Nội dung phương pháp bảo toàn nguyên tố - Cơ sở của phương pháp bảo toàn nguyên tố là định luật bảo toàn nguyên tố : Trong phản ứng hóa học, các nguyên tố được bảo toàn.. - Hệ quả của c
Trang 1GIÚP EM GIẢI NHANH BÀI TẬP HÓA HỌC HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ
(Được đăng trên Đặc san Toán học và Tuổi trẻ, số 15 THPT, 10/2014)
1 Nội dung phương pháp bảo toàn nguyên tố
- Cơ sở của phương pháp bảo toàn nguyên tố là
định luật bảo toàn nguyên tố : Trong phản ứng
hóa học, các nguyên tố được bảo toàn
- Hệ quả của của định luật bảo toàn nguyên tố:
Trong phản ứng hóa học, tổng số mol của một
nguyên tố tham gia phản ứng bằng tổng số mol
nguyên tố đó tạo thành sau phản ứng
- Phương pháp bảo toàn nguyên tố là phương
pháp sử dụng hệ quả của định luật bảo toàn
nguyên tố để giải bài tập hóa học
- Tính nhanh số mol nguyên tố, nhóm nguyên tố:
Số mol nguyên tố X hoặc nhóm nguyên tố X
= số nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử X trong
đơn chất, hợp chất × số mol chất đó
Ví dụ : Đốt cháy hỗn hợp gồm C2H4, C2H6,
C2H2, H2 thu được CO2 và H2O thì theo bảo toàn
nguyên tố H, ta có :
2 2 2 2 4 2 6 2
- Sử dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố khi
giữa lượng chất cần tính và lượng chất đã biết
đều có chứa cùng 1 nguyên tố hoặc một nhóm
nguyên tố
2 Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Dẫn V lít (đktc) hỗn hợp X gồm
axetilen và hiđro có khối lượng là m gam đi qua
ống sứ đựng bột niken nung nóng, thu được khí
Y Dẫn Y vào lượng dư AgNO3 trong dung dịch
NH3, thu được 12 gam kết tủa Khí đi ra khỏi
dung dịch phản ứng vừa đủ với 16 gam brom và
còn lại khí Z Đốt cháy hoàn toàn khí Z được
2,24 lít khí CO2 (đktc) và 4,5 gam H2O Giá trị
của V là :
A 11,2 B 13,44 C 5,60 D 8,96
(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT chuyên Hùng
Vương – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
● Cách 1: Tính toán theo phương trình phản ứng
Theo giả thiết, suy ra : Y gồm C2H2, C2H4, C2H6
và có thể có H2 Z có C2H6 và có thể có H2 Dựa vào số mol của các chất Br2, C2Ag2, CO2,
H2O và bản chất phản ứng, ta có :
o
3 3
o
o
o
o
AgNO / NH , t
t
t
t , Ni
t , Ni
mol : 0,1 0,1
mol : 0,1 (0,25 0,15) 0,1
←
←
C H mol : 0,05 ← 0,1 ← 0,05
● Cách 2: Sử dụng phương pháp bảo toàn
nguyên tố
Theo giả thiết, suy ra :
2 2 2 2
C H dö C Ag
2 4 2 2
n =n =0,1;n =0,25
Nhận xét : Các chất trong X đều chứa 2 nguyên
tử H Mặt khác, số mol của C 2 H 2 dư, C 2 H 4 và
tố H là tính được số mol của hỗn hợp X Vì thế không mất nhiều thời gian viết phương trình phản ứng và tính toán như cách 1
Áp dụng bảo toàn nguyên tố đối với H, ta có :
Trang 2
2 2 2 2 2 2 4 2
X
0,1 0,25
Đáp án A
Ví dụ 2: Oxi hố 2,3 gam ancol etylic bằng CuO
đun nĩng, thu được 3,3 gam hỗn hợp X gồm
anđehit, axit, ancol dư và nước Hỗn hợp này tác
dụng hết với Na sinh ra 0,84 lít H2 (đktc) Hiệu
suất phản ứng oxi hố ancol là :
A 25% B 50% C 75% D 90%
(Đề thi thử lần 2 – Trường THPT Cẩm Khê –
Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
● Cách 1: Tính tốn theo phương trình phản
ứng
Khối lượng hỗn hợp X tăng lên so với khối
lượng ancol ban đầu là do lượng O trong CuO
phản ứng đã chuyển vào H2O và CH3COOH
Theo giả thiết, suy ra :
2
H
n =0,0375;
CuO phản ứng O phản ứng
n =n =(3,3 2,3) :16 0,0625.− =
Gọi số mol của ancol tham gia phản ứng là x, y
và số mol ancol dư là z
Phương trình phản ứng :
2
→
→
2 5
2
C H OH bđ
H
CuO pư
n 0,5y 0,5z (0,5x 0,5y) 0,0375
x 0,0125; y 0,025; z 0,0125 0,05 0,0125
0,05
● Cách 2: Sử dụng phương pháp bảo tồn
nguyên tố
Sơ đồ phản ứng :
3
3
2 5
3
CH COOH
CH COONa
C H OH dư
HOH
NaOH
CH CHO
Bản chất phản ứng (1) là C2H5OH bị oxi hĩa bởi CuO, khối lượng hỗn hợp sau phản ứng tăng lên
là do O trong CuO chuyển vào H 2 O và
trong nhĩm –OH nên tham gia phản ứng thế Na giải phĩng H 2 , CH3CHO khơng tham gia phản ứng này
Sử dụng bảo tồn nguyên tố O trong phản ứng oxi hĩa ancol và bảo tồn nguyên tố H của nhĩm –OH trong phản ứng của X với Na, ta cĩ :
3
3 2 5 2
2 5
HOH CH COOH O phản ứng
HOH CH COOH C H OH dư H
C H OH dư
0,05 0,0125
0,05
Đáp án C
Ví dụ 3: Đốt cháy hồn tồn 0,1 mol một ancol đơn chức trong 0,7 mol O2 (dư), thu được tổng
số mol các khí và hơi bằng 1 mol Khối lượng (gam) ancol ban đầu đem đốt cháy là :
A 8,6 B 6,0 C 9,0 D 7,4
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2014)
Hướng dẫn giải
Theo bảo tồn nguyên tố C, H, O, ta cĩ :
2 x y 2 x y
x y 2 2 2
2 2 2
CO C H O H O C H O
C H O O pư CO H O
O dư O bđ O pư
o
CuO, t (1)
Na (2)
Trang 32 2
2
2
2 2 2
4 10
O pö
O dö
(CO , H O, O dö )
C H O
y 10; x 4
y 10
x 5
⇒
=
<
Đáp án D
Ví dụ 4: Cho 0,1 mol CH3COOH vào cốc chứa
30 ml dung dịch ROH 20% (d =1,2 g/ml, R là
một kim loại kiềm) Cô cạn dung dịch sau phản
ứng rồi đốt cháy hoàn toàn chất rắn khan thì thu
được 9,54 gam chất rắn và có m gam hỗn hợp
gồm CO2, hơi nước bay ra Giá trị của m là :
A 10,02 B 9,3 C 7,54 D 8,26
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên KHTN
– ĐHQG Hà Nội, năm học 2011 – 2012)
Hướng dẫn giải
Sau tất cả các phản ứng, R trong ROH đã chuyển
hết vào R2CO3
Áp dụng bảo toàn nguyên tố đối với R, ta có :
2 3
2 3
ROH R CO
30.1,2.20% 9,54
R 23 (Na); n 0,18; n 0,09
Sơ đồ phản ứng :
2 0,1 mol
3
0,1 mol
2 3
2 3
2 0,09 mol
m gam
H O
CH COOH
CO
CH COOR
R CO
H O ROH dö
↑
Áp dụng bảo toàn nguyên tố đối với C và H cho
toàn bộ quá trình phản ứng, ta có :
3 2 3 2
2 2
CH COOH R CO CO
? 0,09 0,1
CH COOH ROH H O (1) H O (2)
0,1
CO H O (2)
CO H O (2)
⇒
Đáp án D
Ví dụ 5: Cho 6,08 gam chất hữu cơ X chứa C, H,
O tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ, sau đó chưng khô thì phần bay hơi chỉ có nước, phần chất rắn khan còn lại chứa hai muối của natri chiếm khối lượng 9,44 gam Nung hai muối này trong oxi dư, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được 6,36 gam Na2CO3, 5,824 lít khí CO2 (đktc)
và 2,52 gam nước Số mol oxi có trong X là :
A 0,24 B 0,06 C 0,12 D 0,20
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Yên Lạc – Vĩnh Phúc, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Gọi số mol H2O sinh ra trong phản ứng thủy phân và phản ứng đốt cháy lần lượt là
2
H O (1)
n và
2
H O (2)
n Áp dụng bảo toàn nguyên tố Na cho toàn bộ quá trình phản ứng và bảo toàn khối lượng trong phản ứng của X với NaOH, ta có :
2 3
2
2
H O (1)
Theo bảo toàn nguyên tố C, H và giả thiết, ta có:
0,12
O/ X
6,08 0,32.12 0,32
16
Đáp án C
0,18 mol
ROH
(1)
o 2
O , t (2)
Trang 4Ví dụ 6: Xà phịng hố hồn tồn 0,1 mol một
este no, đơn chức bằng 26 gam dung dịch MOH
28% (M là kim loại kiềm), rồi tiến hành chưng
cất sản phẩm, thu được 26,12 gam chất lỏng X
và 12,88 gam chất rắn khan Y Đốt cháy hồn
tồn chất rắn Y, thu được H2O, V lít CO2 (đktc)
và 8,97 gam một muối duy nhất Giá trị của V là:
A 5,264 lít B 14,224 lít
C 6,160 lít D 5,600 lít
(Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh Nam Định, năm
học 2011 – 2012)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết và bảo tồn nguyên tố M, ta cĩ :
2 3
2 3
2 3
MOH
M CO
0,1 mol KOH
n
7,28 2.8,97 8,97
2M 60
RCOOK
M 39 (K)
KOH dư
=
2 5
Y
C H
m 0,1.(R 83) 0,03.56 12,88 R 29
−
Khi đốt cháy Y, C trong C2H5COOK chuyển hết
vào K2CO3 và CO2 Theo bảo tồn nguyên tố C,
ta cĩ :
?
Đáp án A
Ví dụ 7: Thủy phân khơng hồn tồn a gam
tetrapeptit Gly-Ala-Gly-Val trong mơi trường
axit, thu được 0,2 mol Gly-Ala, 0,3 mol Gly-Val,
0,3 mol Ala và m gam hỗn hợp 2 amino axit Gly
và Val Giá trị của m là :
A 57,2 B 82,1 C 60,9 D 65,2
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Hùng Vương –
Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết và sử dụng bảo tồn nhĩm Ala,
Gly và Val, ta cĩ :
0,3 0,2
(Gly, Val)
m
⇒
Gly
0,5.75 0,2.117 60,9 gam
Đáp án C
Ví dụ 8: Đốt cháy hồn tồn 0,02 mol tripeptit
X tạo thành từ amino axit mạch hở A cĩ chứa
được 4,032 lít CO2 (đktc) và 3,06 gam H2O Thủy phân hồn tồn m gam X trong 100 ml dung dịch NaOH 2M, rồi cơ cạn thu được 16,52 gam chất rắn Giá trị của m là :
A 7,56 B 6,93 C 5,67 D 9,24
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Đặt cơng thức của tripeptit X là C H O Nx y 4 3 Theo bảo tồn nguyên tố C và H, ta cĩ :
x y 4 3 2
0,18 0,02
0,17 0,02
x 9; y 17
X là C H O N
⇒
Suy ra amino axit là H2NCH(CH3)COOH Trong phản ứng thủy phân hồn tồn X bằng dung dịch NaOH, sau đĩ cơ cạn dung dịch thì chất rắn thu được là muối H2NCH(CH3)COONa (hay cĩ cơng thức phân tử là C3H6O2NNa) và cĩ thể cịn NaOH dư Theo bảo tồn nguyên tố Na
và giả thiết, ta cĩ :
3 6 2
3 6 2
Trang 53 6 2
Theo bảo toàn nguyên tố C, ta có :
9 17 4 3 3 6 2
9 17 4 3
Đáp án D
3 Bài tập vận dụng
Câu 1: Cho 224,00 lít metan (đktc) qua hồ
quang điện, thu được V lít hỗn hợp X (đktc)
chứa 12% C2H2; 10% CH4; 78% H2 (về thể tích)
Giả sử chỉ xảy ra 2 phản ứng :
2CH4 → C2H2 + 3H2 (1)
CH4 → C + 2H2 (2)
Giá trị của V là :
A 407,27 B 448,00 C 520,18 D 472,64
Đáp án A
Câu 2: Nung 8,13 gam hỗn hợp X gồm hai muối
natri của 2 axit cacboxylic (một axit đơn chức và
một axit hai chức) với vôi tôi xút dư, thu được
1,68 lít khí metan (đktc) Hãy cho biết nếu đốt
cháy hoàn toàn hỗn hợp X bằng oxi thì thu được
bao nhiêu gam Na2CO3 ?
A 5,565 gam B 6,36 gam
C 4,77 gam D 3,975 gam
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên
Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm học 2013 – 2014)
Đáp án A
Câu 3: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp hai ancol đa
chức cùng dãy đồng đẳng cần vừa đủ V lít O2 (ở
đktc) Sục sản phẩm cháy vào dung dịch nước
vôi trong dư Sau phản ứng thu được 8 gam kết
tủa và khối lượng dung dịch giảm 2,5 gam so với
dung dịch ban đầu Giá trị của V là :
A 2,688 lít B 2,240 lít
C 3,024 lít D 2,352 lít
(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT Yên Lạc –
Vĩnh Phúc, năm học 2013 – 2014)
Đáp án D
Câu 4: Hỗn hợp M gồm axit axetic và anđehit
X Đốt cháy hoàn toàn m gam M cần dùng vừa
đủ 0,13 mol O2, sinh ra 0,1 mol CO2 và 0,1 mol
H2O Cho toàn bộ lượng M trên vào lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 đun nóng, sau khi kết thúc các phản ứng thu được 0,04 mol Ag Công thức của X là :
A C3H7CHO B HCHO
C CH3CHO D C2H5CHO
(Đề thi thử Đại học lần 1 – Trường THPT Chuyên – Đại học Vinh, năm học 2013 – 2014)
Đáp án A
Câu 5: Đun nóng 0,1 mol este no, đơn chức E
với 30 ml dung dịch 28% (d = 1,2 g/ml) của một hiđroxit kim loại kiềm M Sau khi kết thúc phản ứng xà phòng hoá, cô cạn dung dịch thì thu được chất rắn A và 4,6 gam ancol B Đốt cháy chất rắn A thì thu được 12,42 gam muối cacbonat, 8,26 gam hỗn hợp CO2 và hơi nước Tên gọi của
E là :
A Metyl fomat B Etyl fomat
C Etyl axetat D Metyl propionat
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Yên Lạc – Vĩnh Phúc, năm học 2013 – 2014)
Đáp án C
Câu 6: X là một tetrapeptit cấu tạo từ một amino
axit (A) no, mạch hở có 1 nhóm –COOH; 1 nhóm –NH2 Trong A %N = 15,73% (về khối lượng) Thủy phân m gam X trong môi trường axit thu được 41,58 gam tripeptit; 25,6 gam đipeptit và 92,56 gam A Giá trị của m là :
A 159 gam B 143,45 gam
C 161 gam D 141,74 gam
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Yên Lạc – Vĩnh Phúc, năm học 2013 – 2014)
Đáp án B
Câu 7: Một tripeptit no, mạch hở X có công
thức phân tử CxHyO6N4 Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X, thu được 26,88 lít CO2 (đktc) và m gam
H2O Giá trị của m là :
A 19,80 B 18,90 C 18,00 D 21,60
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên KHTN Huế, năm học 2013 – 2014)
Đáp án A
