Qua thời gian học tập và giảng dạy, tôi tìm ra một số bài tập trên sách báo và các đề thi đại học-cao đẳng về các dạng toán của hiđrocacbon không no tác dụng với H2 và các dạng toán phụ
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT HẬU LỘC 4
*********&*********
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
SỬ DỤNG KĨ THUẬT ĐẶC TRƯNG ĐỂ GIẢI NHANH
BÀI TOÁN HIĐROCACBON KHÔNG NO
TÁC DỤNG VỚI H2
Người thực hiện : Nguyễn Thị Dung Chức vụ : Giáo viên
SKKN thuộc lĩnh vực : Hóa học
THANH HÓA, NĂM 2017
Trang 2MỤC LỤC
Trang
1.MỞ ĐẦU
1.1 Lí do chọn đề tài……… 1
1.2 Mục đích nghiên cứu………1
1.3 Đối tượng nghiên cứu……… 1
1.4 Phương pháp nghiên cứu……… 1
2 NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm……… 2
2.2.Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm………2
2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 2.3.1 Các phương pháp giải nhanh……….3
2.3.2 Các dạng toán thường gặp……… 4
Dạng 1: Bài toán hiđrocacbon tác dụng với H2……… 4
Dạng 2: Hiđrocacbon tác dụng H2 thu được hỗn hợp Y, sau đó đốt cháy Y … 6
Dạng 3 : Hiđrocacbon tác dụng H2 được hỗn hợp Y, cho Y tác dụng với Br2 9
Dạng 4: Hiđrocacbon tác dụng H2 được hỗn hợp Y, Y tác dụng với AgNO3 trong NH3, thu được Z cho tác dụng với dung dịch Br2……… 12
2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường……….14
3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận………15
3.2 Kiến nghị……… 15
Trang 31.MỞ ĐẦU
1.1 Lí do chọn đề tài.
Trong những năm gần đây, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã thay đổi hình thức thi sang trắc nghiệm khách quan Hình thức thi này đòi hỏi người giáo viên phải tìm ra phương pháp dạy cho học sinh dễ hiểu
Qua thời gian học tập và giảng dạy, tôi tìm ra một số bài tập trên sách báo
và các đề thi đại học-cao đẳng về các dạng toán của hiđrocacbon không no tác dụng với H2 và các dạng toán phụ liên quan Từ đó đưa ra cách giải phù hợp cho từng dạng để học sinh tiếp cận nhanh và hiệu quả nhất
Trong hóa học hữu cơ, khi thực hiện phản ứng hiđro hóa không hoàn toàn hỗn hợp hiđrocacbon không no X tạo ra hỗn hợp Y gồm nhiều sản phẩm Do đó khi gặp phải dạng toán này học sinh viết phương trình phản ứng rất phức tạp, dẫn đến việc giải hệ phương trình mất nhiều thời gian và dễ mắc sai lầm, đôi khi không định hướng được cách giải cụ thể Dẫn đến nhìn thấy dạng bài toán này học sinh lung túng không định hướng được các giải nhanh nhất
Do đó, để nâng cao khả năng giải nhanh và chính xác, tôi đã sưu tầm và rút kinh nghiệm ra các phương pháp chung cho các bài tập Qua đó giúp học sinh tiếp cận, làm quen với phương pháp này để nâng cao hiệu quả học tập và thi
đại học Chính vì những lí do trên mà tôi chọn đề tài “Sử dụng kĩ thuật đặc
trưng để giải nhanh bài toán hiđrocacbon không no tác dụng với H 2 ”
1.2 Mục đích nghiên cứu.
Với mong muốn có những hướng giải toán nhanh, phù hợp từng dạng toán
đã nghiên cứu đề tài này nhằm mục đích giúp các em học sinh giải quyết một cách tốt nhất dạng bài tập trong đề thi đại học- cao đẳng Giúp giáo viên phân dạng và nâng cao hiệu quả trong dạy học
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
Trong đề tài này tôi đề cập đến các phương pháp giải toán dạng hiđrocacbon không no tác dụng với H2 Những phương pháp này giúp học sinh giải nhanh bài toán và có định hướng theo các dạng cụ thể Đồng thời tôi phân theo các dạng và hướng giải quyết cho từng dạng toán Lấy các ví dụ minh họa
và cụ thể hóa cách giải để học sinh tiếp cận dễ dàng
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết Tôi đã sưu tầm các bài tập dạng này trong các đề thi học sinh giỏi, đề thi đại học – cao đẳng của bộ và
đề thi thử của các trường THPT rồi giải và rút ra phương pháp giải nhanh
Thu thập thông tin kết quả học tập về việc áp dụng đề tài “Sử dụng kĩ thuật
đặc trưng để giải nhanh bài toán hiđrocacbon không no tác dụng với H2” ở một
số lớp dạy để có sự so sánh đối chiếu thực nghiệm kết quả thực hiện của đề tài Đồng thời phân tích số liệu để có đánh giá chính xác nhất
Trang 42 NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.
Đối với dạng bài tập này thì có rất nhiều phương pháp đề giải toán Tuy nhiên để biết cách sử dụng các kĩ thuật đặc trưng để giải toán thì không phải học sinh nào cũng làm được, nếu học sinh không nắm vững các đặc trưng của từng bài toán và sử dụng phương pháp phù hợp thì sẽ làm cho bài toán trở nên khó khăn hơn nhiều và đôi lúc đi vào lúng túng và bế tắc
Các kĩ thuật đăc trưng giải bài toán dạng này chỉ hình thành khi học sinh nắm vững lý thuyết, nắm vững các kiến thức về tính chất hoá học của hiđrocacbon không no, biết vận dụng kiến thức vào giải bài tập Học sinh phải hình thành được các bước để giải, kèm theo đó là phải hình thành ở học sinh thói quen phân tích đề bài và định hướng được cách làm đây là một kỹ năng rất quan trọng đối với việc giải một bài toán Do đó, để hình thành được kỹ năng giải bài toán hiđrocacbon không no tác dụng H2 thì học sinh phải nắm vững các dạng
toán, cách làm, bên cạnh đó rèn luyện cho học sinh tư duy định hướng khi đứng trước một bài toán và khả năng phân tích đề bài Đưa ra kĩ thuật đặc trưng nhất
để giải nhanh và hiệu quả nhất
Chính vì vậy việc cung cấp cho học sinh “Sử dụng kĩ thuật đặc trưng để
giải nhanh bài toán hiđrocacbon không no tác dụng với H 2 ” đặc biệt là xây
dựng cho học sinh các phương pháp và dạng toán cụ thể giúp học sinh định hướng đúng khi làm bài tập là điều rất cần thiết, nó giúp học sinh có tư duy khoa học mạch lạc và đúng hướng
2.2.Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
Hiện nay về nội dung này thì đã có nhiều tài liệu đề cập đến tuy nhiên các tài liệu cũng chỉ mang tính chất chung chung ở việc đưa ra một số phương pháp
và các bài tập cơ bản, rời rạc lồng ghép với các nội dung khác mà chưa đề cập đúng mức về các phương pháp đặc trưng cho bài toán để học sinh có cách nhìn tổng quát, nắm vững và giải quyết tốt
Trong quá trình giảng dạy nhiều giáo viên đang xem nhẹ nội dung này Vì vậy học sinh khó có thể hình thành được kĩ năng giải toán và sẽ gặp nhiều khó khăn khi gặp phải những dạng mới và khó Đặc biệt là các câu hỏi hay trong các
đề thi đại học – cao đẳng
2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.
Trong đề tài tôi chỉ đề cập đến phản ứng cộng H2 vào liên kết của hiđrocacbon không no, mạch hở Liên kết là liên kết kém bền vững, nên chúng
dễ bị đứt ra để tạo thành liên kết với các nguyên tử khác
Khi có mặt chất xúc tác như Ni, Pt, Pd, ở nhiệt độ thích hợp, hiđrocacbon không no cộng hiđro vào liên kết pi
Ta có sơ đồ sau:
Trang 5Hçn hîp khÝ X gåm
Hi®rocacbon kh«ng no
vµ hi®ro (H2) Hçn hîp khÝ Y gåm
H®rocacbon no CnH2n+2
hi®rocacbon kh«ng no d
vµ hi®ro d
xóc t¸c, t0
Phương trình hoá học của phản ứng tổng quát
CnH2n+2-2k + kH2 0
xuc tac
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
Để giải bài tập toán hiđrocacbon không no tác dụng với H2 có rất nhiều phương pháp giải Tuy nhiên trong khuôn khổ của một sáng kiến kinh nghiệm
và dựa vào những đặc trưng cơ bản của bài tập toán, tôi đã chia ra các phương pháp đặc trưng nhất để giải các bài tập toán như sau :
2.3.1 Các phương pháp giải nhanh.
a Quan hệ về số mol.
Trong phản ứng cộng H2, số mol khí sau phản ứng luôn giảm (nY < nX) và chính bằng số mol khí H2 phản ứng
H 2 ph¶n øng
b Quan hệ về khối lượng.
Theo định luật bảo toàn khối lượng và nguyên tố :
→
m =m
Cụ thể: Theo dịnh luật bảo toàn khối lượng thì khối lượng hỗn hợp X bằng khối lượng hỗn hợp Y (mX = mY)
X
X/Y
Y
m
M
M
n
X/Y
Y X
n M
n M
c Phương pháp bảo toàn số mol liên kết pi ( ).
Tính chất cơ bản của hiđroocacbon không no là tham gia phản ứng cộng để phá
vỡ liên kết π
Đối với hiđrocacbon mạch hở liên kết π được tính theo công thức:
CxHy số liên kết π =2 2
2
x y
Trang 6Xem 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
NH3 (đối với ankin đầu mạch) 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
sau đó cộng Br2 hoặc tác dụng AgNO3 trong NH3 (đối với (a mol) ankin đầu mạch)
npi trong hidrocacbon đầu = nH 2 p.ư + nBr 2 2a
2.3.2 Các dạng toán thường gặp.
Dạng 1: Bài toán hiđrocacbon tác dụng với H 2
a Cách áp dụng
- Hiđrocacbon không no tác dụng H2 tạo hỗn hợp Y
- Bài toán hoàn toàn hoặc không, thường cho biết MX và MY
ứng
- Linh hoạt sử dụng mối quan hệ mol và quan hệ khối lượng
b Ví dụ minh họa.
Câu 1: (Đề thi TSĐH khối A – Năm 2013): Hỗn hợp X gồm H2, C2H4 và C3H6 có
tỉ khối so với H2 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 H2 bằng
10 Tổng số mol H2 đã phản ứng là
Hướng dẫn: nX= 22,4/22,4= 1mol→ mX = 9,25×2×1= 18,5 gam
Theo ĐLBTKL: mY= mX = 18,5 gam→ nY= 18,5/(10× 2)= 0,925 mol
→n H2pư = nX – nY= 1- 0,925= 0,075 mol → Chọn đáp án C
Câu 2: (Đề TSĐH KA năm 2012) Hỗn hợp X gồm H2 và C2H4 có tỉ khối so với
H2 là 7,5 Dẫn X qua Ni nung nóng, thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 là 12,5 Hiệu suất của phản ứng hiđro hóa là
Hướng dẫn:
X
Tự chọn lượng chất, xem hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol)
mX=15(g) mY=15(g) n =Y 15=0,6(mol)
25
Áp dụng sơ đồ đường chéo :
Trang 7a mol C2H4 (28)
M=15
b mol H2 (2)
15-2=13
28-15=13
a b
13
13 a=b=0,5 mol
2p
H
n = 1-0,6=0,4(mol
0,5
Câu 3: (Đề TSĐH KB năm 2009) Hỗn hợp khí X gồm H2 và một anken có khả
9,1 Đun nóng X có xúc tác Ni, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn
Công thức cấu tạo của anken là
Hướng dẫn:
X
Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol mX = 18,2gam
2
Y
Y H (X)
nanken = 1- 0,7=0,3 mol
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: 14n.0,3+2.0,7=18,2 n=4
CTPT: C4H8 Vì khi cộng HBr cho sản phẩm hữu cơ duy nhất nên chọn A
c Bài tập áp dụng.
Câu 1: (Đề TSCĐ năm 2009) 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
Đáp án C
Câu 2: Hỗn hợp khí A gồm H2 và anken C4H8 có tỉ khối so với H2 bằng 14,5 Đun nóng A với Ni một thời gian thu được hỗn hợp khí B có tỉ khối so với H2
bằng 23,2 Hiệu suất của phản ứng là:
Đáp án B
Câu 3: (Bài 6.11 trang 48 sách bài tập Hoá 11 nâng cao)
Trang 8Cho 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
Câu 4: Đun nóng hỗn hợp A gồm 0,1 mol axeton, 0,08mol propenal, 0,06mol
isopren và 0,32mol hiđro có Ni làm xúc tác thu hỗn hợp khí và hơi B.Tỉ khối của B so với không khí là 375/203 Hiệu suất hiđro đã tham gia phản ứng cộng là:
Đáp án C
Câu 5: Hỗn hợp khí A gồm H2 và anken C4H8 có tỉ khối so với H2 bằng 14,5 Đun nóng A với Ni một thời gian thu được hỗn hợp khí B có tỉ khối so với H2
bằng 23,2 Hiệu suất của phản ứng là:
Đáp án B
Câu 6: Hỗn hợp khí X gồm H2 và một anken Tỉ khối của X so với H2 bằng 9,1 Đun nóng X có xúc tác Ni, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp khí Y Tỉ khối của Y so với H2 bằng 13 Công thức cấu tạo của anken là:
Đáp án C
Câu 7: Hỗn hợp khí A ở đktc gồm hiđrocacbon mạch hở X và H2 có tỉ khối so với H2 bằng 4,8 Nung nóng A với xúc tác Ni để phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn khí B có tỉ khối so với H2 bằng 8 CTPT của X là:
Đáp án B
Câu 8: 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 Số mol H2 đã tham gia phản ứng là
Đáp án C
Dạng 2: Hiđrocacbon tác dụng H 2 thu được hỗn hợp Y, sau đó đốt cháy Y
a Cách áp dụng.
- Tính số mol O2 tham gia đốt cháy Y, Cho Sản phẩm Cháy qua Ca(OH)2 tính
khối lượng bình tăng…
- Nên viết sơ đồ phản ứng để tìm ra mối liên hệ bài toán
- Linh hoạt sử dụng định luật bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng và quan
hệ mol
Chú ý:
+ Đốt cháy Y cũng như đốt cháy X vì hỗn hợp X và Y chứa cùng số mol C và
H nên :
+ Khi đốt cháy hỗn hợp X hay hỗn hợp Y đều cho ta các kết quả sau
Trang 92 2
O (§èt ch¸y X) O (§èt ch¸y Y)
CO (§èt Ch¸y X) CO (§èt ch¸y Y)
H O(§èt ch¸y X) H O(§èt ch¸y Y)
Do đó 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 p 2 2
O CO H O
b Ví dụ minh họa.
Câu 1: (Đề TSĐH KA năm 2011) Hỗn hợp X gồm C2H2 và H2 có cùng số mol Lấy một lượng hỗn hợp X cho qua chất xúc tác nung nóng, thu được hỗn hợp Y gồm C2H4, C2H6, C2H2 và H2 Sục Y vào dd brom (dư) thì khối lượng bình brom tăng 10,8 gam và thoát ra 4,48 lít hh khí (đktc) có tỉ khối so với H2 là 8 Thể tích
O2 (đktc) cần để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y là
Hướng dẫn:
Sơ đồ phản ứng sau:
2
a (mol) C H
a (mol) H
0
t
2 4 2
C H d , C H
C H ,H d
2
Br ,d
Δ
2
Z(C H H d
Z
H m=10,8=C H d +C H
nC2H2 = nH2 = a
mX = mY = 10,8 + 0,2.16 = 14gam
→ 28a = 14 → a = 14/28 = 0,5
( bảo toàn nguyên tố C và H) → Đốt cháy Y cũng như đốt cháy X
→ nO2 = 0,5.2 + 0,5 = 0,15
2
O
Câu 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
Hướng dẫn:
Sơ đồ phản ứng như sau:
2
0,06 mol C H , 0,05mol C H
0,07mol H
0 ,
Ni t
Y 2 4 2 6 3 8
2 2 3 6 2
C H ,C H ,C H
C H ,C H ,H
®/cY
CO ,H O2 2
Trang 10Đốt cháy hỗn hợp Y cũng như đốt cháy X:
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố :
CO C H C H
2
H O
1
n = (2.0,06 + 6.0,05 + 2.0,07)= 0,28 mol
2
Câu 3: Đun nóng hỗn hợp khí gồm 0,3 mol C2H2 và 0,2 mol H2 với Ni sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y Đốt cháy hoàn toàn Y, toàn bộ sản phẩm hấp thụ vào dung dịch Ca(OH)2 dư thấy dung dịch thu được giảm m(g) so với ban đầu, đồng thời xuất hiện a(g) kết tủa Giá trị của m và a lần lượt là:
Hướng dẫn:
Sơ đồ pư: (C2H2 + H2) Ni,t 0
Y O2
(CO2 + H2O) +Ca(OH) 2
CaCO3↓ Bảo toàn C: n CaCO 3=n CO 2= 2n C H 2 2=0,6 mol→ a= 0,6×100= 60 gam
Bảo toàn H: n H O 2 = n C H 2 2+ n H 2= 0,5 mol
→ m= a – (m CO 2+m H O 2 )= 60-(0,6×44 + 0,5×18)= 24,6 gam
→ Đáp án A
c Bài tập áp dụng.
Câu 1: Hoà tan hết hỗn hợp rắn gồm CaC2, Al4C3 và Ca vào H2O thu được 3,36 lít hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 10 Dẫn X qua Ni đun nóng thu được hỗn hợp khí Y Tiếp tục cho Y qua bình đựng nước brom dư thì có 0,784 lít hỗn hợp khí Z (tỉ khối hơi so với He bằng 6,5) Các khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn Khối lượng bình brom tăng là
Đáp án C
Câu 2: Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,03 mol C2H2, 0,01 mol C3H6 và 0,04 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
Đáp án B
Câu 3: Hỗn hợp X gồm C2H2 và H2 có cùng số mol Lấy một lượng hh X cho qua chất xúc tác nung nóng, thu được hh Y gồm C2H4, C2H6, C2H2 và H2 Sục Y vào dd brom (dư) thì khối lượng bình brom tăng 2,4 gam và thoát ra 4,48 lít hh khí (đktc) có tỉ khối so với H2 là 8 Thể tích O2 (đktc) cần để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y là
Đáp án D