Chủ đề 3 TRƯỜNG THPT TÂN PHONG TỔ KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHUYÊN ĐỀ A MỞ ĐẦU Trong quá trình dạy học môn Hóa học, bài tập được xếp trong hệ thống phương pháp giảng dạy (phương pháp luyện tập), phương pháp n[.]
Trang 1A MỞ ĐẦU
Trong quá trình dạy học môn Hóa học, bài tập được xếp trong hệ thống phương pháp giảng dạy (phương pháp luyện tập), phương pháp này được coi là một trong các phương pháp quan trọng nhất để nâng cao chất lượng giảng dạy bộ môn Thông qua việc giải bài tập, giúp học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh, sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú trong học tập
Việc lựa chọn phương pháp thích hợp để giải bài tập lại càng có ý nghĩa quan trọng hơn Mỗi bài tập có thể có nhiều phương pháp giải khác nhau Nếu biết lựa chọn phương pháp hợp lý, sẽ giúp học sinh nắm vững hơn bản chất của các hiện tượng hoá học
B NỘI DUNG
I PHƯƠNG PHÁP VIẾT CÁC CÔNG THỨC CẤU TẠO CỦA ANKAN
VD 1:Viết các đồng phân có thể có của ankan có công thức C7H16
Giải:
Bước 1:
- Viết mạch C dưới dạng mạch thẳng n nguyên tử C Được đồng phân thứ nhất
C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C (1)
Bước 2.1:
- Bẻ 1 nguyên tử C ở mạch chính n nguyên tử C ở trên làm mạch nhánh Mạch chính bây giờ gồm m = n – 1 nguyên tử C
- Di chuyển mạch nhánh từ vị trí C2 đến vị trí Cn21
nếu ( n – 1) là số chẵn, đến vị trí C2n
nếu (n -1) là số lẻ để được các đồng phân tiếp theo
C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C (2)
C
C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C (3)
C
Bước 2.2:
- Tiếp tục bẻ 2 nguyên tử C để làm nhánh
Trang 2Mạch chính bây giờ gồm a = n – 2 nguyên tử C.
- Viết các đồng phân gồm hai nhánh mỗi nhánh gồm 1 nguyên tử C bằng cách cố định nhóm này di chuyển nhóm kia từ vị trí C2 đến vị trí Ca-1
C
C ─ C ─ C ─ C ─ C (4)
C C ─ C ─ C ─ C ─ C (5)
C C C ─ C ─ C ─ C ─ C (6)
C C - Di chuyển đồng thời hai nhánh cùng lúc cùng liên kết cùng 1 nguyên tử C từ vị trí C2 lần lượt đến vị trí C2anếu a là số chẵn, đến vị trí Ca21 nếu a là số lẻ
C
C ─ C ─ C ─ C ─ C (7)
C - Viết các đồng phân chỉ gồm 1 nhánh gồm 2 nguyên tử C làm nhánh bắt đầu từ vị trí C3 đến vị trí Ca-2 thì dừng lại để tránh trùng lặp
C ─ C ─ C ─ C ─ C (8)
C
C
- Để thực hiện được bước viết các đồng phân chỉ gồm 1 nhánh gồm p = 2, 3, 4…nguyên tử C làm nhánh bắt đầu từ vị trí Cp+1 đến vị trí Ca-p-1này đòi hỏi phân tử ban đầu phải có tối thiểu là 3p + 1 số nguyên tử C trong phân tử
Trang 3Bước 2.3:
- Bẻ 3 nguyên tử C để làm nhánh
- Mạch chính bây giờ gồm b = n – 3 nguyên tử C
- Vì số nguyên tử C trong phân tử C7H16 là 7 < 3 3 + 1 nên không thể viết các đồng phân chỉ gồm 1 nhánh gồm 3 nguyên tử C làm nhánh
- Viết các đồng phân gồm 3 nhánh mỗi nhánh gồm 1 nguyên tử C bằng cách
cố định nhóm này di chuyển nhóm kia từ vị trí C2 đến vị trí Ca-1
- Để thực hiện được bước viết các đồng phân gồm q = 2, 3, 4… nhánh mỗi nhánh gồm 1 nguyên tử C đòi hỏi phân tử ban đầu phải có tối thiểu là 2q + 1
số nguyên tử C trong phân tử
C
C ─ C ─ C ─ C (9)
`C C
- Để thực hiện được bước viết các đồng phân gồm q = 2, 3, 4……… nhánh liên kết với q nguyên tử C ở mạch chính mà mỗi nhánh gồm 1 nguyên
tử C đòi hỏi phân tử ban đầu phải có tối thiểu là 2q + 2 số nguyên tử C trong phân tử Phân tử C7H16 không thõa mãn điều kiện này nên nó chỉ có 9 đông phân
Bước 3: Điền H vào mạch C sao cho đúng hóa trị của các nguyên tố ta có được tất cả các đồng phân cần tìm
* VÍ DỤ ÁP DỤNG
Câu 1 Viết công thức cấu tạo các đồng phân ankan ứng với công thức phân
tử C5H12
Giải
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 pentan
CH3 – CH – CH2– CH3 2- metylbutan
CH3 (isopentan)
CH3
CH3 – CH – CH3 (2, 2- đimetyl propan)
CH3
Câu 2 Viết công thức cấu tạo các đồng phân ankan ứng với công thức phân
tử C4H10, C6H14, C8H18
II PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN PHẢN ỨNG CỘNG HIĐRO VÀO LIÊN KẾT PI CỦA ANKEN
Trang 4- Liên kết là liên kết kém bền vững, nên chúng dễ bị đứt ra để tạo thành liên kết với các nguyên tử khác Trong giới hạn của đề tài tôi chỉ đề cập đến phản ứng cộng hiđro vào liên kết của anken
- Khi có mặt chất xúc tác như Ni, ở nhiệt độ thích hợp, anken cộng hiđro vào liên kết pi
- Ta có sơ đồ sau:
+ Hỗn hợp khí X gồm 0
xuc tac
(an ken và hiđro) (ankan, an ken dư và hiđro dư)
- Phương trình hoá học của phản ứng tổng quát an ken CnH2n Với n≥ 2
CnH2n + H2 0
xuc tac
t CnH2n+2 [1] (CnH2n có 1 liên kết trong phân tử)
- Tuỳ vào hiệu suất của phản ứng mà hỗn hợp Y có anken dư hoặc hiđro dư hoặc cả hai còn dư
- Dựa vào phản ứng tổng quát [1] ta thấy.
- Trong phản ứng cộng H2, số mol khí sau phản ứng luôn giảm (nY < nX) và chính bằng số mol khí H2 phản ứng
H2 ph¶n øng
- Mặt khác, theo dịnh luật bảo toàn khối lượng thì khối lượng hỗn hợp X
bằng khối lượng hỗn hợp Y (m X = m Y)
X
Y
m
M
M
n
X/Y
n
- Hai hỗn hợp X và Y chứa cùng số mol C và H nên :
Trang 5+ Khi đốt chỏy hỗn hợp X hay hỗn hợp Y đều cho ta cỏc kết quả sau
nO
2 (đốt cháy X) =nO
2 (đốt cháy Y)
2 (đốt cháy X) =nCO2 (đốt cháy Y)
nH
2O(đốt cháy X) =nH2O(đốt cháy Y)
[4]
- Do đú thay vỡ tớnh toỏn trờn hỗn hợp Y (thường phức tạp hơn trờn hỗn hợp X) ta cú thể dựng phản ứng đốt chỏy hỗn hợp X để tớnh số mol cỏc chất như:
2 pu 2 2
+ Số mol hiđrocacbon trong X bằng số mol hiđrocacbon trong Y
hidrocacbon (X) = hidrocacbon (Y)
* Xột trường hợp hiđrocacbon trong X là anken
- Ta cú sơ đồ:
Hỗn hợ p khí X gồm
CnH2n
CnH2n+2
CnH2n d
H2 d xúc tác, t0
- Phương trỡnh hoỏ học của phản ứng
C n H 2n + H 2 0
xuc tac
Đặt nC Hn 2n = a; n = bH2
- Nếu phản ứng cộng H 2 hoàn toàn thỡ:
+ TH1: Hết anken, dư H 2
2 pu n 2n n 2n+2
n 2n +2 2 du
2 du
H
Vậy: n H (X) 2 = n Y [6]
Trang 6+ TH2: Hết H 2 , dư anken
2 n 2n pu n 2n+2
n 2n+2 n 2n du
n 2n du
C H
Vậy: n anken (X) = n (Y) [7]
+ TH3: Cả 2 đều hết
Vậy: n H (X) 2 = n anken (X) = n Y [8]
- Nếu phản ứng cộng hiđro không hoàn toàn thì còn lại cả hai
Nhận xét: Dù phản ứng xảy ra trong trường hợp nào đi nữa thì ta luôn có:
H2 ph¶n øng
n nanken ph¶n øng = nX - nY [9]
- Do đó khi bài toán cho số mol đầu n X và số mol cuối n Y ta sử dụng kêt quả này
để tính số mol anken phản ứng.
- Nếu 2 anken có số mol a, b cộng hiđro với cùng hiệu suất h, ta có thể thay thế
hỗn hợp hai anken bằng công thức tương đương:
0
Ni 2
n anken ph¶n øng = n
2 ph¶n øng (a+b).h
Chú ý: Không thể dùng phương pháp này nếu 2 anken không cộng H 2 với cùng hiệu suất
1 BÀI TẬP ÁP DỤNG
Bài 1: Hỗn hợp khí X chứa H2 và một anken Tỉ khối của X đối với H 2 là 9 Đun nóng nhẹ X có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp Y không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H 2 là 15 Công thức phân tử của anken là
Bài giải:
X
M = 9.2 = 18; MY = 15.2 = 30
Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br 2 nên trong Y không có anken
Trang 7Các yếu tố trong bài toán không phụ thuộc vào số mol cụ thể của mỗi chất vì số mol này sẽ bị triệt tiêu trong quá trình giải Vì vậy ta tự chọn lượng chất Để bài
toán trở nên đơn giản khi tính toán, ta chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (n X = 1 mol)m X = 18g
Dựa vào [3] và [6] ta có: Y 2
Y H (X)
n anken = 1- 0,6=0,4 mol
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: 14n × 0,4 + 2× 0,6 = 18 n = 3
CTPT : C 3 H 6 Chọn B
Bài 2: Hỗn hợp khí X chứa H2 và hai anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng Tỉ khối của X đối với H 2 là 8,4 Đun nóng nhẹ X có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp Y không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H 2 là 12 Công thức phân tử của hai anken và phần trăm thể tích của H 2 trong X là
A C2 H 4 và C 3 H 6 ; 70% B C3 H 6 và C 4 H 8 ; 30%
C C2 H 4 và C 3 H 6 ; 30% D C3 H 6 và C 4 H 8 ; 70%
Bài giải:
X
M = 8,4.2 = 16,8; MY = 12.2 = 24
Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br 2 nên trong Y không có anken
Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (n X = 1 mol)
m X = 16,8g
Dựa vào [3] và [6] ta có:
2
Y
Y H (X)
n 2 anken = 1- 0,7=0,3 mol
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X:
Ta có: 14n × 0,3 + 2× 0,7 = 16,8 3 n = 11 3,66 4
3
CTPT: C 3 H 6 và C 4 H 8 ;
2 (X)
H
100% 70%
1
Chọn D
Bài 3: (Đề TSCĐ năm 2009) Hỗn hợp khí X gồm H2 và C 2 H 4 có tỉ khối so với He
là 3,75 Dẫn X qua 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
Trang 8Bài giải:
X
M = 3,75.4 = 15; MY = 5.4 = 20
Tự chọn lượng chất, xem hỗn hợp X là 1 mol (n X = 1 mol)
Dựa vào [3] ta có: Y
Y
Áp dụng sơ đồ đường chéo :
a mol C2H4 (28)
M=15
b mol H2 (2)
15-2=13
28-15=13
a b
13
13 a=b=0,5 mol Dựa vào [9] ta có:
H2 ph¶n øng
n nanken ph¶n øng = nX - nY =1-0,75=0,25 mol
0,25
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
Bài giải:
X
M = 9,1.2 = 18,2; MY = 13.2 = 26
Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br 2 nên trong Y không có anken
Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol m X = 18,2gam
Dựa vào [3] và [6] ta có:
2
Y
Y H (X)
n anken = 1- 0,7=0,3 mol
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: 14n × 0,3 + 2× 0,7 = 18,2 n = 4
CTPT: C 4 H 8 Vì khi cộng HBr cho sản phẩm hữu cơ duy nhất nên chọn A.
Trang 92 MỘT SỐ BÀI TẬP TƯƠNG TỰ
a Tự luận
Bài 1: (Bài 6.10 trang 43 sách bài tập Hoá 11)
Hỗn hợp khí A chứa H2 và một anken Tỉ khối của A đối với H2 là 6,0 Đun nóng nhẹ A có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp B không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 8,0 Xác định công thức phân tử
và phần trăm thể tích từng chất trong hỗn hợp A và hỗn hợp B
ĐS: Hỗn hợp A: C3H6 (25,00%); H2 (75,00%)
Hỗn hợp B: C3H8 ( 33%); H2 (67%)
Bài 2: (Bài 6.11 trang 43 sách bài tập Hoá 11)
Hỗn hợp khí A chứa H2 và hai anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng Tỉ khối của A đối với H2 là 8,26 Đun nóng nhẹ A có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp B không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 11,80 Xác định công thức phân tử và phần trăm thể tích của từng chất trong hỗn hợp A và hỗn hợp B
ĐS: Hỗn hợp A: C3H6 (12%); C4H8 (18%); H2 (17%)
Hỗn hợp B: C3H8 (17%); C4H10 (26%); H2 (57%)
Bài 3: Cho hỗn hợp X gồm etilen và H2 có tỉ khối so với H2 bằng 4,25 Dẫn
X qua bột Ni nung nóng (hiệu suất phản ứng hiđro hoá anken bằng 75%), thu được hỗn hợp Y Tính tỉ khối của Y so với H2 Các thể tích khí đo ở đktc
ĐS: dY/H2 = 5,23
b Trắc nghệm
Bài 4: Cho 22,4 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm CH4, C2H4, C2H2 và H2 có tỉ khối đối với H2 là 7,3 đi chậm qua ống sứ đựng bột Niken nung nóng ta thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối đối với H2 là 73/6 Cho hỗn hợp khí Y di chậm qua bình nước Brom dư ta thấy có 10,08 lít (đktc) khí Z thoát ra có tỉ khối đối với H2 bằng 12 thì khối lượng bình đựng Brom đã tăng thêm
Bài 5: Cho 22,4 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm CH4, C2H4, C2H2 và H2 có tỉ
Trang 10được hỗn hợp khí Y có tỉ khối đối với H2 là 73/6 Khối lượng hỗn hợp khí Y là
Bài 6: Một hỗn hợp khí X gồm Ankin A và H2 có thể tích 15,68 lít Cho X qua Ni nung nóng, phản ứng hoàn toàn cho ra hỗn hợp khí Y có thể tích 6,72 lít (trong Y có H2 dư) Thể tích của A trong X và thể tích của H2 dư lần lượt
là (các thể tích đo ở điều kiện tiêu chuẩn)
C KẾT LUẬN
Trên đây là những hướng dẫn mang tính định hướng để các em học sinh lớp 11 tìm thấy hướng đi trong các bài tập viết đồng phân của các ankan trong hợp chất hữu cơ
Trong quá trình thực hiện chuyên đề này tôi nhận thấy, vận dụng được phương pháp này đối với bài toán cộng hiđro vào liên kết pi của anken sẽ giúp cho quá trình giảng dạy và học tập môn hoá học được thuận lợi hơn rất nhiều bởi trong quá trình giải toán ta không cần phải lập các phương trình toán học (vốn là điểm yếu của học sinh) mà vẫn nhanh chóng tìm ra kết quả đúng, đặc biệt là dạng câu hỏi TNKQ mà dạng toán này đặt ra
Ngoài việc vận dụng phương pháp giải trên học sinh cần có những tư duy hoá học cần thiết khác như vận dụng nhuần nhuyễn các định luật hoá học, biết phân tích hệ số cân bằng của các phản ứng và ứng dụng nó trong việc giải nhanh các bài toán hoá học thì mơí giúp ta dễ dàng đi đến kết quả một cách ngắn nhất
Khi việc kiểm tra, đánh giá học sinh chuyển sang hình thức kiểm tra TNKQ, tôi nhận thấy, trong quá trình tự học, học sinh tự tìm tòi, phát hiện được nhiều phương pháp khác nhau trong giải bài tập hoá học Giúp cho niềm hứng thú, say mê trong học tập của học sinh càng được phát huy
Trang 11Chân thành cảm ơn !
Người thực hiện
Lâm Văn Thạch