Toán tổng hợp, phức tạp

       Toán tổng hợp, phức tạp

Nguyên tắc :

- Căn cứ từng cách giải về từng dạng bài tập : xác định CTPT, CTCT, tính thành phần %…để đi giải từng phần.

- Căn cứ vào số mol CO2 và H2O của phản ứng cháy.

+ Hỗn hợp ankan và anken => n CO2 > n H2O

n H2O – n CO2 = nankan

+ Hỗn hợp anken và ankin => n CO2 < n H2O

n H2O – n CO2 = nankin

+ Hỗn hợp anken và ankin

nankan = nankin ,   n CO2 = n H2O

nankan > nankin ,   n CO2 < n H2O

nankan < nankin ,   n CO2 > n H2O

-          Phản ứng cộng H2 :

anken + H2 → ankan

ankin + H2 → anken + ankan

Cách giải một bài toán hóa có nhiều vấn đề phức tạp :

-          Lập sơ đồ, ghi vắn tắt nhưng đầy đủ số liệu và dữ kiện đã cho, ghi vấn đề cần tìm.

-          Nhìn vào sơ đồ, trình bày lại cho thông suốt nội dung bài toán.

-           Phân tích nội dung đề qua từng giai đoạn trên sơ đồ. Nhận biết chất nào còn, chất nào hết sau mỗi phản ứng hóa học kết thúc hoặc đặt tình trạng nghi ngờ.

+ Đôi khi dữ kiện cho ở cuối bài toán giúp xác định được sự kiện xảy ra trong các phản ứng hóa học ở trước.

+ Đối với phản ứng hóa học hữu cơ, nếu đề bài không cho không được xem phản ứng có hiệu suất 100%.

-          Viết phương trình phản ứng xảy ra theo từng giai đoạn.

-          Đặt ẩn số cho vấn đề cần tìm và ẩn số trung gian. Xây dựng các phương trình đại số bằng cách dựa vào dữ kiện đã cho và các phương trình hóa học xảy ra. Cần lưu ý :

+ Phân tử lượng của một chất.

+ Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp.

+ Tỉ khối hơi của chất khí và của một hỗn hợp khí.

+ Phương trình trạng thái đối với một khối lượng khí không thay đổi.

+ Phương trình Claperon – Mendeleep đối với một khối lượng khí thay đổi.

+ Định luật bảo toàn khối lượng.

+ Nồng độ % và nồng độ mol/l của dd.

+Giải hệ phương trình đại số để tìm nghiệm.

(*) Lưu ý điều kiện của bài toán.

Xác định CTPT dựa vào phương pháp biện luận

Phương pháp biện luận

Dựa vào giới hạn xác định CTPT của một hydrocacbon:

Khi số phương trình đại số thiết lập được ít hơn số cần tìm, có thể biện luận dựa vào giới hạn:

 CXHY thì: y ≤ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương; x ≥ 1, nguyên.

Nếu không biện luận được hay biện luận khó khăn có thể dùng bảng giá trị số để tìm kết quả.

Điều kiện biện luận chủ yếu của loại toán này là: hóa trị các nguyên tố. Phương pháp biện luận trình bày ở trên có thể áp dụng để xác định CTPT của một chất hoặc nếu nằm trong 1 hỗn hợp thì phải biết CTPT của chất kia.

Biện luận theo phương pháp ghép ẩn số để xác định CTPT của một hydrocacbon:

a)Các bước cơ bản:

Bước 1 : Đặt số mol các chất trong hỗn hợp là ẩn số.

Bước 2 : Ứng với mỗi dữ kiện của bài toán ta lập một phương trình toán học.

Bước 3 : Sau đó ghép các ẩn số lại rút ra hệ phương trình toán học. Chẳng hạn:

a + b = P (với a, b là số mol 2 chất thành phần)

            an + bm = Q (với n, m là số C của 2 hydrocacbon thành phần)

Bước 4 :  Để có thể xác định m, n rồi suy ra CTPT các chất hữu cơ thành phần, có thể áp dụng tính chất bất đẳng thức:

Giả sử : n < m thì n(x + y) < nx + my < m(x + y)

           

            Hoặc từ mối liên hệ n,m lập bảng giá trị số biện luận.

Nếu A, B thuộc hai dãy đồng đẳng khác nhau ta phải tìm x, y rồi thế vào phương trình nx + my = Q để xác định m,n CTPT.

Một số phương pháp biện luận xác định dãy đồng đẳng và CTPT hydrocacbon:

v     Cách 1 : Dựa vào phản ứng cháy của hydrocacbon, so sánh số mol CO2 và số mol H2O. Nếu đốt 1 hydrocacbon (A) mà tìm được :

v     Cách 2 : Dựa vào CTTQ của hydrocacbon A :

  • Bước 1 : Đặt CTTQ  của hydrocacbon là :

CnH2n+2-2k (ở đây k là số liên kết љ hoặc dạng mạch vòng hoặc cả 2 trong CTCT A).

Điều kiện k ≥ 0, nguyên. Nếu xác định được k thì xác định được dãy đồng đẳng của A.

-          k = 0  A thuộc dãy đồng đẳng ankan

-          k = 1  A thuộc dãy đồng đẳng anken

-          k = 2  A thuộc dãy đồng đẳng ankin hay ankadien

Để chứng minh hai ankan A, B thuộc cùng dãy đồng đẳng, ta đặt A : CnH2n+2-2k ; B : CmH2m+2-2k’. Nếu tìm được k = k’ thì  A, B cùng dãy đồng đẳng.

  • Bước 2 : Sau khi biết được A, B thuộc cùng dã đồng đẳng, ta đặt CTTQ của A là CxHy. Vì B là đồng đẳng của A; B hơn  A n nhóm –CH2- thì CTTQ của B : CxHy(CH2)n hay Cx+nHy+2n.
  • Bước 3 : Dựa vào phương trình phản ứng cháy của A, B, dựa vào lượng CO2, H2O, O2 hoặc số mol hỗn hợp thiết lập hệ phương trình toán học, rồi giải suy ra x, y, n → Xác định được CTPT A, B.

v     Cách 3 : Dựa vào khái niệm dãy đồng đẳng rút ra nhận xét :

-          Các chất đồng đẳng kế tiếp nhau có khối lượng phân tử lập thành một cấp số cộng công sai d = 14.

-          Có một dãy n số hạng M1, M2…., Mn lập thành một cấp số cộng công sai d thì ta có

+ Số hạng cuối Mn = M1 + (n-1)d

+ Tổng số hạng

+ Tìm M1,…, Mn suy ra các chất

Trong một bài toán thường phải kết hợp nhiều phương pháp.

Ví dụ :

Đốt cháy một hỗn hợp gồm 2 hydrocacbon A, B (có M hơn kém nhau 28gam) thì thu được 0,3 mol CO2 và 0,5 mol H2O. Tìm CTPT & tên A, B

GIẢI :

            Hydrocacbon A, B có M hơn kém nhau 28g A, B thuộc cùng dãy đồng đẳng.

Cách 1 :

Xác định CTPT dựa vào phương pháp giá trị trung bình

    Phương pháp giá trị trung bình (xác định CTPT của hai hay nhiều chất hữu cơ trong hỗn hợp):

            Là phương pháp chuyển hỗn hợp nhiều giá trị về một giá trị tương đương, nhiều chất về một chất tương đương.

v     Đặc điểm:

Phương pháp giá trị trung bình được dùng nhiều trong hóa hữu cơ khi giải bài toán về các chất cùng dãy đồng đẳng. Một phần bản chất của giá trị trung bình được đề cập đến ở việc tính phần trăm đơn vị và khối lượng hỗn hợp khí trong bài toán tỉ khối hơi ở chương đầu lớp 10. Do đó, học sinh dễ dàng lĩnh hội phương pháp này để xác định CTPT của hai hay nhiều chất hữu cơ trong hỗn hợp.

Phương pháp khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp ( )

            Chất tương đương có khối lượng mol phân tử   là khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp. Các bước giải :

Bước cơ bản : Xác định CTTQ của hai chất hữu cơ A, B

Bước 1 : Xác định CTTB của hai chất hữu cơ A, B trong hỗn hợp

Bước 2 : Tìm  qua các công thức sau :

 

Bước 3 : Biện luận tìm MA, MB hợp lý => CTPT đúng của A và B

Phạm vi ứng dụng: sử dụng có lợi nhiều đối với hỗn hợp các chất cùng dãy đồng đẳng

Phương pháp CTPT trung bình của hỗn hợp:

v                 Phạm vi ứng dụng : Khi có hỗn hợp gồm nhiều chất, cùng tác dụng với một chất khác mà phương trình phản ứng tương tự nhau (sản phẩm, tỉ lệ mol giữa nguyên liệu và sản phẩm, hiệu suất, phản ứng tương tự nhau), có thể thay thế hỗn hợp bằng một chất tương đương, có số mol bằng tổng số mol của hỗn hợp. Công thức của chất tương đương gọi là CTPT trung bình.

v     Phương pháp giải :

v     Một số lưu ý:

1)Nếu bài cho 2 chất hữu cơ A, B là đồng đẳng liên tiếp thì : m = n + 1 (ở đây n, m là số C trong phân tử A, B).

2)Nếu bài cho 2 chất hữu cơ A, B hơn kém nhau k nguyên tử C thì m = n + k.

3)Nếu bài cho 2 chất hữu cơ A, B cách nhau k nguyên tử C thì : m = n + (k+1).

4)Nếu bài cho anken, ankin thì n, m ≥ 2.

5)Nếu bài toán cho A, B là hydrocacbon ở thể khí trong điều kiện thường (hay điều kiện tiêu chuẩn) thì n, m ≤ 4.

v     Bài toán ví dụ :

Đốt cháy hoàn toàn 19,2gam hỗn hợp 2 ankan liên tiếp thu được 14,56 lit CO2 (ở O0C, 2 atm). Tìm CTPT 2 ankan.

GIẢI :

                       

nCO2 = an + bm = 1,3                                   (1)                  

mhh = (14n + 2)a + (14m + 2)b = 19,2

14(bm + an) + 2(a+b) = 19,2                  (2)

Từ (1), (2) suy ra : a + b = 0,5 = nhh

= mhh/nhh = 19,2/0,5 = 38,4

MA < 38,5 < MB = MA + 14

Vậy    A: C2H6 và B:C3H8

Xác định CTPT dựa vào phương pháp thể tích

        Phương pháp thể tích (phương pháp khí nhiên kế):

v     Phạm vi ứng dụng : Dùng để xác định CTPT của các chất hữu cơ ở thể khí hay ở thể lỏng dễ bay hơi. 

v     Cơ sở khoa học của phương pháp : Trong một phương trình phản ứng có các chất khí tham gia và tạo thành (ở cùng điểu kiện nhiệt độ, áp suất) hệ số đặt trước công thức của các chất không những cho biết tỉ lệ số mol mà còn cho biết tỉ lệ thể tích của chúng. 

Phương pháp giải

Bước 1 : Tính thể tích các khí VA, VO2, VCO2, VH2O (hơi)…

Bước 2 : Viết và cân bằng phương trình phản ứng cháy của hydrocacbon A dưới dạng CTTQ CXHY

Bước 3 : Lập các tỉ lệ thể tích để tính x,y

Cách khác : Sau khi thực hiện bước 1 có thể làm theo cách khác:

-Lập tỉ lệ thể tích VA : VB : VCO2 : VH2O rồi đưa về tỉ lệ số nguyên tối giản m:n:p:q.

-Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ A dưới dạng:

            mCXHY + nCO2 =>pCO2 + qH2O

-Dùng định luật bảo toàn nguyên tố để cân bằng phương trình phản ứng cháy sẽ tìm được x và y => CTPT A

* Một số lưu ý :

-Nếu VCO2 : VH2O = 1 : 1 => C : H = nC : nH = 1 : 2-Nếu đề toán cho oxi ban đầu dư thì sau khi bật tia lửa điện và làm lạnh (ngưng tụ hơi nước) thì trong khí nhiên kế có CO2 và O2 còn dư. Bài toán lý luận theo CXHY.

-Nếu đề toán cho VCxHy = VO2 thì sau khi bật tia lửa điện và làm lạnh thì trong khí nhiên kế có CO2 và CXHY dư. Bài toán luận theo oxi.

-Khi đốt cháy hay oxi hóa hoàn toàn một hydrocacbon mà giả thiết không xác định rõ sản phẩm, thì các nguyên tố trong hydrocacbon sẽ chuyển thành oxit bền tương ứng trừ:

N2→ khí N2

Halogen→khí X2 hay HX (tùy bài)

Bài tập ví dụ

Ví dụ:Trộn 0,51 lit hỗn hợp C gồm hydrocacbon A và CO2 với 2,5 lit O2 rồi cho vào khí nhiên kế đốt cháy thì thu được 3,4 lit khí, làm lạnh chỉ còn 1,8 lit. Cho hỗn hợp qua tiếp dung dịch KOH (đặc) chỉ còn 0,5 lit khí. Các V khí đo cùng điều kiện. Tìm CTPT của hydrocacbon A.

Tóm tắt đề :

 

Xác định CTPT dựa vào phản ứng cháy

Phương pháp dựa vào phản ứng cháy :

Dấu hiệu nhận biết bài toán dạng này : đề bài đốt cháy một chất hữu cơ có đề cập đến khối lượng chất đem đốt hoặc khối lượng các chất sản phẩm (CO2, H2O) một cách trực tiếp hoặc gián tiếp (tức tìm được khối lượng CO2, H2O sau một phản ứng trung gian).

1)    Phương pháp giải:

Bước 1 : Tính MA

Bước 2 : Đặt A : CXHY

*Viết phương trình phản ứng cháy.

Từ đó suy ra CTPT A

Một số lưu ý :

1)Nếu đề bài cho : oxi hóa hoàn toàn một chất hữu cơ A thì có nghĩa là đốt cháy hoàn toàn chất hữu cơ A  thành CO2 và H2O.2)Oxi hóa chất hữu cơ A bằng CuO thì khối lượng oxi tham gia phản ứng đúng bằng độ giảm khối lượng a(g) của bình đựng CuO sau phản ứng oxi hóa. Thông thường trong bài toán cho lượng oxi tham gia phản ứng cháy, để tìm khối lượng chất hữu cơ A nên chú ý đến định luật bảo toàn khối lượng

                                mA + a = mCO2 + mH2O

3)Sản phẩm cháy (CO2, H2O) thường được cho qua các bình các chất hấp thụ chúng.

4)Bình đựng CaCl2 (khan), CuSO4 (khan), H2SO4 đặc, P2O5, dung dịch kiềm,…hấp thụ nước.

Bình đựng các dung dịch kiềm…hấp thụ CO2.

Bình đựng P trắng hấp thụ O2.

5)Độ tăng khối lượng các bình chính là khối lượng các chất mà bình đã hấp thụ.

6)Nếu bài toán cho CO2 phản ứng với dung dịch kiềm thì nên chú ý đến muối tạo thành để xác định chính xác lượng CO2.

7)Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ với oxi nên để oxi lại cân bằng sau từ vế sau đến vế trước. Các nguyên tố còn lại nên cân bằng trước, từ vế trước ra vế sau phương trình phản ứng.

2)    Bài tập ví dụ :

Ví dụ 1 :Đốt cháy hoàn toàn 0,58g một hydrocacbon A được 1,76g CO2 và 0,9g H2O. Biết A có khối lượng riêng DA ≈2,59g/l. Tìm CTPT A

Tóm tắt :

0,58g X + O2 → (1,76g CO2; 0,9g H2O)

DA  2,59g/l. Tìm CTPT A ?

GIẢI :

*Tìm MA :

Biết DA => MA = 22,4.2,59 = 58

*Viết phương trình phản ứng cháy, lập tỉ lệ để tìm x,y.

=>x = 4

    y = 10

Vậy CTPT A : C4H10

Ví dụ 2 : Khi đốt cháy hoàn toàn 0,42g một hydrocacbon X thu toàn bộ sản phẩm qua bình 1 đựng H2SO4 đặc, bình 2 đựng KOH dư. Kết quả, bình 1 tăng 0,54g; bình 2 tăng 1,32g. Biết rằng khi hóa hơi 0,42g X chiếm thể tích bằng thể tích của 1,192g O2 ở cùng điều kiện. Tìm CTPT của X.

Tóm tắt đề :

Tìm CTPT X ?

GIẢI :

*Tính MX :

0,42g X có VX = VO2 của 0,192g O2 (cùng điều kiện)

Ta có :

                            

Đề bài cho khối lượng CO2, H2O gián tiếp qua các phản ứng trung gian ta phải tìm khối lượng CO2, H2O

*Tìm mCO2, mH2O :

-Bình 1 đựng dd H2SO sẽ hấp thụ H2O do đó độ tăng khối lượng bình 1 chính là khối lượng của H2O :

          ∆m1 = mH2O = 0,54g             (2)

-Bình 2 đựng dd KOH dư sẽ hấp thụ CO2 do đó độ tăng khối lượng bình 2 chính là khối lượng của CO2 :

          ∆m2 = mCO2 = 1,32g            (3)

=>x = 5

    y = 10

Vậy CTPT X : C5H10 (M = 70đvC)

Xác định CTPT dựa vào khối lượng

BÀI TOÁN LẬP CTPT HYDROCACBON

I Phương pháp khối lượng hay % khối lượng.

1)    Phương pháp giải :

Bước 1 : Tìm MA : tùy theo giả thiết đề bài cho mà sử dụng các cách tính sau để tìm MA. Tìm MA dựa trên các khái niệm cơ bản,các định luật cơ bản. Có nhiều cách để tìm khối lượng phân tử, tùy từng giả thiết đề bài cho mà dùng cách tính thích hợp.

1, Dựa vào khối lượng riêng DA (đktc)

=>MA = 22,4 . DA với DA đơn vị g/l

2,  Dựa vào tỉ khối hơi của chất hữu cơ A

          MA = MB . dA/B

          MA = 29 . DA/KK

3, Dựa vào khối lượng (mA) của một thể tích VA khí A ở đktc

          MA = (22,4 . mA)/VA

          mA: khối lượng khí A chiếm thể tích VA ở đktc

4, Dựa vào biểu thức phương trình Mendeleep – Claperon:

          Cho MA (g) chất hữu cơ A hóa hơi chiếm thể tích VA (lit) ở nhiệt độ T=t+273 (0K) và áp suất P(atm)

          

5, Dựa vào định luật Avogadro:

Định luật : Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, mọi thể tích khí bằng nhau đều chứa cùng một số phân tử khí.

Bước 2 : Đặt CTPT chất  A: CXHY

 Xác định thành phần các nguyên tố trong hydrocacbon.

Cách 1 : Dùng khi đề bài

-          Không cho khối lượng hydrocacbon đem đốt cháy

-          Tính được mC, mH từ mCO2, mH2O     

*Tính khối lượng các nguyên tố có trong A và mA (g) chất A. 

-

=> CTTN : (CαHβ)n

-Xác định n: biện luận từ CTTN để suy ra CTPT đúng của A :

          y≤ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ≥ 1, nguyên dương.

=>Từ đó xác định được CTPT đúng của chất hữu cơ A.

Lưu ý: Khi bài toán yêu cầu xác định CTĐG nhất của chất hữu cơ A (hay CTN của A) hoặc khi đề không cho dữ kiện để tìm MA thì ta làm theo cách trên.

2)    Các ví dụ :

Ví dụ 1:Một hydrocacbon A có thành phần nguyên tố: %C = 84,21; %H = 15,79; Tỉ khối hơi đối với không khí bằng dA/KK = 3,93. Xác định CTPT của A

Giải :

Bước 1 : Tính MA:

Biết dA/KK => MA = MKK. dA/KK = 29.3,93 = 114

Bước 2 : Đặt A : CXHY

Suy ra CTPT A : C8H18

Ví dụ 2 :Một hydrocacbon A ở thể khí có thể tích gấp 4 lần thể tích của lưu huỳnh đioxit có khối lượng tương đương trong cùng điều kiện. Sản phẩm cháy của A dẫn qua bình đựng nước vôi trong dư thì có 1g kết tủa đồng thời khối lượng bình tăng 0,8g. Tìm CTPT A.

Giải :

*Tìm MA :

1VA = 4VSO2(ở cùng điều kiện)

=>nA = 4nSO2

Cách 1 : giải theo phương pháp khối lượng hay % khối lượng :

Đặt  A : CXHY

Bình đựng Ca(OH)2 hấp thụ CO2 và H2O

                   Ca(OH)2 + CO2 => CaCO3 ↓ + H2O

m↓ = mCaCO3 = 1g

nCO2 = nCaCO3 = 1/100 = 0,01mol

=>nC = nCO2 = 0,01 mol => mC = 12.0,01 = 0,12g

                                      mCO2 = 0,01.44 = 0,44g

∆mbinh = mCO2 + mH2O

          =>mH2O = 0,8-0,44 = 0,36g

Vậy CTPT của A : CH4

Cách 2 : Biện luận dựa vào điều kiện y ≤ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ≥ 1, nguyên => x = 1 và y = 4 => CTPT A.

So sánh và giải thích

BÀI TẬP SO SÁNH GIẢI THÍCH CẤU TẠO, TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA CÁC HYDROCACBON

v    Nguyên tắc : Dựa vào sự so sánh về đặc điểm cấu tạo các chất rồi suy ra tính chất hóa học của các chất đó.

v    Bài tập ví dụ :

 So sánh phản ứng trùng hợp và phản ứng cộng.

GIẢI :

*Giống nhau : Đều là phản ứng cộng hợp các phân tử nhỏ thành một phân tử mới.

*Khác nhau :

Phản ứng cộng : Chỉ đơn thuần cộng 2 phân tử nhỏ (monome) thành một phân tử mới cũng là monome. Chỉ cần một trong hai monome ban đầu có ít nhất một liên kết π trong phân tử.

Phản ứng trùng hợp : Không chỉ cộng 2 mà cộng nhiều phân tử giống nhau hoặc tương tự nhau thành một phân tử mới có khối lượng và kích thước rất lớn gọi là những polime.

Các monome tham gia phản ứng trùng hợp nhất thiết phải có ít nhất một  liên kết π trong phân tử.

v    Bài tập tương tự :

1)Giải thích quy tắc cộng Maccopnhicop? Minh họa bằng ví dụ cụ thể.

2) Giải thích tại sao độ dài liên kết C-C trong buta-1,3-dien chỉ bằng 1,46A0 ngắn hơn liên kết đơn C-C bình thường?

3)Tại sao khi nhiệt phân muối axetat với xút để điều chế ankan tương ứng lại phải dùng xúc tác CaO,t0?

4)So sánh nhiệt độ dôi của các hydrocacbon

a)Khi khối lượng phân tử tăng dần?

b)Có cùng CTPT nhưng khác nhau dạng khung Cacbon?

5)Khi thực hiện phản ứng phân hủy ankan bởi nhiệt lại được tiến hành ở nhiệt độ trên 10000C tại sao lại nhấn mạnh trong điều kiện không có không khí?

6)So sánh khả năng tham gia phản ứng thế của các halogen Flo, Clo, Brom, Ido với các ankan?

7)Tại sao cao su khi cháy lại có nhiểu khói đen? Làm thế nào để khói đen ít lại?

8)Trong phản ứng điều chế axetilen từ metan được tiến hành ở nhiệt độ 1500OC còn ghi kèm điều kiện làm lạnh nhanh?

9)So sánh cao su thường và cao su lưu hóa về thành phần, độ bền, ứng dụng?

10)Giải thích vì sao cao su tổng hợp có tính đàn hồi kém cao su thiên nhiên?

11)Phân biệt các khái niệm :

a)CTN, CTĐG, CTPT và CTCT.

b)Liên kết , . Lấy propen làm ví dụ

c)Đồng đẳng, đồng phân là gì? Nêu các loại đồng phân, cho ví dụ?

d)Có thể coi nguyên tử Br trong phân tử CnH2n+1 Br là một nhóm chức được không? Tại sao?

Theo dõi

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 58 other followers