Vận dụng bảo toàn số mol liên kết PI để giải quyết cá bài toán hóa hữu cơ khó trong đề thi THPT quốc gia

+ Xác suất đúng ngẫu nhiên thấp + Tiết kiệm thời gian chấm bài + Gây được sự hứng thú học tập của học sinh + Học sinh có thể tự kiểm tra đánh giá kết quả học tập của mình một cách nhanh

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam ra nói riêng việc đưa loại bài tập trắc nghiệm có nhiều lựa chọn vào các kì thi ngày càng phổ biến vì nó có nhiều

ưu điểm

+ Xác suất đúng ngẫu nhiên thấp

+ Tiết kiệm thời gian chấm bài

+ Gây được sự hứng thú học tập của học sinh

+ Học sinh có thể tự kiểm tra đánh giá kết quả học tập của mình một cách nhanh chóng qua các bài kiểm tra trên lớp, trong sách, hay trên mạng internet Đồng thời tự đề ra biện pháp bổ sung kiến thức một cách hợp lí

Đối với những loại bài tập này các em cần phải trả lời nhanh và chính xác cao

vì thời gian dành cho mỗi câu trung bình chỉ là 1,25 phút Do đó các em phải trang bị cho mình ngoài những cách giải thông thường, cần có những phương pháp để giải nhanh, chọn đúng

Qua những năm giảng dạy bộ môn Hóa học ở trường THPT, Tôi nhận thấy các

em học sinh thường rất yếu khi giải bài tập đặc biệt là giải bài tập trắc nghiệm khách quan Hiện nay theo hướng kiểm tra đánh giá mới nâng dần tỉ lệ trắc nghiệm khách quan thì trong một bài kiểm tra thường có rất nhiều dạng toán,

mà thời gian chia đều cho mỗi câu trắc nghiệm lại rất hạn chế Nếu các em vẫn giải bài tập theo hướng trắc nghiệm tự luận như trước đây thì thường không có

đủ thời gian để hoàn thành một bài kiểm tra đánh giá dẫn đến chất lượng bộ môn thấp Từ thực tế trên tôi thấy rằng cần hướng dẫn cho học sinh những thủ thuật để các em hành trang tốt khi bước vào kì thi và là bước ngoặt quan trọng của cuộc đời

“VẬN DỤNG BẢO TOÀN SỐ MOL LIÊN KẾT PI ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC BÀI TOÁN HÓA HỮU CƠ KHÓ TRONG ĐỀ THI THPT QUỐC GIA”.

PHẦN II: NỘI DUNG

I.CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.

Qua giải pháp này tôi mong muốn giáo viên sẽ chủ động hơn khi hướng dẫn học sinh giải bài tập trắc nghiệm ở mức độ vận dụng môn Hóa học trong đề thi THPT Quốc Gia Còn đối với học sinh giải pháp này sẽ giúp đỡ các em rất nhiều trong việc trang bị cho mình một số phương pháp giải nhanh, chọn đúng các bài tập trắc nghiệm khách quan Từ đó các em không ngừng phát huy tính tích cực chủ động, sáng tạo trong học tập bộ môn

II.THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Hiện nay trong chương trình hóa học đề thi THPT Quốc Gia của Bộ Giáo Dục

và Đào Tạo trắc nghiệm khách quan là 100% Thời gian trung bình để trả lời 1 câu hỏi trắc nghiệm khách quan là 1,25 phút Trong khi đó nhiều bài tập giải theo phương pháp cũ thì rất dài và tốn thời gian Như vậy rõ ràng là nhiều phương pháp giải bài tập theo hướng tự luận như trước đây đã thật sự không phù hợp với phương pháp kiểm tra đánh giá mới

Về phía học sinh khi học môn Hóa học các em thường thấy rất khó khăn trong việc giải bài tập trắc nghiệm khách quan, nên chất lượng các bài kiểm tra thường không cao Nguyên nhân do: Kỹ năng phân loại bài tập còn chưa sâu sắc, Các em giải các bài tập trắc nghiệm như bài tự luận nên thời gian không đảm bảo Từ đó kết quả bộ môn thấp dẫn đến các em luôn nghĩ là môn học quá sức nên khó có thể cố gắng được.Từ những thực trạng trên Tôi suy nghĩ

làm thế nào để vận dụng “VẬN DỤNG BẢO TOÀN SỐ MOL LIÊN KẾT

PI ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC BÀI TOÁN HÓA HỮU CƠ KHÓ ĐỀ THI THPT QUỐC GIA” vào thực tế giảng dạy thực sự có hiệu quả cho học sinh

tham gia kì thi THPT Quốc Gia

III.CÁC GIẢI PHÁP CỤ THỂ.

Đối với Giáo viên:

Phải hệ thống hóa kiến thức trọng tâm của chương một cách logic và khái quát nhất

Nắm vững các phương pháp giải bài tập và xây dựng hệ thống bài tập phải thật

sự đa dạng, nhưng vẫn đảm bảo trọng tâm của chương trình phù hợp với đối tượng học sinh

Tận dụng mọi thời gian để có thể hướng dẫn giải được lượng bài tập là nhiều nhất

Luôn định hướng và có biện pháp giúp đỡ các em học sinh có học khá giỏi để các em có cách tiếp cận điểm cao trong đề thi

Không ngừng tạo tình huống có vấn đề đối với các em học sinh khá giỏi …

Đối với Học sinh:

Phải tích cực rèn kỹ năng hệ thống hóa kiến thức sau mỗi bài, mỗi chương Phân loại bài tập hóa học và lập hướng giải cho từng dạng toán

Tích cực làm bài tập ở lớp và đặc biệt là ở nhà

Phải rèn cho bản thân năng lực tự học, tự đánh giá

IV CƠ SỞ LÍ THUYẾT:

1 Khái niệm độ bội k trong hóa học hữu cơ

Độ bội k = tổng số liên kết pi (  ) + số vòng V

+ Công thức tính k với hợp chất chứa CxHyOzNt: k=

2

x t y  

Liên kết pi (  ) của chương trình THPT :

+ Hợp chất no, tức trong phân tử chỉ có liên kết đơn (liên kết xichma) có k=0

+ 1 liên kết đôi C=C được tính bằng 1 pi  C=C và 1 liên kết xichma + 1 liên kết 3 -C≡C- được tính bằng 2 pi  C=C và 1 liên kết xichma + 1 liên kết C=O trong hợp chất andehit đơn chức, xeton đơn chức, axitcacboxylic đơn chức, este đơn chức được tính bằng 1 liên kết pi

+ Hợp chất đơn vòng như Xicloan ankan có k bằng 1, vòng 6 cạnh

benzen có k = 4 trong đó pi (  C=C = 3, có V bằng 1.

2 Kiến thức cơ bản phải nắm vững và vận dụng linh hoạt khi giải toán bằng phương pháp bảo toàn số mol liên kết  :

+ Số mol liên kết  = số mol x số liên kết 

+ 1 liên kết đôi có  C=C = 1 sẽ phản ứng với 1 mol X2( Br2, Cl2, H2,

…) trong dung dịch với dung môi H2O hoặc dung môi hữu cơ như C6H6

hoặc CCl4…), 1 mol HX với X= Cl-, Br-, OH-…Tạo hợp chất no

+ 1 liên kết ba có  -C≡C-= 2 sẽ phản ứng với 2 mol X2( Br2, Cl2, H2,

…) trong dung dịch với dung môi H2O hoặc dung môi hữu cơ như C6H6

hoặc CCl4…), 2 mol HX với X= Cl-, Br-, OH-… Tạo hợp chất no

+ 1 liên kết pi  C=O trong chức andehit phản ứng 1 mol Br2 trong dung môi là H2O (chú ý trong dung môi hữu cơ như sẽ không phản ứng)

hoặc 1 mol H2 tạo hợp chất no

+ 1 mol liên kết pi  C=O trong chức xeton chỉ phản ứng 1 mol H2

tạo hợp chất no mà không phản ứng với Br2 , HX trong trong các dung môi thông thường khác.

+ 1 liên kết pi  C=O trong chức Axit cacboxylic ( trừ duy nhất

HCOOH là phản ứng Br2 trong dung môi H2O theo tỉ lệ 1:1) hay trong chức Este không phản ứng với H2 hay HX hay Br2 trong bất cứ dung môi thông thường nào

+ Đối với mono Xiclo ankan: + 1 mol mono Xiclo ankan vịng 3 cạnh phản ứng cộng mở vịng với 1 mol H2 hoặc 1 mol Br2 trong dung dịch + 1 mol mono Xiclo ankan vịng 4 cạnh chỉ phản ứng mở vịng với 1 mol H2 mà khơng phản ứng mở vịng với dung dịch Br2

+ 1 mol mono Xiclo ankan vịng 5 cạnh trở lên khơng cĩ phản ứng cộng mở vịng

3 Nguyên tắc vận dụng phương pháp bảo tồn số mol liên kết pi trong giải tốn hĩa học hữu cơ:

Tổng số mol liên kết pi cĩ khả năng phản ứng trong các hợp chất hữu cơ ban đầu = tổng số mol H2 (nếu cĩ phản ứng) + tổng số mol Br2(nếu cĩ phản ứng) + tổng số mol HX(nếu cĩ phản ứng)

V BÀI TẬP MẪU:

Bài 1: Hỗn hợp X gồm but-1-en và butan cĩ tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 3.

Dẫn X qua ống đựng xúc tác thích hợp, nung nĩng thu được hỗn hợp Y gồm các chất mạch hở CH4, C2H6 C2H4, C3H6, C4H6, C4H8, C4H10, H2 Tỷ khối của Y

so với X là 0,5 Nếu dẫn 1 mol Y qua dung dịch brom dư thì khối lượng brom phản ứng là m gam Tính m?

Hướng dẫn giải

o

o

4 10

4 8

t , xt

t , xt

4 10 n 2n m 2m 2

X

Y X

X Y

Phương trình phản ứng :

Trong 8 mol Y c











2

Br pư với 0,1 mol Y

Br pư với 0,1 mol Y

ó1 4 5 mol liên kết



Bài 01: Hỗn hợp X gồm metan, etilen, propin, vinylaxetilen và hiđro Dẫn X

qua Ni nung nĩng, sau phản ứng hồn tồn thu được hỗn hợp Y cĩ tỉ khối so với khí nitơ đioxit là 1 Biết 5,6 lít hỗn hợp Y (đktc) làm mất màu vừa đủ 72 gam brom trong dung dịch Hỏi 5,6 lít hỗn hợp X (đktc) làm mất màu vừa đủ bao nhiêu gam brom trong dung dịch?

Hướng dẫn giải

o

2

4 n

Br 0,45

n

2

hỗn hợp X

Các hiđrocacbon trong X có dạng C H

Y phản ứng với Br nên trong Y không còn H

Sơ đồ phản ứng :

C H : a mol

C H : 0,25 mol C H Br

H : b mol

















          

      

o

2

2n x 2.0,25 0,45 2n x 1,6 x 5,2

2

C H : 0,25

H : 0,15 Phản ứng của X với Br : C H 2,4Br C H Br

0,25 0,6









2 2

0,4 mol X làm mất màu 0,6.160 96 gam Br

0,25.96 0,25 mol X làm mất màu 60 gam Br

0,4











Bài 3: Đun a (mol) axetilen với 13,44 lít khí H2 ở đktc cĩ Ni xúc tác, đến khi phản ứng xảy ra hồn tồn thu được hỗn hợp X.Cho X tác dụng hết với dung dịch nước brom dư thì thấy cĩ 64 gam brom tham gia phản ứng,cịn nếu cho X tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3 trong mơi trường NH3 dư thấy tạo ra

24 gam kết tủa Tính giá trị của a

Hướng dẫn giải

Cách 1:

Theo bài ra ta cĩ phương trình hĩa học:

4 2 2

2

2H H C H

C   (1)

x x x

) 2 (

6 2 2

4

2H H C H

y y y

) 3 (

2 4 2 2

4

2H Br C H Br

) 5 ( 2

2 2

) 4 ( 2

3 4 2

2 3 3

2

2

4 2 2 2

2

2

NO NH Ag

C NH AgNO

H

C

Br H C Br

H

C















Từ phương trình (5) và bài ra ta có:

n (C2H2)dư = 0,1 (mol)

Từ phương trình (3);( 4) và (5) và bài ra ta có:

n (C2H4) ở (3) = 0,2 (mol)

Theo bài ra ta có: x + y = 0,6 (*)

Từ phương trình 3 ta có: x- y = 0,2 (**)

Từ (* ) và (**) ta có: x = 0,4 và y = 0,2

Từ đó suy ra : a = 0,4 + 0,1 = 0,5 mol

Cách 2:

Khi cho C2H2 tác dụng với H2 được hỗn hợp X, X tác dụng với dung dịch brom dư các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn nên SP sau khi tác dụng với brom

và hidro đều là hợp chất no nên ta có:

Số mol liên kết (  ) = 2a = n(H2) + n(Br2) = 0,6 + 0,4 = 1

 a = 0,5

Từ hai cách giải trên ta có thể thấy được sự hiệu quả về mặt thời gian như thế nào đối với việc sử dụng định luật bảo toàn cho liên kết pi

Bài 4: Một bình kín chỉ chứa các chất sau: axetilen (0,5 mol), vinylaxetilen

(0,4 mol), hiđro (0,65 mol) và một ít bột niken Nung nĩng bình một thời gian, thu được hồn hợp khí X cĩ tỉ khối so với H2 bằng 19,5 Khí X phản ứng vừa đủ với 0,7 mol AgNO3 trong dung dịch NH3, thu được m gam kết tủa và 10,08 lít hỗn hợp khí Y (đktc) Khí Y phản ứng tối đa với 0,55 mol Br2 trong dung dịch.Tính giá trị của m:

Hướng dẫn giải









Y

2

19,5.2

H phản ứng hết











C H dư2 2 C H dư4 4 C H4 6













         

C H dư2 2

C H4 6

Bài 5: Hỗn hợp X gồm axetilen ( 0,15 mol), vinylaxetilen (0,1 mol), etilen

( 0,1 mol) và hiđro ( 0,4 mol) Nung X với xúc tác niken một thời gian thu được hỗn hợp Y cĩ tỉ khối đối với hiđro bằng 12,7 Hỗn hợp Y phản ứng vừa

đủ với dung dịch chứa a mol Br2 Tính giá trị của a:

Hướng dẫn giải

Cách 1: Sử dụng phương pháp trung bình:

Ta cĩ gọi cơng thức chung của các hiđrocacbon là:C n H2n22k

Ta tính và 2

35 , 0

1 1 , 0 3 1 , 0 2 15 , 0















k

Khi đó ta có các phương trình hóa học:

2 2 2

2

2

2n  k   n n

n H k H C H

C

x k x

k k n n k

n

n H k Br C H Br

y k y

Mặt khác áp dụng định luật định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m (X) = m(Y) = 0 , 15  26  0 , 1  52  0 , 1  28  0 , 4  2  12 , 7 (g)

 n(Y) = 0,5 mol

 n(H2) phản ứng = n(X) – n(Y) = 0,75 – 0,5 = 0,25 (mol)

Theo bài ra ta có:

x + y = 0,35 mol

n(H2) phản ứng = k x = 0,25 mol  x = 0 , 125

2

25 , 0 25 , 0





 n(Br2) = k y = 2 0,225 = 045 (mol)

Cách 2:

Áp dụng định luật định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m (X) = m(Y) = 0 , 15  26  0 , 1  52  0 , 1  28  0 , 4  2  12 , 7 (g)

 n(Y) = 0,5 mol  n(H2) phản ứng = n(X) – n(Y) = 0,75 – 0,5 = 0,25 (mol)

Số mol liên kết (  ) = 0 , 15  2  0 , 1  3  0 , 1  1  0 , 7

= n(H 2 )phản ứng + n(Br 2 )  a = 0,7 – 0,25 = 0,45

Bài 6: Cho hỗn hợp Z gồm 0,15 mol CH4, 0,09 mol C2H2 và 0,2 mol H2.Nung

Z với Ni xúc tác thu được hỗn hợp Y.Cho Y đi qua dung dịch brom dư thu

được hỗn hợp khí A có thể tích 6,048 lít ở đktc và có M  16 Hãy tính độ tăng khối lượng bình brom và số mol brom tham gia phản ứng

Hướng dẫn giải

Theo bài ra ta có:

) ( 27 , 0 4

,

22

048

,

6

mol

n A    m A  0 , 27  16  4 , 32 (g)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m (Z)= m (bình brom tăng ) + m(A)  m(bình brom tăng) = 0,82 gam

Từ M A  16nên trong A có H2, CH4, C2H6 Không khó khăn ta tính được trong

A có:

6

2

2 C H

n  =0,06 (mol)  n(H2) phản ứng với C2H2 = 0, 14 mol

 Áp dụng định bảo toàn cho liên kết pi ta có:

0,09  2= 0,14 +n Br2  n Br2  0 , 04 (mol)

Bài 7: Trong bình kín dung tích không đổi(5,6 lít) chứa 0,15 mol H2 và 0,1 mol

C2H4 cùng với một ít bột Ni làm chất xúc tác.Nung nóng bình một thời gian rồi làm lạnh đến 0o C, áp suất trong bình lúc này là p.Hỗn hợp sau phản ứng tác dụng đủ với 0,8 gam Br2 trong dung dịch

Tính % thể tích của H2 đã than gia phản ứng, tính Hiệu suất phản ứng hidro hóa

Tính tỉ khối hơi của hỗn hợp khí trong bình sau phản ứng so với O2 và p

Hướng dẫn giải

Theo bài ra ta có :

) ( 005 , 0

160

8

,

0

n Br  

Áp dụng định luật bảo toàn cho liên kết pi ta có:

0,11 = 0,005 + n H2(phản ứng)  n H2(phản ứng) = 0,095 (mol)

2

%H phản ứng = 63 , 33 %

15 , 0

100 095 , 0





Hiệu suất phản ứng (H) = 95 %

1 , 0

100 095 , 0





số mol sau phản ứng = Tổng số mol trước phản ứng – số mol H2 tham gia phản ứng = 0,25 – 0,095 = 0,155 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m (Trước phản ứng) = m(sau phản ứng) = 3,1 gam

M (của hỗn hợp sau phản ứng) = 20

15 , 0

1 , 3



625 , 0

32

20

2





O

62 , 0 6

, 5

4 , 22 155 , 0









V

nRT

Bài 8: Đốt cháy hoàn toàn 1 mol chất béo thu được số mol CO2 nhiều hơn

số mol nước là 6 mol Mặt khác a mol chất béo trên tác dụng với 600 ml

dung dịch brom 1M Tính giá trị của a:

Hướng dẫn giải

nCO2 - nH2O = 6.n chất béo

→ số liên kết π trong chất béo = 6 + 1 = 7

Số liên kết π trong mạch cacbon (trừ đi liên kết π trong 3 nhóm R-COO): 7 - 3

= 4 → a = 0,6 : 4 = 0,15 mol

Bài 9: Cho X, Y là hai chất thuộc dãy đồng đẳng của axit acrylic và MX < MY;

Z là ancol có cùng số nguyên tử cacbon với X; T là este hai chức tạo bởi X, Y

và Z Đốt cháy hoàn toàn 11,16 gam hỗn hợp E gồm X, Y, Z, T cần vừa đủ 13,216 lít khí O2 (đktc), thu được khí CO2 và 9,36 gam nước Mặt khác 11,16

gam E tác dụng tối đa với dung dịch chứa 0,04 mol Br2 Tính khối lượng muối thu được khi cho cùng lượng E trên tác dụng hết với dung dịch KOH dư ?

Hướng dẫn giải

2

CO

m = 11,16 + 0,59.32 – 9,36 = 20,68 n CO 2= 0,47< n H 2 O= 0,52 ancol no, đơn chức

2

r

B

n = 0,04 = Số mol liên kết  trong mạch của 2 axit và este  Gọi nAxit = x ;

nAncol = y và nE = z

Bảo toàn cho Oxi : 2x + 2y + 4z = 0,47.2 + 0,52.1 - 1,18 = 0,28 (1)

Bảo toàn liên kết  : x + 2z = 0,04 (2) Từ (1) và (2) → y = 0,1 ;

Công thức chung của X,Y: CnH2n-2O2 (n  3)  chọn n = 3 và m = 4

Axit là C3H4O2 a mol và C4H6O2 b mol , Ancol C3H8O2  Este C10H14O4 z mol

Bảo toàn cho liên kết : a + b + 2z = 0,04

Bảo toàn cho C: 3a + 4b + 10z = 0,47 – 0,1.3 = 0,17

Bảo toàn khối lượng: 72a + 86b + 198z = 11,16 – 0,1.76 = 3,56

 Giải ra: a = b = z = 0,01

Muối là : C2H3COOK (0,01.2) và C3H5COOK (0,01.2)

 m = 0,02(110 + 124) = 4,68

Bài 10: Đốt cháy hoàn toàn m gam triglixerit X cần vừa đủ 2,31 mol O2, thu được H2O và 1,65 mol CO2 Cho m gam X tác dụng với dung dịch NaOH vừa

đủ, thu được glixerol và 26,52 gam muối Mặt khác, m gam X tác dụng được tối đa với a mol Br2 trong dung dịch Tính giá trị của a ?

Hướng dẫn giải

2 2 +O :2,31mol BT:O

3 3 5

2

3 5 3 +NaOH:3x mol

3 3 5

BTKL

CO :1,65mol

H O:y mol mX=mC+mH+mO = 1,65.12+2y+6x.16 = 96x+2y+19,8

C H (OH) :x mol (RCOO) C H :x mol

RCOONa:3x mol 96











k= 6



Số π trong gốc hidrocacbon là 6 – 3 = 3 → a = 0,03.3 = 0,09 mol

Bài 11: Đốt cháy hoàn toàn 1 mol chất béo, thu được lượng CO2 và H2O hơn kém nhau 6 mol Mặt khác a mol chất béo trên tác dụng tối đa với 600 ml dung dịch Br2 1M Tính giá trị của a?

Hướng dẫn giải

CTTQ chung chất béo: C x H 2x-4-2k O 6

CxH2x – 4 - 2kO6 + 3 8

2

x k 

O2 t o

  x CO2 + (x – 2 – k)H2O

1 mol x x – 2 – k (mol) Theo bài ra: Lượng CO2 và H2O hơn kém nhau 6 mol

Từ pứ ta có: n CO2  n H O2  6  x – (x – 2 – k) =6  k = 4

Vậy, nchất béo=a mol  n lk  (trong chất béo) = 4a =nBr2 (pứ)

4a = 0,6  a = 0,15

Bài 12: Hỗn hợp X có khối lượng 7,25 gam chứa 0,1 mol gồm các axit amin

no, mạch hở và các amin mạch hở Hỗn hợp X làm mất màu 12,8 gam Br2 Đốt cháy hoàn toàn X thu được sản phẩm là CO2, N2 và nước, trong đó

H O CO

thu được dung dịch Z, cho tiếp HCl vào dung dịch Z thì thu được m gam muối Tính m