Phương pháp 1 Phương pháp số đếm Trong các kì thi vào đại học và cao đẳng, các bạn thường xuyên gặp một số bài hóa hữu cơ có cách giải rất đặc biệt, đòi hỏi các bạn phải nắm vững được công thức cấu tạ[.]
Trang 1Phương pháp 1: Phương pháp số đếm
Trong các kì thi vào đại học và cao đẳng, các bạn thường xuyên gặp một số bài hóa hữu
cơ có cách giải rất đặc biệt, đòi hỏi các bạn phải nắm vững được công thức cấu tạo của các chất hữu cơ, cũng như nắm vững được tính chất của các chất hữu cơ mới có thể giải
ra được đáp án Tuy nhiên, các bạn cũng sẽ thấy các bài toán trên có thể được giải theo cách hoàn toàn mới sau đây
Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn 3,42 gam hỗn hợp gồm axit acrylic, vinyl axetat, metyl acrylat
và axit oleic, rồi hấp thụ hoàn toàn các sản phẩm cháy vào dung dịch a( ) dư Sau phản ứng thu được 18 gam kết tủa và dung dịch X Khối lượng dung dịch X so với khối lượng dung dịch a( ) ban đầu đã thay đổi như thế nào
Câu 1- Đại học A 2011- Mã đề 482
Bài làm
Do a( ) dư n n ,1 mol
Axit acrylic:
Vinyl axetat:
Metyl acrylat:
it oleic:
* Nhận xét: Ta bỏ đi hai chất là axit oleic và metyl acrylat hh chỉ còn axit acrylic và vinyl axetat
Đặt số mol của axit acrylic và vinyl axetat lần lượt là a và b mol
n a b ,1 mol (1)
m m m ( )a ( )b a b
, gam ( )
T (1)và ( )ta có: { a , mol b , mol
n n n a b ( , ) , ,1 mol
m đổ m m m ,1 ,1 1 1 , gam
dd đã giảm đi , gam
Trang 2Bài 2: Hỗn hợp khí X gồm etilen, metan, propin và vinyl axetilen có tỉ khối so với là
1 Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol hỗn hợp X rồi hấp thụ hoàn toàn sản phẩm cháy vào bình đựng dung dịch a( ) dư thì thấy khối lượng bình tăng thêm m gam Tìm m Câu 35- Đại học B 2011- Mã đề 153
Bài làm
M 1 M 1
tilen:
Metan:
Propin:
inyl a etilen:
* Nhận xét: Ta bỏ đi hai chất cuối cùng hhX chỉ còn có etilen và metan
Đặt số mol của etilen và metan lần lượt là a và b mol
Ta có: M (m m )
n
a 1 b
a b (1)
Ta có: a b n , mol ( )
T (1) và ( ) { b , mol a , mol
n a b ( , ) 1 ( , ) ,1 mol
n a b ( , ) ( , ) ,1 mol
m ì đổ m m ,1 ,1.1 , gam
Bài 3: Hỗn hợp X gồm axit fomic, axit acrylic, axit oxalic và axit axetic Cho m gam X phản ứng hết với dd a thu được 1,344 lít khí (đktc) Đốt cháy hoàn toàn m gam X cần , 1 l t kh (đktc), thu được 4,84 gam và m gam nước Giá trị của a là:
Câu 14- Đại học A 2012- Mã đề 296
Bài làm
n ( ) 1,
, , mol
, , mol
n ( ) ,
,11 mol
Trang 3it fomic:
it acrylic:
it o alic
it a etic:
* Nhận xét: Ta bỏ đi a it acrylic hh X chỉ còn axit fomic, axit oxalic và axit axetic
Đặt số mol của axit fomic, axit oxalic và axit axetic lần lượt là a, b, c mol
Ta có: n ( ) n a b c , mol (1)
Ta có: n (1 ) a ( ) b ( ) c , a , b c
, mol ( )
Ta có: n ( ) a b c ,11 mol ( )
T (1), ( ), ( ) Ta có: { a , mol b , mol
c , mol
n a b c , , , , mol m m , 1
1, gam Bài 4:
Cho hỗn hợp X gồm ancol metylic, etilen glicol và gli erol Đốt cháy hoàn toàn m gam X
ta thu được 6,72 lít khí (đktc) ũng m gam X nói trên tác dụng với a thu được tối
đa l t kh hidro (đktc) Tìm
Câu 15- Đại học B 2012- Mã đề 359
Bài làm
n ,
, , mol
* Nhận xét: ta bỏ đi chất cuối hh X chỉ có ancol metylic
Ta có: n n , mol n 1 n 1 , ,1 mol
,1 , , l t Bài 5: Hỗn hợp X gồm hidro, propen, a it acrylic, ancol anlylic Đốt cháy hoàn toàn 0,75 mol , thu được 30,24 lít khí (đktc) Đun nóng với bột Ni một thời gian, thu được
Trang 4hỗn hợp Y Tỉ khối hơi của Y so với X bằng 1,25 Cho 0,1 mol Y tác dụng v a đủ với V lít
dd Brom 0,1 M Tìm V
n ,
, 1, mol
Propen:
it acrylic:
ncol anlylic:
M
( m n ) m n
n n
,
n 1, n
,
1, , mol
* Nhận xét: Ta bỏ đi chất cuối hh X chỉ còn 2 chất là hidro và propen
Đặt số mol của hidro và propen lần lượt là a và b mol
Ta có: n a b , mol (1)
n a b 1, mol ( )
T (1)và ( )ta có: { b , mol a , mol
mol mol mol
n , mol (a ) (b ) a b , ,1 mol
n n ư b , ,1 , mol
ì , mol Pư với , mol r ,1 mol Pư với , , mol r ,
,1 , l t
* Có thể các bạn cho rằng:
(1) Cách làm trên chỉ là may mắn, và chẳng có một chút cơ sở nào hết, hoàn toàn là ngẫu hứng
(2) Bạn có thể làm dễ dàng các bài toán trên bằng phương pháp khác, chuẩn ác hơn và
có định hướng hơn nhiều
Có thể là bạn đúng, nhưng trước khi nhận ét như trên, in mời các bạn giải quyết bài toán sau đây theo cách khác, chuẩn ác hơn và có định hướng hơn của các bạn
Trang 5Bài 6: Đốt cháy hoàn toàn 122,6 gam hỗn hợp X gồm anđehit acrylic, , , và
a it a etic thu được 5,9 mol và y mol nước Tìm y
Bài làm
nđehit acrylic:
it a etic:
ỗn hợp gồm: , , và
* Nhận xét: bài toán trên có lẽ sẽ gây khó khăn đối với bạn, vì bạn khó có thể tìm ra được mối liên hệ giữa các chất để có thể giải được bài toán hưng bạn nghĩ sao với cách giải sau: Ta sẽ bỏ đi chất ở giữa hỗn hợp X chỉ có và
Đặt số mol của anđehit acrylic và axit axetic lần lượt là a và b mol
Ta có: n a b , mol ( )
T (1)và ( )ta có: { b , mol n a 1, mol a b .1, , , mol y
, mol
* hư vậy, phương pháp trên là khá hiệu quả, đơn giản, dễ thực hiện, nhưng liệu rằng phương pháp trên có phải do ăn may hay không? phương pháp trên dùng được khi nào? không dùng được khi nào? liệu rằng phương pháp trên có hoàn toàn ch nh ác hay không? Đó không phải là những câu hỏi dễ trả lời Để giải đáp những vướng mắc trên và
để tìm hiểu tỉ mỉ phương pháp " số đếm" một phương pháp đóng vai trò như kim chỉ nam của các phương pháp khác in mời các bạn đọc tiếp phần bình luận và suy diễn sau đây
ơ sở của phương pháp số đếm
Trang 6Bài 12: Andehit và xeton
12.1 Định nghĩa
- Andehit là các hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm liên kết trực tiếp với nguyên tử C hoặc nguyên tử H
- Xeton là các hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm liên kết trực tiếp với hai nguyên tử cacbon 12.2 Cấu trúc của nhóm -C=O
* Chú ý:
+ Cả andehit và xeton đều có chứa nhóm ; chỉ khác là andehit có nguyên tử C trong nhóm liên kết với 1 nguyên tử H hoặc liên kết với 1 nguyên tử C trong khi xeton lại có nguyên tử C trong nhóm liên kết với 2 nguyên tử C
+ Nhóm được gọi là nhóm cacbonyl
- Cấu trúc của nhóm cacbonyl
Nhóm cacbonyl chứa 1 liên kết đôi giữa 1 nguyên tử C và 1 nguyên tử O (về bản chất, liên kết đôi đó được tạo thành từ 1 liên kết xích ma bền vững và 1 liên kết pi kém bền vững) Liên kết pi kém bền vững trong nhóm cacbonyl có thể bị đứt ra khi tham gia các phản ứng hóa học, ví dụ phản ứng cộng hidro vào nhóm cacbonyl để tạo ra ancol bậc 1 đối với andehit) hoặc ancol bậc 2 đối với xeton)
Ví dụ:
→
→
12.3 Tính chất vật lí
- Tính chất vật lí của fomandehit (HCHO) và axetandehit
Ở điều kiện thường, và là các chất khí không màu, có mùi xốc, tan rất tốt trong nước và tan tốt trong các dung môi hữu cơ
Lý giải: do nguyên tử O trong nhóm có khả năng tạo liên kết hidro với nguyên tử H của nước,
vì vậy các andehit có phân tử khối nhỏ có khả năng tan khá tốt trong nước
- Tính chất vật lí của axeton
Ở điều kiện thường, axeton là chất lỏng dễ bay hơi tan vô hạn trong nước, và là một dung môi hữu cơ rất tốt, có khả năng hòa tan nhiều chất hữu cơ khác
12.3 Tính chất hóa học
12.3.1 Phản ứng cộng hidro
Khi có xúc tác là Ni và trong điều kiện nung nóng thì:
- Andehit tạo ra ancol bậc 1:
→
- Xeton tạo ra ancol bậc 2
→
* Chú ý:
Trong điều kiện đun nóng xúc tác là đậm đặc, thì các ancol này sẽ tách nước để tạo thành anken
+ Khi nung nóng các ancol này với CuO, ta sẽ thấy màu đen của CuO dần dần biến mất thay vào đó là màu đỏ của Cu sẽ xuất hiện, do các ancol này sẽ bị oxi hóa bởi CuO và tạo thành andehit hoặc xeton
u → u
u → u
Trang 712.3.2, Phản ứng cộng nước
- Liên kết đôi trong của fomandehit có khả năng cộng nước nhưng sản phẩm tạo ra có hai nhóm cùng đính vào 1 cacbon nên không bền và không thể tách ra khỏi dung dịch được
H
H
OH H
H OH (kém bền)
- Axeton và các xeton khác không có khả năng tham gia phản ứng cộng với nước
12.3.3, Phản ứng cộng hidro xianua (HCN ở dạng khí)
- Tất cả các hợp chất chứa nhóm cacbonyl andehit và xeton đều có khả năng cộng hidro xianua vào nhóm cacbonyl, tạo ra sản phẩm bền gọi là xianohidrin
O
OH
CN
* Chú ý: khi hòa tan xianohidrin vào nước (có xúc tác axit) thì liên kết ba giữa nguyên tử C và nguyên tử
N trong nhóm N sẽ bị đứt Ba phân tử sẽ bị tách ra thành 3 nguyên tử H và 3 nhóm ; ba nguyên tử H này sẽ cùng với nguyên tử N trong N để tạo thành 1 phân tử NH3 bay ra ngoài; còn ba nhóm -OH còn lại sẽ kết hợp với nguyên tử C trong N để tạo thành , tuy nhiên hợp chất này không bền, nên sẽ tự động tách ra 1 phân tử nước và nhóm sẽ chuyển thành nhóm cacboxyl chính là nhóm chức của axit hữu cơ
OH
CN
OH
C O H OH OH
+ NH3
OH
COOH
+ H2O
H+
12.3.4, Phản ứng oxi hóa
a, Tác dụng với dd brom và dung dịch
- Andehit có khả năng làm mất màu dung dịch brom và dung dịch K n Trong các phản ứng này, 1 phân tử trong môi trường dung dịch) sẽ bị đứt ra 1 nguyên tử O, và nguyên tử O này sẽ đính vào liên kết đơn trong nhóm chức để thu được nhóm chức cacboxyl là nhóm chức của axit hữu cơ Như vậy, do xeton không có liên kết trong nhóm chức của mình, nên đương nhiên không thể tham gia phản ứng với dung dịch brom và dung dịch K n , vì vậy xeton cũng không thể làm mất màu các dung dịch này như andehit
r → 2 r
3 2K n → 3 2 n 2K
Nhưng ngay lập tức
K K
* Chú ý: do bản chất phản ứng trên là 1 nguyên tử O tách từ 1 phân tử nước của môi trường, vì vậy nếu môi trường xảy ra phản ứng mà không có nước thì đương nhiên không xảy ra phản ứng này (ví dụ brom tan trong dung môi l đương nhiên không có phản ứng với andehit) Khác với phản ứng của
Trang 8anken với brom khi mà cả brom tan trong nước và brom tan trong l đều có khả năng tham gia phản ứng (không bắt buộc có sự xuất hiện của dung môi nước)
b, Tác dụng với dung dịch được hòa tan trong
2 gN 3N → N 2 g 2N N 1
Chú ý: về bản chất, khi ta hòa tan dd gN vào dung dịch amoniac, thì xảy ra các quá trình sau
an đầu: amonic phản ứng với nước tạo ra ion
N ⇔ N
+ Khi hòa 2 dung dịch với nhau, ion -OH sẽ kết tủa ion g , tạo ra AgOH không bền, ngay lập tức phân hủy thành Ag2 màu đen
N gN N N g
2 g g
+ Tuy nhiên, Ag2O lại bị hòa tan bởi amoniac, tạo thành phức chất tan
g 4N 2 g N phức chất tan
Vì các lí do trên, phản ứng (1) có thể được viết lại thành phản ứng giữa andehit và g được hòa tan trong amoniac)
g → 2 g
Ngay sau đó: N N
Như vậy, về bản chất, khi một chức andehit tác dụng với g , thì 1 nguyên tử O trong
g đã được tách ra và chèn vào liên kết trong nhóm để tạo thành chức cacboxyl
là nhóm chức của axit hữu cơ và giải phóng ra 2 nguyên tử Ag
* Chú ý: sản phẩm của phản ứng trên luôn là muối amoni
* hú ý: trường hợp của andehit fomic
g → 2 g
Tuy nhiên axit fomic có thể viết lại thành như vậy axit HCOOH cũng được coi là có nhóm chức andehit (mặc dù -CH=O liên kết với nguyên tử O chứ không phải liên kết với H hoặc như trong andehit) Vì vậy axit cũng có khả năng tham gia phản ứng tương tự với dd gN tan trong amoniac
g → 2 g
Sản phẩm của phản ứng là HO-CO- chính là axit vô cơ , tuy nhiên, thực tế sản phẩm thu được
sẽ không phải là hay mà sẽ là N do phản ứng được diễn ra trong môi trường amoniac
Như vậy, 1 phân tử sẽ có khả năng tham gia phản ứng tráng bạc (phản ứng với dd gN tan trong amoniac để tạo ra 4 mol Ag, và tạo ra sản phẩm vô cơ là amoni cacbonat N
xit fomic cũng là axit duy nhất trong dãy đồng đẳng của axit fomic có khả năng tham gia phản ứng với dd gN N để giải phóng ra 2 mol Ag
* Chú ý: phản ứng tạo Ag ở trên trước đây được gọi là phản ứng tráng gương vì nó được ứng dụng để tráng một lớp bạc mỏng lên trên gương tuy nhiên hiện nay nó chỉ được gọi đơn thuần là phản ứng tráng bạc vì hiện nay nó không còn được sử dụng để tráng gương nữa
* Chú ý:
+ Nguyên tử C trong nhóm có số oxi hóa là +1 (trừ andehit fomic), và sẽ bị oxi hóa bởi dd
gN (trong N ) lên số oxi hóa là +3
+ Nguyên tử C trong nhóm của andehit fomic có số oxi hóa là 0, và sẽ bị oxi hóa lên mức oxi hóa là +4 (trong CO2 hoặc muối amoni cacbonat) khi tham gia phản ứng tráng bạc
Trang 9+ Nguyên tử C trong HCOOH có số oxi hóa là +2, và sẽ bị oxi hóa lên +4 trong hoặc muối amoni cacbonat khi tham gia phản ứng tráng bạc
* Chú ý:
+ Phản ứng tráng bạc là phản ứng đặc trưng của andehit và các hợp chất hữu cơ có nhóm chức trong phân tử mặc dù chúng không phải andehit, có thể liệt kê một số chất như sau:
Axit fomic hay
Các muối của axit fomic, ví dụ như: Na K a
Các este của axit fomic, ví dụ như:
Và tất cả các chất hữu cơ khác có nhóm chức
+ Các chất vừa nên trên có thể tham gia phản ứng với dd brom và dd KMnO4 tương tự như các andehit thông thường
+ Các xeton, do không có nguyên tử H trong nhóm cacbonyl nên không thể tham gia phản ứng tráng bạc, phản ứng làm mất màu dung dịch brom và dung dịch KMnO4
Trang 10Bài 10: Cacbon
10.1 Tính chất vật lí
* Chú ý: Cacbon tạo ra nhiều dạng thù hình khác nhau với các tính chất vật lí cũng kh|c nhau C|c dạng thù hình khác nhau của đơn chất cacbon bao gồm: kim cương, than chì, fuleren, cacbon vô định hình
a, Kim cương
- Tính chất vật lí: tinh thể không màu, trong suốt, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém
- Cấu trúc tinh thể: tinh thể nguyên tử
b, Than chì
- Tính chất vật lí: tinh thể m{u x|m đen, có |nh kim, dẫn điện tốt (nhưng dẫn điện kém kim loại), dẫn nhiệt kém
- Cấu trúc: nhiều lớp, các nguyên tử C liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, các lớp liên kết với nhau bằng lực tương t|c yếu Vì vậy các lớp dễ tách rời khỏi nhau
* Chú ý:
+ Kim cương không dẫn điện
+ Than chì dẫn điện tốt, nhưng kém kim loại
c, Cacbon vô định hình
- Cacbon vô định hình gồm có: than cốc, than xương, than muội, (được điều chế nhân tạo)
- Tính chất đặc biệt: Cacbon vô định hình có khả năng hấp phụ mạnh các chất khí và các chất tan trong dung dịch
* Chú ý:
+ Trong các dạng thù hình của cacbon thì cacbon vô định hình hoạt động hóa học mạnh nhất
+ Cacbon vô định hình có khả năng hấp phụ (chứ không phải khả năng hấp thụ) các chất màu, chất mùi 10.2 Tính chất hóa học
Do cacbon đơn chất có số oxi hóa trung gian (C ), vì vậy số oxi hóa của C có thể tăng lên +2 hoặc +4 ( thể hiện tính khử) hoặc có thể giảm xuống ( thể hiện tính oxi hóa) trong các phản ứng hóa học Tuy nhiên tính khử vẫn trội hơn tính oxi hóa
a Tính khử
+ Tác dụng với Oxi
C + → C
Ngoài ra: C + C → 2C và 2C + → 2C
+ Tác dụng với hợp chất
Cacbon có thể đóng vai trò chất khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh như c|c oxit (Zn ,
e , e , e , Cu , hoặc dd , đặc, KCl , K n , K , Trong đó, C sẽ chuyển thành CO hoặc C
* Chú ý: C không khử được MgO và
C + Zn → Zn + C
C + 2 e → e + C
C + (đặc → C + +2
C + 2 (đặc, nóng → C +2 +2
C + 2K → C +2K
* Chú ý: có thể coi phản ứng giữa K , KCl , K n , và C diễn ra theo hai giai đoạn
+ Giai đoạn 1: phân hủy K , KCl , K n , tạo ra