skkn phương pháp giải nhanh bài tập về hiđrocacbon

Để học được hóa học, học sinh phải nghiên cứu thông tin, quan sát mô hình, thí nghiệm, thực hành…mới có thể nắm vững kiến thức, phát triển tư duy, rèn luyện kĩ năng làm việc có khoa học,

A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trang 1

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Trang 3

1 Cơ sở lý luận của đề tài Trang 3

2 Thực trạng của đề tài Trang 3 3.Các biện pháp tổ chức thực hiện Trang 4 3.1.Kinh nghiệm 1: Dựa vào phản ứng đốt cháy Trang 4 3.2 Kinh nghiệm 2:

Dựa vào phản ứng đề hidro hóa và phản ứng crackinh ankan Trang 6 3.3 Kinh nghiệm 3 :

Dựa vào phản ứng cộng H2 vào Hidrocacbon chưa no… Trang 8

3.4 Kinh nghiêm 4:

Áp dụng bảo toàn số mol liên kết π với bài tập cộng Hidro, Brom vào Hidrocacbon chưa no .Trang 11

4 Bài tập vận dụng Trang 14 5.Thực nghiệm sư phạm Trang 16

C KẾT LUẬN Trang 17 Tài liệu tham khảo Trang 18

A-LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1 Lý do chọn đề tài

Hóa học là sự kết hợp giữa thực nghiệm với lí thuyết Để học được hóa học, học sinh phải nghiên cứu thông tin, quan sát mô hình, thí nghiệm, thực hành…mới có thể nắm vững kiến thức, phát triển tư duy, rèn luyện kĩ năng làm việc có khoa học, biết vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề liên quan, trong đó biết cách giải bài tập trắc nghiệm là một vấn đề hết sức quan trọng Thông qua việc giải bài tập giúp học sinh hình thành, rèn luyện, củng cố kiến thức đã học một cách có hệ thống, đồng thời phân loại được các dạng bài tập, các dạng toán hóa học Từ đó, vận dụng những phương pháp giải nhanh để có câu trả lời nhanh chóng, chính xác

Trong nội dung hóa học ở trường THPT, phần hóa học hữu cơ là một phần rất quan trọng, chiếm một nửa số lượng trong các đề thi đại học Phần này bắt đầu từ học

kì hai lớp 11 học sinh mới được học và tìm hiểu sâu Do đó trong quá trình học, học sinh thường cảm thấy khó khi học hóa hữu cơ cũng như còn rất lúng túng khi giải quyết các bài tập hữu cơ 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 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

Trong hóa học hữu cơ, phần hiđrocacbon là nội dung các em được học đầu tiên Xuất phát từ thực tiễn phần nhiều học sinh còn “sợ” học hóa hữu cơ tôi mạnh dạn

đưa ra đề tài “ Phương pháp giải nhanh bài tập về hiđrocacbon” Tôi viết đề tài này

dựa trên những kinh nghiệm tích lũy được trong quá trình dạy học với mục đích giúp các em ngay từ đầu có cái nhìn dễ hiểu hơn về hóa học hữu cơ Cũng như góp phần giúp các em phát triển tư duy, rèn trí thông minh, đặc biệt năng lực tư duy linh hoạt, nhanh nhẹn, kỉ năng và kỉ thuật để giải nhanh bài tập trắc nghiệm Hóa học Chính điều đó giúp tôi hoàn thành sáng kiến này

2 Nhiệm vụ của đề tài

Nghiên cứu phương pháp giảng dạy để giúp học sinh rèn luyện tư duy, khả năng giải bài tập hữu cơ nhanh, chính xác, nhằm nâng cao chất lượng bộ môn Hóa học

3 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu này áp dụng giảng dạy cho học sinh khối 11 của trường THCS&THPT

Hà Trung

- Các dạng bài tập về chương Hidrocacbon trong các đề thi tuyển sinh đại học-cao đẳng trong các năm vừa qua

4 Phương pháp nghiên cứu

1 Nghiên cứu lí thuyết

Nghiên cứu sách giao khoa, sách bài tập hóa học phổ thông, sách tham khảo

2 Tổng kết kinh nghiệm và thủ thuật giải bài tập hóa học

3 Trao đổi với đồng nghiệp trong quá trình nghiên cứu

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

1 Cơ sở lý luận của đề tài

Trong thời gian qua các phương pháp giải nhanh các bài toán hoá học không ngừng phát triển để phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm khách quan do Bộ Giáo Dục

và Đào Tạo đưa ra và để không ngừng phát triển tư duy hoá học cho học sinh Yêu cầu mới đòi hỏi giáo viên phải hiểu thấu đáo các phương pháp, các thủ thuật giải nhanh và học sinh phải dần hoàn thiện kĩ năng sử dụng các phương pháp đó Mỗi bài toán hoá học có thể giải bằng nhiều cách khác nhau nhưng quan trọng là phải nắm bắt được phương pháp nào là tối ưu cho bài toán đó

Ví dụ như với dạng toán đốt cháy Hidrocacbon thay vì phải viết phương trình hóa học, đặt ẩn để giải thì chúng ta chỉ cấn nắm được mối tương quan giữa số mol của

CO2 và H2O, áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố, và định luật bảo toàn khối lượng thì có thể giải bài toán rất nhẹ nhàng

Với dạng toán đề hidro hóa và phản ứng crackinh ankan, thông thường với dạng toán này học sinh sẽ rất rối khi đọc đề, và phải viết rất nhiều phản ứng Nhưng cái cốt lõi mà học sinh cần nắm ở đây đó là sự tăng thể tích, số mol chất khí, kết hợp với sử dụng định luật bảo toàn khối lượng thì bài toán sẽ đơn giản hơn nhiều

Với dạng toán cộng H2 và Br2 vào Hidrocacbon không no, ban đầu khi đọc bài tập dạng này, ta nghĩ đến việc viết phương trình phản ứng, xác định số mol các chất sau phản ứng với hiđro để từ đó xác định số mol brom phản ứng với hỗn hợp sản phẩm Khi đó chúng ta sẽ lúng túng trong việc xác định sản phẩm cũng như lập cách giải Trong khi đó thực tế của cả quá trình là thực hiện phản ứng no hóa hiđrocacbon hay nói cách khác là phá vỡ hết các liên kết  trong hiđrocacbon Do đó, chúng ta chỉ cần quan tâm đến số mol  trong hiđrocacbon để từ đó giải quyết vấn đề bài toán yêu cầu

Và trong đề tài sáng kiến kinh nghiệm này chúng ta cùng đưa ra phương pháp để giải quyết các vấn đề trên

2 Thực trạng của đề tài

Với xu thế “ đổi mới phương pháp dạy học”, hình thức trắc nghiệm khách quan đã được đưa vào thay thế hình thức thi tự luận trong một số môn học, trong đó có môn

Hóa học Với hình thức thi trắc nghiệm, trong một khoảng thời gian ngắn học sinh phải giải quyết được một lượng khá lớn các câu hỏi, bài tập Điều này không những yêu cầu học sinh phải nắm vững, hiểu rõ kiến thức mà còn phải thành thạo trong kĩ năng giải bài tập và đặc biệt là có phương pháp giải giải bài tập hợp lí Thực tế cho thấy nhiều học sinh nhiều học sinh có kiến thức vững vàng nhưng trong kì thi vẫn không giải quyết hết các yêu cầu của đề ra, lí do chủ yếu là do các em giải bài tập theo cách truyền thống, việc này làm mất nhiều thời gian nên không tạo được hiệu quả cao trong việc làm bài thi trắc nghiệm

3 Các biện pháp tổ chức thực hiện

3.1 Kinh nghiệm 1: Dựa vào phản ứng đốt cháy

Nhận xét:

* Khi làm bài tập đốt cháy hiđrocacbon chúng ta cần chú ý đến tỉ lệ số nguyên tử hiđro và cacbon trong các phân tử cũng như chú ý đến tỉ lệ số mol H2O và CO2 để xác định loại hiđrocacbon

Ta có: CO 2 H O 2

H-C

n - n

k-1 ( k: là số liên kết  trong phân tử H-C )

+ Ankan:

H O CO

n > n ;

ankan H O CO

+ Anken :

CO H O

+ Ankin hoặc ankadien:

CO H O

n > n ;

2 2

ankin,ankadien CO H O

* Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp gồm 2 H-C mạch hở

+ Nếu

H O CO

n > n thì hỗn hợp có ankan

+ Nếu

CO H O

n > n thì hỗn hợp có ankin hoặc ankadien

+ Nếu

CO H O

n = n → 2 anken

→ ankan, ankin trong đó nankan= nankin

* Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp ankan và anken thì

ankan H O CO

* Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp ankin và anken thì

2 2

ankin CO H O

* Các công thức cần nhớ khi tính toán:

- Số Cacbon = CO 2

H-C

n

n ; Số cacbon

CO

H-C

62.n

H O

 ( Công thức này có thể áp dụng với các hợp chất hữu cơ)

- Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố oxi: 2 2

2

CO

2 2

H O O

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

( ) ( )

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp gồm C 2 H 2 và H-C X thu được 2(l) CO 2 và 2(l) hơi H 2 O (cùng đk) Xác định CTPT của X ? [TSĐH KB-2008]

A CH4 B C2H4 C C2H6 D C3H6

HD:

CO H O

V = V  hỗn hợp gồm 1 ankin( C2H2) và 1 ankan

Ta có số C trung bình CO 2

hh

V 1  C2H2 và X: C2H6

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 2,24 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm: CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8

thu được 6,16 gam CO 2 và 4,14 gam H 2 O Số mol C 2 H 4 trong hỗn hợp trên là:

A 0,08 mol B 0,09 mol C 0,01 mol D 0,02 mol

HD: Trong bài này ta nhận thấy C2H4 là anken, còn lại là ankan

Số mol hỗn hợp = 0,1 mol

ankan H O CO

n = n - n = 4,14:18 - 6,16:44 = 0,09 mol

nC2H4 = 0,1 – 0,09 = 0,01 mol

Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm 1 ankan và 1 anken, tỉ khối của X so với khí Hidro là 11,25 Đốt cháy hoàn toàn 4,48(l) X thu được 6,72 (l) CO 2 Biết tất cả các khí đều đo ở đktc Xác định CTPT của X?

A CH4 và C4H8 B C2H6 và C2H4 C CH4 và C2H4 D CH4 và C3H6 HD: nX = 0,2 mol ; nCO2 = 0,3 mol

m X  11, 25 2 0, 2    4,5g

mC = 0,3 x 12 = 3,6 g  mH = 4,5 - 3,6 = 0,9 g  nH2O = 0.45 mol

Vì hỗn hợp X gồm 1 ankan và anken nên: nankan= 0,45 - 0,3 = 0,15 mol

 nanken= 0,2-0,15 = 0,05 mol

Số 2

1,5

0, 2

CO X

n

C

n

Đặt CTPT anken: CnH2n

0,3 0,15

3 0,05

n   Vậy anken là: C3H6

Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol 1 ankin X , sau phản ứng thu được 25,2 gam hỗn hợp CO 2 và H 2 O Xác định CTPT của ankin?

A C2H2 B C3H4 C C4H6 D C5H8

HD: Áp dụng công thức tính nhanh

Số cacbon CO 2 2

H-C

62.n

H O

62 0,15



Vậy CTPT của X là: C3H4

3.2 Kinh nghiệm 2 : Phản ứng đề hidro hóa và crackinh ankan

Nhận xét:



















2 2

2 2

2

2

:

H

H C

H C B H

C

m m crackinh

n

n

* Sau phản ứng thì thể tích, số mol chất khí tăng

* Gọi n1 , m1 là số mol và khối lượng ankan ban đầu; n2, m2 là số mol và khối lượng hỗn hợp khí sau phản ứng thì:

+ nanken= n2 - n1

+ nankan phản ứng= n2 - n1 (với phản ứng crackinh chỉ tạo ra 1 ankan và 1 anken)

+ nH2 = n2 - n1 ( với phản ứng đề hidro hóa)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m1 = m2  n × M = n × M1 1 2 2 

_

_ 2 1

=

2

H = = - 1 = - 1

n n M (áp dụng cho trường hợp crackinh ankan chỉ tạo ra 1 ankan và 1 anken)

Lưu ý: Với trường hợp crakinh ankan thu được 1 anken và 1 ankan mới, sau đó ankan mới tiếp tục crackinh thì không áp dụng công thức nankan phản ứng= n2 - n1

* Lượng CO2 và H2O thoát ra khí đốt cháy A bằng lượng CO2 và H2O thoát ra khi đốt cháy B

Ví dụ 1: Khi crakinh hoàn toàn 1 thể tích ankan X thu được 3 thể tích hỗn hợp Y, các thể tích khí đo cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất Biết dY/H2  12, xác định CTPT của ankan? [ TSĐH KA 2008]

A C6H14 B C3H8 C C4H10 D C5H12 HD:

X

Vậy CTPT của X là: C5H12

Ví dụ 2: Cho Butan qua xúc tác ở nhiệt độ cao thu được hỗn hợp X gồm C 4 H 10, C 4 H 8 ,

C 4 H 6 và H 2 Tỉ khối của X so với Butan là 0,4 Nếu cho 0,6 mol X vào dung dịch Brom

dư thì số mol Brom tối đa phản ứng là? [TSĐH KB 2011]

A 0,48 mol B 0,24 mol C 0,36 mol D 0,6 mol

HD: MX = 0,4 x 58= 23,2

Mbutan= 58

Ta có: butan X

X butan

n M 58 nButan= 0,4 × 0,6 = 0,24 mol

H Br

n = n = 0,6 - 0,24 = 0,36 mol



Ví dụ 3: Crakinh 560 (l) C 4 H 10 thu được 1036 (l) hỗn hợp gồm nhiều H-C khác nhau Các khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất Tính Hiệu suất phản ứng crackinh?

A 75% B 80% C 85% D 90% HD: Áp dụng công thức tính nhanh

1036

560

H



Ví dụ 4: Crakinh 22,4 (l) C 4 H 10 ở đktc thu được hỗn hợp Y gồm các H-C Đốt cháy hoàn toàn Y thu được x(g) CO 2 và y(g) H 2 O Tính giá trị x,y?

A 176 và 180 B 44 và 18 C 44 và 72 D 176 và 90

HD: Đốt cháy hỗn hợp Y chính là đốt cháy C4H10

0

t

2 C H +13 O  8 CO +10 H O

4 10

C H

2

2

3.3 Kinh nghiệm 3: Cộng H2 vào Hidrocacbon không no

Nhận xét:

Trong phản ứng cộng Hidro vào các hiđrocacbon không no ta thấy tổng khối lượng các chất trước và sau phản ứng là không đổi, số mol các nguyên tố không đổi, chỉ thay đổi về số mol hỗn hợp và khối lượng mol trung bình













 







) (

) (

2 2

2 2 ,

2

2

du H

du H C

H C B H

H

C

n n t

Ni n

CnH2n + H2   Ni,t o CnH2n + 2

A

du H

du H C

ankan H

C

anken H

C

B H

ankin H

C

n n

n n

n n t

Ni n

2

2 2

2 2 2

,

2

2

) ( )

(









 









CnH2n-2 + 2H2dư CnH2n+2

+ nH2(pư) = nA - nB

+ Theo ĐLBTKL :

_

_

A B

n M

= n M

+ Theo ĐLBT nguyên tố: khối lượng C và H trong A và B bằng nhau Do đó đốt cháy hỗn hợp B cũng là đốt cháy hỗn hợp A

Ví dụ 1: Hỗn hợp A gồm C 2 H 4 , C 3 H 6 và H 2 Cho 3,36 lit hỗn hợp A qua bình đựng Ni nung nóng thu được hỗn hợp B (các pư xảy ra hoàn toàn) Đốt cháy hỗn hợp B thu được 5,6 lit CO 2 ở đktc và 5,4 g nước Thành phần phần trăm theo thể tích của H 2

trong hỗn hợp A là:

HD: nA = 0,15 mol, nH2O = 0,3 mol, nCO2 = 0,3 mol

Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta thấy lượng CO2 và H2O sinh ra khi đốt A hay B đều bằng nhau

Khi đốt C2H4, C3H6 thì nH O2 = nC O2

Độ chênh lệch số mol CO2 và H2O chính là số mol H2O sinh ra khi đốt H2

Vậy:

H H O CO

n = n - n = 0,3 - 0,25 = 0,05 mol

2

H

0,05

0,15

Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm H 2 , C 2 H 4 và C 3 H 6 có tỉ khối so với H 2 là 9,25 Cho 22,4 lít X (đktc) vào bình kín có sẵn một ít bột Ni Đun nóng bình một thời gian, thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H 2 bằng 10 Tổng số mol H 2 đã phản ứng là?

[TSĐH KA 2013]

A 0,070 mol B 0,015 mol C 0,075 mol D 0,050 mol

HD: Ta có

X Y

Y X

Y

M

n = 0,925×1= 0,925 mol



Số mol H2 phản ứng là:

2

H

n = 1- 0,925 = 0,075 mol

Ví dụ 3: Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,02 mol C 2 H 2 và 0,03 mol H 2 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 H 2 là 10,08 Giá trị của m là?[TSĐH KA 2010]

HD: Theo định luật bảo toàn khối lượng mY = mX = 0,02 26 + 0,03.2 = 0,58g

nZ = 0,28: 22,4 = 0,0125 mol

` M Z  10 , 08  2  20 , 16  m Z  0 , 0125  20 , 16  0 , 252g

Khối lượng bình tăng chính là khối lượng hiđrocacbon bị giữ lại

m = mY – mZ = 0,58 – 0,252 = 0,328 g

Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm C 2 H 2 và H 2 có cùng số mol Lấy một lượng hỗn hợp X cho qua chất xúc tác nung nóng, thu được hỗn hợp Y gồm C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 2 H 2 và H 2 Sục Y vào dung dịch brom (dư) thì khối lượng bình brom tăng 10,8 gam và thoát ra 4,48 lít hỗn hợp khí (đktc) có tỉ khối so với H 2 là 8 Thể tích O 2 (đktc) cần để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y là:

A 33,6 lít B 22,4 lít C 26,88 lít D 44,8 lít

HD: mY = Khối lượng khí pư với Br2 + khối lượng khí thoát ra

Y

4,48

m = 10,8 + × 8 × 2 = 14 g

22,4

Theo định luật bảo toàn khối lượng mY = mX =14g

Gọi số mol mỗi chất trong X là a: 26a + 2a = 14 → a = 0,5 mol

Theo định luật bảo toàn nguyên tố C và H Số mol O2 dùng để đốt Y cũng bằng số mol

O2 dùng để đốt X:

C + O2

0

t

 CO2 4H + O2

0

t

 2H2O

n + n = 0,5 × 2 + (0,5 × 2 + 0,5 × 2) = 1,5 mol

V = 1,5 × 22,4 = 33,6(l)O2

3.4 Kinh nghiêm 4: Áp dụng bảo toàn số mol liên kết π với bài tập cộng Hidro, Brom vào Hidrocacbon chưa no

Tính chất cơ bản của hiđrocabon không no là tham gia phản cộng để phá vỡ liên kết pi Đối với hiđrocacbon mạch hở số liên kết π được tính theo công thức:

CxHy: Số liên kết π = 2

2

2x  y

Ta xem số mol liên kết π được tính bằng = số mol phân tử  số liên kết π

VD: Có a mol CnH2n+2-2k thì số mol liên kết π = a.k

Hiđrocacbon không no khi tác dụng với H2 hay halogen thì:

CnH2n+2-2k + kH2 → CnH2n+2 (Số liên kết π = k)

CnH2n+2-2k + kBr2 → CnH2n+2-2k Br2k

Ta thấy số mol liên kết π bằng số mol H2 hay Br2 phản ứng Dựa vào điều này ta có thể giải quyết nhiều bài toán một cách nhanh chóng

Phương pháp này thường áp dụng với bài toán hiđrocacbon không no cộng H2 sau đó cộng brom

Khi đó

π H Br

n = n + n