skkn phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập về phản ứng cộng vào hiđrocacbon không no

CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG CỘNG VÀO HIĐROCACBON KHÔNG NO hiđro hóa.Tính tỉ khối hơi của các chất, tìm công thức phân tử anken, ankin Dạng 2: Tính mCO2, mH O2 hoặc tính mX khi biết Dạn

MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG

ĐẶT VẤN ĐỀ

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

A CƠ SỞ LÍ LUẬN

B CƠ SỞ THỰC TIỄN

C CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG CỘNG VÀO

HIĐROCACBON KHÔNG NO

hiđro hóa.Tính tỉ khối hơi của các chất, tìm công thức phân tử

anken, ankin

Dạng 2: Tính mCO2, mH O2 hoặc tính mX khi biết

Dạng 3: Tính khối lượng bình đựng Brôm tăng, hoặc tính

khối lượng hỗn hợp X

Dạng 4: Tính lượng Br2,H2 tham gia phản ứng dựa vào

phương pháp bảo toàn liên kết 

Dạng 5: Tính lượng brom phản ứng hoặc biết lượng brom,

tính lượng hiđrocacbon đã dùng

D KẾT QUẢ

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

2 3 3 6 7 7

10 12 14

15 16 19 20

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hóa học hữu cơ là một nội dung quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông, cũng là phần kiến thức không thể thiếu trong cấu trúc đề thi của các cuộc thi như: Thi tốt nghiệp, thi đại học khối A, B

Trong việc học và dạy phần hidrocacbon không no, việc giải bài tập có ý nghĩa quan trọng như:

+ Giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản về hợp chất không no, bước đầu tiếp cận với cách giải các bài toán hóa hữu cơ đơn giản, từ đó mới lĩnh hội được các kiến thức về hợp chất hữu cơ phức tạp hơn, và vận dụng để giải tốt các bài tập hữu cơ trong các đề thi

+ Thông qua việc giải bài tập, học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh,

tự lập, sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú trong học tập môn Hóa học

Tuy nhiên, trong quá trình dạy học môn Hóa học, bản thân tôi nhận thấy rằng: khả năng giải toán Hóa học của các em học sinh còn hạn chế, đặc biệt là giải toán Hóa học hữu cơ vì phản ứng trong hoá học hữu cơ thường xảy ra không hoàn toàn Trong đó bài tập về phản ứng cộng vào hiđrocacbon không no là một

ví dụ Khi giải các bài tập dạng này học sinh thường gặp những khó khăn về việc xác định các chất trong hỗn hợp sản phẩm dẫn đến thường giải rất dài dòng, nặng nề về mặt toán học Thậm chí không giải được vì quá nhiều ẩn số Nguyên nhân là học sinh chưa có phương pháp giải hợp lý

Xuất phát từ suy nghĩ muốn giúp học sinh khắc phục khó khăn và nhanh chóng tìm được đáp án đúng cho các bài tập mà dạng toán này đặt ra

Cùng với sự tích lũy được một số dạng bài tập và cách giải nhanh bài tập phần này thông qua việc nghiên cứu tài liệu có nội dung liên quan Chính vì vậy tôi mạnh dạn đề xuất sáng kiến:

“PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG CỘNG VÀO HIĐROCACBON KHÔNG NO”.

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

A CƠ SỞ LÝ LUẬN

Cấu tạo phân tử của các hiđrocacbon không no luôn có chứa liên kết đôi C = C (trong đó có 1 liên kết  và một liên kết  ), hoặc liên kết ba CC (1 và 2 ) Liên kết  là liên kết kém bền vững, nên khi tham gia phản ứng, chúng dễ bị đứt

ra để tạo thành sản phẩm chứa các liên kết  bền vững hơn Trong giới hạn của

đề tài tôi chỉ đề cập đến phản ứng cộng H2 ,Br2 vào liên kết  của hiđrocacbon không no, mạch hở

I Cộng hiđro vào hiđrocacbon không no

Khi có mặt chất xúc tác như Ni, Pt, Pd, ở nhiệt độ thích hợp, hiđrocacbon không no cộng hiđro vào liên kết 

Ta có sơ đồ sau:

2

Hidrocacbon không no

và H



  





Y gồm

n 2n+2

2

Hi rocacbon no C H

Hi rocacbon không no

và H

®









 Phương trình tổng quát:

CnH2n+2-2k + kH2    0

xóc­t¸c

t CnH2n+2 (k là số liên kết  trong phân tử) Tuỳ vào hiệu suất của phản ứng mà hỗn hợp Y có hiđrocacbon không no dư hoặc hiđro dư hoặc cả hai còn dư

Dựa vào phương trình tổng quát trên ta rút ra:

Nhận xét 1: Số mol khí sau phản ứng luôn giảm (nY  nX) và số mol khí giảm chính bằng số mol khí H2 phản ứng:

nH2phản ứng = n X – nY [1]

X/Y

n

 Tỉ khối của hỗn hợp so với cùng một chất tăng.

Chứng minh :

Theo định luật bảo toàn khối lượng : m X = mY

Ta có: Y X

= m ; = m

X

Y

m

M

M

n

X/Y

n M

 Tỉ khối của hỗn hợp so với cùng một chất tăng

Nhận xét 3 : Khi đốt cháy hỗn hợp Y hay hỗn hợp X đều cho ta các kết quả

sau :

2

2

2

O

CO

H O

n

n

n











(đốt cháy X) =

2

2

2

O

CO

H O

n n n











(đốt cháy Y) [3]

Chứng minh :

Do hỗn hợp X và Y chứa cùng hàm lượng C và H nên theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có đốt cháy X cũng chính là đốt cháy Y

- Do đó, khi làm toán, nếu gặp hỗn hợp sau khi đi qua Ni/to đem đốt (thu được hỗn hợp Y) thay vì tính toán trên hỗn hợp Y (thường phức tạp hơn trên hỗn hợp X) ta có thể dùng phản ứng đốt cháy hỗn hợp X để tính số mol các chất như:

2

O

n phản ứng,

CO H O

1) Xét trường hợp hiđrocacbon trong X là anken

Ta có sơ đồ:

Hçn­hîp­khÝ­X­gåm­

CnH2n

CnH2n+2

CnH2n­d­

H2­d­

xóc­t¸c,­t0

Nhận xét 4: Dù phản ứng có hoàn toàn hay không thì ta luôn có:

H

n phản ứng = nanken phản ứng = nankan = nX – nY [4]

Hay : V H 2 phản ứng = Vanken phản ứng = VX – VY

2) Xét trường hợp hiđrocacbon trong X là ankin

Ankin cộng H2 thường cho ta hai sản phẩm

CnH2n-2 + H2 0

xt t

  CnH2n [I]

CnH2n-2 + 2H2 0

xt t

  CnH2n+2 [II]

Nếu phản ứng không hoàn toàn, hỗn hợp thu được gồm 4 chất: anken, ankan, ankin dư và hiđro dư

Ta có sơ đồ :

Hçn­hîp­khÝ­X­gåm­

CnH2n­-2

CnH2n+2

CnH2n

CnH2n­-­2­d­

H2­d­

xóc­t¸c,­t0

Nhận xét 5:

2

H

n phản ứng = nX – nY  nankin phản ứng [5]

Phương trình hoá học tổng quát:

CnH2n+2-2k + kBr2  xt0

t CnH2n+2-2kBr2k

(k là số liên kết  trong phân tử)

Dựa vào phản ứng tổng quát trên ta thấy :

Nhận xét 6 :

Khối lượng bình chứa tăng chính là khối lượng của Hiđrocacbon không no

[6]

- Với anken : CnH2n + Br2  CnH2nBr2

- Với ankin : CnH2n -2 + 2Br2  CnH2n-2Br4

Từ 2 phương trình trên ta rút ra được nhận xét sau :

Nhận xột 7 :

nanken = nbrom

nankin = 1/2nbrom phản ứng [7]

III.Với hỗn hợp cỏc chất chứa liờn kết  (hỗn hợp X) tỏc dụng với H2 thu được hỗn hợp Y

Sơ đồ : X gồm n 2n+2-2k t ,Nio

2

C H

và H



  





Y gồm

n 2n+2

n 2n+2-2 2

C H

H

dư

dư











k

2

dd Br

   vừaưđủ C H n 2n+2-2k Br 2k

Nhận xột 8 :

2

H

n phản ứng + Br

2

n phản ứng = nliờn kết  ban đầu [8]

Chứng minh:

2

H

n phản ứng = nX – nY = nliờn kết phản ứng với X.

Br2

n phản ứng = nliờn kết trong Y

=> n H 2phản ứng + Br

2

n phản ứng = nliờn kết phản ứng với X + nliờn kết trong Y

= nliờn kết  ban đầu

Cỏch giải dựa vào bảo toàn số mol liờn kết  này đặc biệt hiệu quả cho cỏc bài toỏn mà đề bài khụng cho dữ liệu cụ thể để học sinh cú thể xỏc định phản ứng hoàn toàn hay khụng Nếu giải theo cỏch thụng thường sẽ quỏ nhiều ẩn số,

cú thể khụng ra kết quả

B CƠ SỞ THỰC TIỄN

- Phần phản ứng cộng vào hiđrocacbon khụng no trong sỏch giỏo khoa chỉ đề

cập về mặt lớ thuyết, cú đưa ra một số bài tập phản ứng cộng hoàn toàn mà học sinh chỉ viết phương trỡnh, giải theo cỏch đơn thuần vẫn cho kết quả Khụng đưa ra cỏch giải dựa vào bảo toàn số mol liờn kết .Trong khi cỏc bài tập phần này trong cỏc đề thi cấp tỉnh hay thi đại học thường cho phản ứng khụng

hoàn toàn, nếu học sinh chỉ dùng cách giải thông thường sẽ mất nhiều thời gian,

có khi còn không tìm ra kết quả

- Rất nhiều học sinh trong quá trình học vẫn nhớ lí thuyết, nắm vững các phản ứng hóa học nhưng còn nhiều lúng túng và vướng mắc khi giải các bài tập liên quan vì chưa biết cách vận dụng lí thuyết và lựa chọn phương pháp giải hợp

lí

- Vì vậy nếu giáo viên không phân dạng hợp lí các bài tập, không hướng dẫn học sinh đưa ra các nhận xét để áp dụng giải nhanh bài tập phần phản ứng cộng vào các hiđrocacbon không no, học sinh sẽ khó tiếp thu được các bài tập hữu cơ

ở các phần sau, nên sẽ không có điểm cao trong các kì thi

- Với thực tế đó, để giúp các em có thể dễ dàng làm các dạng bài tập ở phần này tôi mạnh dạn đề xuất sáng kiến:

“PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG CỘNG VÀO HIĐROCACBON KHÔNG NO”.

C MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG CỘNG VÀO HIĐROCACBON KHÔNG NO

2

và H



  





Anken­hoÆc­ankin

Hçn­hîp­Y

Tính số mol H2 phản ứng, tính hiệu suất phản ứng hiđrô hóa Tính tỉ khối hơi của Y so với Z, tìm công thức phân tử anken, ankin.

Bài 1: Hỗn hợp X gồm 3 khí C3H4, C2H2 và H2 cho vào bình kín dung tích 8,96 lít (đktc) chứa bột Ni, nung nóng bình một thời gian thu được hỗn hợp khí Y Biết tỉ khối của X so với Y là 0,75 Số mol H2 tham gia phản ứng là:

A 0,75 mol B 0,30 mol C 0,10 mol D 0,60 mol Bài giải:

X

8,96

22,4

Áp dụng [2] ta có: X Y Y

Áp dụng [1]  n H 2phản ứng = 0,4 – 0,3 = 0,1 mol  Chọn C

Bài 2: Cho hỗn hợp X gồm 1 anken và H2 có dX/He=3,33 Cho X qua Ni nung

công thức phân tử của anken

Bài giải:

Ta có: M = 3,33.4 = 13,32; X M =Y 4.4 = 16

Giả sử số mol hỗn hợp X bằng 1 mol

Áp dụng [2] ta có:

13,32.1

0,8325 ( 16

Áp dụng [1] và [4] ta có:

nH2phản ứng = n X – nY = nanken = nankan sinh ra = 1 - 0,8325 = 0,1625 (mol)

=> nH (X)2 = nX – nanken = 1 – 0,1625 = 0,8325 (mol)

Gọi công thức anken là CaH2a (a2) => X 14a.0,1625 0,8325.2

1





=> a = 5 => công thức phân tử anken là: C5H10 => Chọn D

Bài 3: Hỗn hợp khí X gồm H2 và C2H4 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:

Bài giải:

X

Y

Áp dụng [1] và [4] ta có:

H

n phản ứng = nanken phản ứng = nX – nY = 1 – 0,75 = 0,25 mol

Áp dụng sơ đồ đường chéo cho hỗn hợp X:

0,25

Bài 4:Cho hỗn hợp X gồm C2H4 và H2 có tỉ khối dX/H2= 4,25 Dẫn X qua Ni

nung nóng (H=75%) thu được hỗn hợp Y Tính tỉ khối của Y so với H2

Bài giải

X

M = 4,25.2 = 8,5

Áp dụng quy tắc đường chéo:

Giả sử hỗn hợp X là 1 mol => nH2 3.1 0,75

1 3

C H

n =0,25 mol => H2 dư so với C2H4

Phản ứng: C2H4 + H2   t ,Nio  C2H6

Áp dụng [4]: nC H2 4phản ứng = n H 2phản ứng =75.0, 25 0,1825

nY = nX - n H 2phản ứng = 1 – 0,1825 =0,8125 mol

Áp dụng [2] ta có:

Y X/Y

8,5.1

10, 46 ( 0,8125

2

Y/H

10, 46

2

Bài 5: Hỗn hợp khí X chứa H2 và hai anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng

Tỉ khối của X đối với H2 là 8,3 Đun nóng X với xúc tác Ni thu được hỗn hợp Y

a mol C2H4 28

b mol H

2 2

=15

15-2=13

28-15=13

(28)

8,5

19,5 6,5

2

2 4

H

C H

(2)

không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 83/6 Công thức phân

tử của hai anken và phần trăm thể tích của H2 trong X là:

Bài giải:

Gọi công thức chung của 2 anken là :C Hn 2 n

X

.2

Giả sử số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol)

 mX = 16,6g

Y

Y H (X)

3

 n2 anken = 1- 0,6=0,4 mol

Dựa vào khối lượng hỗn hợp X:

Ta có: m2 anken = mX - m = 16,6 – 0,6.2 = 15,4 (g).H2

Suy ra M2anken= 15, 4 38,5

0, 4   14n= 38,5  2 < n = 2,75 < 3

 2 anken có CTPT: C2H4 và C3H6;

2 (X)

H

Dạng 2:

2

Hidrocacbon không no

và H



  





Y gồm

n 2n+2

2

Hi rocacbon no C H

Hi rocacbon không no

và H

®











Đem đốt Y hoàn toàn Tính mCO2, mH O2 hoặc thể tích của chúng khi biết số

mol các chất trong X Tính mX khi biết mCO2, mH O2

Bài 1: Hỗn hợp X gồm 0,1 mol C2H2, 0,15 mol C2H4, 0,2 mol C2H6 và 0,3 mol

toàn Y thu được số gam CO2 và H2O lần lượt là:

Bài giải

Áp dụng [3] Đốt cháy Y cũng chính là đốt cháy X

=> nCO2 = 2

2 2

C H

2 4

C H

2 6

C H

2

CO

Tương tự nH O2 = 0,1.1+ 0,15.2+ 0,2.3+ 0,3= 1,3 (mol)

=> mH O2 = 1,3.18 = 23,4 => Chọn A

Bài 2: Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,06 mol C2H2, 0,05 mol C3H6 và 0,07 mol

H2 với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y gồm C2H6, C2H4,

C3H8, C2H2 dư, C3H6 dư và H2 dư Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y rồi cho sản phẩm hấp thụ hết vào dung dịch nước vôi trong dư Khối lượng bình dung dịch nặng thêm là:

A 5,04 gam B 11,88 gam C 16,92 gam D 6,84 gam.

Bài giải:

Áp dụng [3] nên đốt Y cũng bằng đốt X:

C2H2 + 2,5O2  2CO2 + H2O

Σn=0,12+0,15=0,27mol;Σn=0,06+0,15+0,07=0n = 0,12 + 0,15 = 0,27 mol; Σn=0,12+0,15=0,27mol;Σn=0,06+0,15+0,07=0n = 0,06 + 0,15 + 0,07 = 0,28mol

Khối lượng bình tăng bằng khối lượng CO2 và khối lượng H2O

Δm=0,27.44+0,28.18=16,92gamm = 0,27.44 + 0,28.18 = 16,92 gam Chọn C

Bài 3:Đun nóng m gam hỗn hợp X gồm C2H2, C2H4, Và H2 với xúc tác Ni đến phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 8,96 lit (đktc) hỗn hợp Y (có tỉ khối so với

cháy hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ca(OH)2 dư Tính khối lượng kết tủa tạo thành

A 20 gam B 30 gam C 40 gam D 50 gam

Bài giải:

Ta có nY = 8,96/22,4 = 0,4 mol

Y

M = 8.2 = 16 > Y chứa H2 dư

Vì phản ứng xảy ra hoàn toàn nên trong Y chứa C2H6 (a mol)và H2 dư (b mol)

mY = nY M = 0,4.16 = 6,4 gam.Y

> a + b = 0,4 mol và a.30 + b.2 =6,4

> a = b = 0,2 mol

Áp dụng [3] nên đốt cháy X cũng là đốt cháy Y

C2H6 > 2CO2

> nCO2= 2a mol = 0,4 mol

CO2 + Ca(OH)2 > CaCO3 + H2O

> m = 0,4.100 = 40 gam > Chọn đáp án C

Dạng 3:

2

Hidrocacbon không no

và H



  





Y gồm

n 2n+2

2

Hi rocacbon no C H

Hi rocacbon không no

và H

®











2

dd Br

   Hỗn hợp Z Tính khối lượng bình đựng Brôm tăng, hoặc tính khối lượng hỗn hợp X

Bài 1: Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,06 mol C2H2 và 0,04 mol H2 với xúc tác

Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y Dẫn toàn bộ hỗn hợp Y từ từ qua bình đựng Br2 dư thì còn lại 0,448 l hỗn hợp khí Z (đktc) có tỉ khối so với O2 là 0,5 Khối lượng bình dung dịch Br2 tăng là

Bài giải :

Ta có sơ đồ sau

2

0,06 mol C H

0,04 mol H







C H ,C H

C H , H d



  





­

­d­

­

Z gồm : H2 dư, C2H6

(0,448 lit, dZ/ O 2 = 0,5)

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

mX = mY = 0,06.26 + 0,04.2 = 1,64g

MZ = 0,5.32 = 16 ; nz = 0,448/22,4 = 0,02 mol mz =16.0,02 = 0,32 g

Áp dụng [6]: Khối lượng bình Brom tăng bằng :

mx – mz = 1,64 - 0,32 = 1,32 g Chọn đáp án D

Bài 2: Hỗn hợp X gồm ankin B và H2 có tỉ khối hơi so với CH4 là 0,6 Nung X với Ni xúc tác để phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp Y có tỉ khối hơi

so với CH4 là 1 Cho Y qua dung dịch Br2 dư thì khối lượng bình đựng sẽ:

Bài giải

Do phản ứng hoàn toàn, mà M = 1.16 = 16 => HY 2 dư => ankin phản ứng hết, Y chỉ chứa ankan và H2 dư

Áp dụng [6]: Khối lượng bình chứa tăng chính là khối lượng của Hiđrocacbon không no

=> Bình chứa không tăng => Chọn D

Bài 3 : Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,02 mol C2H2 và 0,03 mol H2 trong một bình kín (xúc tác Ni), thu được hỗn hợp khí Y Cho Y lội từ từ vào bình nước brom (dư), sau khi kết thúc các phản ứng, khối lượng bình tăng m gam và có

280 ml hỗn hợp khí Z (đktc) thoát ra Tỉ khối của Z so với H2 là 10,08 Giá trị của m là:

2

0,02 mol C H

0,03 mol H







C H ,C H

C H , H d



  





­

­d­

­ Thu được Z gồm : H2 dư, C2H6 (0,28 lit, dZ/H H 2 = 10,08)

Theo [6] : Δm=0,27.44+0,28.18=16,92gammtăng = mC H2 4 mC H2 2

Theo định luật bảo toàn khối lượng: m X = mY = Δm=0,27.44+0,28.18=16,92gammtăng + mZ

Z Z

Z

0,28

22,4

m = 0,0125× 20,16 = 0,252 (gam)



Ta có: 0,02.26 + 0,03.2=Δm=0,27.44+0,28.18=16,92gamm+0,252

 Δm=0,27.44+0,28.18=16,92gamm= 0,58 – 0,252= 0,328 gam Chọn C

Dạng 4:

2

Hidrocacbon không no

và H



  





Y gồm

n 2n+2

2

Hi rocacbon no C H

Hi rocacbon không no

và H

®











2

dd Br

   Hỗn hợp Z Tính lượng Br2 tham gia phản ứng.

Bài 1: Cho hỗn hợp X gồm 0,1 mol C2H4, 0,2 mol C2H2 và 0,7 mol H2 Nung X trong bình kín, xúc tác Ni Sau một thời gian thu được 0,8 mol hỗn hợp Y Cho

Y phản ứng vừa đủ với 100ml dd Br2 a mol/l Tìm giá trị a

Bài giải:

C2H4 chứa 1 liên kết 

C2H2 chứa 2 liên kết 

=>nliên kết  = 1.0,1 + 2.0,2 = 0,5 mol

2

H

Áp dụng [1] và [8] :

2

H

n phản ứng = n X – nY = 0,7+0,1+0,2=0,2 mol

2

H

n phản ứng + nBr2 phản ứng = n liên kết  ban đầu

=> nBr2 phản ứng = n liên kết  ban đầu - nH2 phản ứng = 0,5 – 0,2 = 0,3 mol

=> a = 0,3/0,1 = 3M => Chọn B

Bài 2:

gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với không khí là 1 Nếu