giải : Đối với dạng bài toán đốt hợp chất hữu cơ, rồi cho sản phẩm cháy (CO2,H2O ) vào bình đựng dung dịch bazo kiềm như Ca(OH)2, Ba(OH)2 thì cần nắm vững những kiến thức như: -Độ tăng khối lượng bình đựng dung dịch bazo =Tổng khối lượng CO2 và H2O.

<span class='text_page_counter'>(4)</span> - Độ tăng khối lượng dung dịch sau phản ứng so với khối lượng dung dịch bazo ban đầu = Tổng khối lượng CO2 , H2O – khối lượng kết tủa ( CaCO3 hoặc BaCO3) - Độ giảm khối lượng dung dịch sau phản ứng so với khối lượng dung dịch bazo ban đầu = khối lượng kết tủa – tổng khối lượng CO2 , H2O axit acrylic CH2=CH-COOH ;Vinyl axetat CH3COOCH=CH2 metylacrylat CH2=CH-COOCH3 ; axit oleic C17H33COOH Cả 4 công thức này đều có 1 công thức chung : CnH2n-2O2 . số mol hh : a mol => (14n+ 32)a= 3,42 Sơ đồ tỷ lệ: CnH2n-2O2 nCO2 + (n-1) H2O a mol na (n-1)a Số mol CO2= na= số mol CaCO3 = 18/100=0,18 mol (14n+32).a=3,42 => a= (3,42-14.0,18)/32= 0,03 mol Khối lượng (CO2 , H2O) = 44.na + 18. (n-1)a = 44. 0,18 + 18. 0,18+ 18.0,03 = 10,62 gam Khối lượng kết tủa = 18 gam => độ giảm khối lượng dd = 18-10,62= 7,38 gam Vấn đề 3: Dựa vào tỷ lệ số mol của CO2 và H2O, viết ngay công thức chung đã biết không cần phải thiết lập công thức chung của chất , từ đó giải bài toán ngắn gọn đỡ tốn thời gian hơn. Khi đốt cháy hợp chất hữu cơ lượng nước và lượng khí cacbonic thu được chỉ phụ thuộc lượng hydro và lượng cacbon chứ không phụ thuộc lượng oxi hay lượng nito trong hợp chất .Sau đây là một số kiến thức hay gặp cần phải nhớ để vận dụng : a)Số mol CO2 < số mol H2O => công thức tổng quát có dạng : CnH2n+ 2 Ox khi đó số mol HCHC luôn bằng số mol H2O – số mol CO2 + Nếu x =0 : * ankan + Nếu x=1 : * ancol no, đơn chức , mạch hở + Nếu x ≥ 2: * ancol no, đa chưc , mạch hở b)Số mol CO2 = số mol H2O => công thức tổng quát có dạng : CnH2nOx + Nếu x=0: * anken * xicloankan + Nếu x=1: * anđehit no, đơn, hở * xeton no,đơn , hở * ancol không no, đơn, hở có 1 liên kết đôi + Nếu x=2: * axit no, đơn , hở * este no, đơn hở c) Số mol CO2 > số mol H2O => công thức tổng quát có dạng CnH2n -2 Ox (đây là dạng hay gặp nhất, ngoài dạng này có thể có dạng khác như CnH2n-6Ox ) Với CnH2n-2Ox thì ta luôn có : Số mol HCHC = số mol CO2 – số mol H2O + Nếu x=0: * ankadien * ankin + Nếu x=1: * andehit không no đơn chức có 1 liên kết đôi C=C * xeton không no đơn chức có 1 liên kết đôi C=C *ancol không no, đơn chức , có 2 liên kết π.

<span class='text_page_counter'>(5)</span> + Nếu x=2: * axit không no, đơn chức, mạch hở có 1 liên kết đôi C=C * Este không no, đơn chức, mạch hở có 1 liên kết đôi C=C Ví dụ : CH2=CH-COOH, HCOOCH=CH2 , CH2=CH-COOCH3 ….. đều thỏa mãn công thức CnH2n-2O2 + Nếu x = 4: * axit no, 2 chức , mạch hở * este no, 2 chức ,mạch hở Ví dụ : HOOC-COOH, HOOC-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH , CH3OOC-COOCH3 ….. đều thỏa mãn công thức CnH2n-2O4 Sau đây là một số bài toán cụ thể: Ví dụ 1: Đốt x gam hỗn hợp 2 axit cacboxilic 2 chức , mạch hở đều có 1 liên kết đôi C=C trong phân tử thu được V lít CO2 (đktc) và y mol H2O . Biểu thức liên hệ giữa x,y,V a V=28/55(x-30y) b V= 28/95(x-62y) c V =28/55 (x + 30y) d V = 28/95(x + 62y) ( Đề khối A -2011) Giải : Ta đã có công thức chung của axit no, 2 chức , mạch hở CnH2n-2O4 => công thức chung của axit 2 chức mạch hở không no có 1 liên kết đôi C=C là CnH2n-4O4 Số mol hỗn hợp 2 axit là a mol => số mol CO2= na= V/22,4 Số mol H2O = y= na-2a => a = na/2- y/2=V/44,8-y/2 (14n + 60)a =x => 14na + 60a = x => 14.V/22,4 + 60( V/44,8- y/2) =x => V = 28/55.(x+ 30) Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 0,11 gam một este X ( tạo nên từ một axit cacboxylic đơn chức và một ancol đơn chức) thu được 0,22 gam CO 2 và 0,09 gam H2O. Số este đồng phân của X là: A. 2 B. 5 C. 6 D.4 ( Đề khối A -2011) Số mol CO2 = 0,22/44=0,05 mol , số mol H2O = 0,09/18=0,05 mol => X là este no, đơn chức , mạch hở , công thức có dạng: CnH2nO2 với n≥ 2 Sơ đồ phản ứng CnH2nO2 n CO2 (14n +32)g n mol 0,11g 0,05 mol => n= 4 => CTPT C4H8O2 . Số đồng phân este: HCOOCH2CH2CH3 HCOOCH(CH3)2 CH3COOCH2CH3 CH3CH2COOCH Vấn đề 4: Sử dụng các phương pháp giải nhanh như : phương pháp bảo toàn khối lượng , phương pháp bảo toàn nguyên tố, phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháp ghép ẩn … ,để giải bài toán được nhanh hơn .Thường khi giải 1 bài toán cần kết hợp nhiều phương pháp ..

<span class='text_page_counter'>(6)</span> Sau đây là một số bài toán cụ thể: Ví dụ 1 : Một hỗn hợp X gồm CH3OH, CH2=CH-CH2OH, C2H5OH, C3H5(OH)3 . Cho 25,4 gam hỗn hợp X tác dụng với Na dư thu được 5,6 lít khí H2 (đktc) . Mặt khác đem đốt cháy hoàn toàn 25,4 gam X thu được b mol CO2 và 27 gam H2O . Giá trị của b là: A 1,2 mol B 1,25 mol C 1,4 mol D 1 mol Giải: Giải bài này sử dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố số mol H2= 5,6/22,4=0,25 => số nhóm (OH)= 2 số mol H2=2. 0,25= 0,5 mol Số mol nguyên tử O= số nhóm OH = 0,5 mol => khối lượng nguyên tố O trong 25,4 gam X=0,5.16= 8 gam Số mol H =2 số mol H2O = 2.27/18=3 mol => khối lượng nguyên tố H trong 25,4 gam X= 3g Khối lượng hỗn hợp X = m (C) + m (H) + m (O) => m(O) = 25,4 – 3- 8 =14,4 gam Số mol CO2 = số mol C = 14,4/12= 1,2 mol Ví dụ 2: Hidro hóa hoàn toàn m gam hh X gồm 2 anđehit no,đơn chức , mạch hở kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng thu được (m+1) gam hh 2 ancol . Mặt khác khi đốt cháy hoàn toàn cũng m gam hh X thì cần vừa đủ 17,92 lít O2 (đktc) . Giá trị của m là : A 17,8 gam B 24,8 gam C 10,5 gam D 8,8 gam (Đề khối B -2009) Sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng và sử dụng giá trị trung bình để giải bài tập này . Công thức chung của hỗn hợp 2 anđehit no, dơn chức , mạch hở : CnH2nO (n≥1) Số mol O2 = 0,8 mol Sơ đồ phản ứng: CnH2nO CnH2n+2O 1mol phản ứng thì khối lượng tăng thêm 2 gam xmol phản ứng thì khối lượng tăng thêm m +1 –m = 1g x = 1/2=0,5 mol CnH2nO + (3n-1)/2 O2 nCO2 + nH2O 0,5 mol (3n-1)/2. 0,5 => (3n-1)/2. 0,5 = 0,8 => n= 1,4 . Khối lượng X= (14n + 16). 0,5 = (14.1,4 + 16) .0,5= 17,6 gam Ví dụ 3 Cho hỗn hợp X gồm ancol metylic, etylen glicol, glixerol. Đốt cháy hoàn toàn m gam X thu được 6,72 lít khí CO2 (đktc) . Cũng m gam X trên cho tác dụng với Na dư thu được tối đa V lít khí H2 . Giá trị của V là: A 3,36 B 11,2 C 5,6 D 6,72 ( Đề khối B -2012) Giải: Đối với bài này ta không thể lập hệ để tính số mol từng chất rồi sau đó tính số mol H2 do từng chất phản ứng tạo ra, rồi cộng lại vì có 3 ẩn số nhưng chỉ có 1 giả.

<span class='text_page_counter'>(7)</span> thiết là số mol CO2 . Chính vì vậy khi giải dạng toán này ( ẩn số nhiều hơn giả thiết ) phải nghĩ đến phương pháp ghép ần về mối liên hệ giữa đại lượng cần tìm và giả thiết đã cho). Tính thể tích H2 thì liên quan đến số nhóm OH trong an col . Số nhóm OH lại liên quan đến số nguyên tử C trong mỗi công thức và cuối cùng lại có mối liên quan đến số mol CO2 đã cho trong bài Đốt a mol CH3OH thu được a mol CO2 Đốt b mol C2H4 (OH)2 thu được 2b mol CO2 Đốt c mol C3H5 (OH)3 thu được 3c mol CO2 Tổng số mol CO2 thu được = a + 2b + 3c = 0,3 mol CH3OH có a mol => số mol (OH ) = a C2H4(OH)2 có b mol => số mol (OH) =2b C3H5(OH)3 có c mol => số mol (OH) =3c => Tổng số mol (OH) = a+2b +3c = số mol CO2 = 0,3 mol Sơ đồ - OH  1/2 H2 0,3 mol 0,15mol V H2 = 0,15 . 22,4 = 3,36 lít Ví dụ 4 Hỗn hợp X gồm axit fomic, axit acrylic, axit oxalic, axit axetic.Cho m gam X phản ứng hết với dung dịch NaHCO3 thu được 1,344 lít CO2(đktc) . Đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 2,016 lít O2 (đktc) , thu được 4,84 gam CO2 và a gam H2O. Giá trị của a là: A 1,44 B 1,62 C 3,6 D 1,8 ( Đề khối A -2012) Giải: Sử dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố và phương pháp ghép ẩn Số mol HCOOH : x mol ; số mol C2H3COOH : y mol ; số mol CH3COOH: z mol Số mol HOOC-COOH : t mol + Axit đơn chức khi tác dụng với NaHCO3 thu được số mol CO2 = số mol axit phản ứng Axit 2 chức khi tác dụng với NaHCO3 thu được số mol CO2 =2 số mol axit phản ứng => Tổng số mol CO2 = x+ y+z+ 2t = 1,344/22,4=0,06 + Tổng số mol nguyên tử O trong các axit (theo số mol x, y z,t )= 2x + 2y+2z + 4t = 2.0,06=0,12 mol + Bảo toàn nguyên tố O đối với phản ứng cháy hỗn hợp các axit : Số mol nguyên tử O/ hh axit + số mol O phản ứng = số mol O/CO2 + số mol O/H2O 0,12 + 2,016.2/22,4 = 4,84.2/44 + a/18=> a = 1,44 gam Tóm lại: Để giải được các bài toán hữu cơ liên quan đến phản ứng cháy chúng ta cần : 1) Nhớ các công thức tính nhanh để sử dụng chúng khi cần.

<span class='text_page_counter'>(8)</span> 2) Nhớ công thức chung của các dãy đồng đẳng . Ví dụ nhớ công thức chung của dãy đồng đẳng => tỷ lệ số mol CO2 : H2O. Ngược lại từ tỷ lệ số mol CO2:H2O => công thức chung của dãy đồng đẳng. Các bài toán hỗn hợp khi tính các đại lượng chung nên sử dụng giá trị trung bình. 3) Nhớ sử dụng các phương pháp giải nhanh như : bảo toàn electron , bảo toàn khối lượng , bảo toàn nguyên tố , tăng giảm khối lượng , ghép ẩn , sơ đồ đường chéo … 4) Một bài toán có thể giải bằng cách kết hợp nhiều phương pháp giải nhanh. Trên đây là 1 số kinh nghiệm nhỏ của bản thân khi giải bài toán đốt cháy . Có thể còn những sai sót ngoài ý muốn rất mong sự trao đổi của đồng nghiệp và các em học sinh. Người viết Trần Thị Xuân.

<span class='text_page_counter'>(9)</span>