SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐỐT CHÁY HỖN HỢP AMIN VÀ HIĐROCACBON NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ ÔN THI TỐT
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐỐT CHÁY HỖN HỢP AMIN VÀ HIĐROCACBON NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ ÔN THI TỐT NGHIỆP TRUNG
HỌC PHỔ THÔNG CHO HỌC SINH LỚP 12
Người thực hiện: Trần Thị Ngà
Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hóa Học
Trang 21 MỞ ĐẦU Trang
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 2
2.1.2 Các phương trình cháy của hiđrocacbon 22.1.3 Các mối liên hệ khi đốt cháy hỗn hợp amin với hiđrocacbon 22.1.4 Các cách qui đổi amin và hiđrocacbon 32.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3
2.3.1 Phương pháp dùng các giá trị cacbon trung bình
(C´ ¿ ¿ và hiđro trung bình (H´ ¿ để đánh giá
3
2.3.2 Phương pháp dùng mối liên hệ ¿ ¿ - n CO2−n N2) hoặc
¿ ¿ - n CO2)
4
Trang 3TNTHPT: Tốt nghiệp trung học phổ thông
Trang 41 MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài
Giải toán Hóa học bằng nhiều cách là một trong nhữngphương pháp hiệu quả trong việc hình thành và phát triển tưduy cho học sinh Đồng thời điều này cũng giúp tạo ra hứngthú, kích thích sự say mê tìm tòi, ham học hỏi của học sinh.[1]
Chính vì thế, bản thân là một giáo viên trực tiếp giảng dạymôn hóa học, tôi không ngừng nghiên cứu, tìm tòi, học hỏi đểxây dựng cho mình một phương pháp dạy riêng, một giờ ôn tập,luyện tập có hiệu quả nhất, nhằm giúp học sinh không nhữngbiết giải bài tập mà còn biết tạo ra nhiều cách giải thông minh,độc đáo đối với những bài tập phức tạp Từ đó việc học hóa, giảibài tập hóa không còn là quá khó đối với học sinh
Bài tập đốt cháy hỗn hợp amin và hiđrocacbon là loại bài tậpứng với mức độ vận dụng hoặc vận dụng cao trong kỳ thiTNTHPT và thi thử TNTHPT của nhiều trường trong cả nước Nếugiáo viên không xây dựng phương pháp và hệ thống loại bài tậpnày thì học sinh sẽ thấy, loại bài tập này rất khó và thường sẽ
bỏ qua khi làm
Trong quá trình giảng dạy của mình, đặc biệt là dạy khối vàdạy ôn thi TNTHPT, tôi nhận thấy khi xây dựng các phươngpháp giải bài tập đốt cháy hỗn hợp amin và hiđrocacbon thì kếtquả học tập môn hóa học được cải thiện đáng kể và làm tănghứng thú học tập với bộ môn
Từ những lí do trên tôi lựa chọn đề tài “Xây dựng các
phương pháp giải bài tập đốt cháy hỗn hợp amin và hiđrocacbon nhằm nâng cao hiệu quả ôn thi tốt nghiệp trung học phổ thông cho học sinh lớp 12’’ làm sáng kiến
kinh nghiệm của mình
1.2 Mục đích nghiên cứu
Xây dựng các phương pháp giải bài tập đốt cháy hỗn hợpamin và hiđrocacbon Nhằm tăng hứng thú và kết quả học tậpcho học sinh THPT
Trang 51.3 Đối tượng nghiên cứu
Bài tập đốt cháy hỗn hợp amin và hiđrocacbon thuộc chươngtrình THPT
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lí thuyết
Trong trang này: Đoạn ‘’Giải toán Hóa học… ham học hỏi của học sinh’’ tác giả tham khảo tài liệu số [1] Đoạn sau tác giả tự viết.
2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1 Các phương trình cháy của amin
a Amin no, đơn chức mạch hở
Trang 6CnH2n + 2 + (3 n+1)
2 O2 → nCO2 + (n + 1) H2O Nhận xét: n H2O - n CO2 = n ankan
2.1.3 Các mối liên hệ khi đốt cháy hỗn hợp amin với hiđrocacbon
a Đốt cháy hỗn hợp amin no đơn chức mạch hở với ankan
Từ các phương trình cháy trên, ta có:
n H2O - n CO2−n N2 = n hỗn hợp =n amin + n akan (1*)
b Đốt cháy hỗn hợp amin no đơn chức mạch hở với anken
Từ các phương trình cháy trên, ta có:
n H2O - n CO2−n N2 = n amin (2*)
c Đốt cháy hỗn hợp amin no đơn chức mạch hở với ankin
Từ các phương trình cháy trên, ta có:
Trang 72.3 Giải pháp
2.3.1 Phương pháp dùng các giá trị cacbon trung bình ( C´ ¿ ¿
và hiđro trung bình (H´ ¿ để đánh giá
Ví dụ (Bài tập tham khảo trang hoctap.dvtienich.com)
Đốt cháy hoàn toàn 50 ml hỗn hợp khí X gồm trimetylamin vàhai hiđrocacbon đồng đẳng kế tiếp bằng một lượng oxi vừa đủ,thu được 375 ml hỗn hợp Y gồm khí và hơi Dẫn toàn bộ Y đi quadung dịch H2SO4 đặc (dư), thể tích khí còn lại là 175 ml Các thểtích khí và hơi đo ở cùng điều kiện Hai hiđrocacbon đó là
2.3.2 Phương pháp dùng mối liên hệ ¿ ¿ - n CO2−n N2) hoặc ¿ ¿ - n CO2)
Ví dụ: (Bài tập tham khảo trang moon.vn)
Trang 8Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm hai amin (đơn chức,thuộc cùng dãy đồng đẳng) và hai anken cần vừa đủ 0,2775mol O2, thu được tổng khối lượng CO2 và H2O bằng 11,43 gam.Giá trị lớn nhất của m là:
3,25
Hướng dẫn :
Gọi CTPT của 2 amin là C´n H 2 ´n+ 1−2 k NH2 ( k ≥ 0)
Gọi số mol của CO2 và H2O lần lượt là a, b
Bảo toàn khối lượng : 44a + 18b = 11,43
2.3.3 Phương pháp qui đổi
Ví dụ (Bài tập tham khảo trang hoctap.dvtienich.com)
Hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon mạch hở (cùng số nguyên tửcacbon) Hỗn hợp Y gồm đimetylamin và trimetylamin Đốt cháyhoàn toàn 0,17 mol gồm m gam X và m gam Y cần vừa đủ 0,56mol O2, thu được hỗn hợp khí và hơi Z Dẫn toàn bộ Z vào bìnhđựng dung dịch Ca(OH)2 dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn,khối lượng dung dịch giảm 12,96 gam so với dung dịch ban đầu
và có 0,672 lít khí thoát ra Mặt khác, m gam X tác dụng tối đavới t mol H2 (xúc tác Ni, t°) Giá trị của t là
A 0,32 B 0,18 C 0,16
D 0,19
Hướng dẫn:
Nhận thấy
Trang 9Hỗn hợp E gồm amin X (no, mạch hở) và hiđrocacbon Y (trong
đó số mol X lớn hơn số mol Y) Đốt cháy hết 0,26 mol E cầndùng vừa đủ 2,51 mol O2, thu được N2, CO2 và 1,94 mol H2O.Mặt khác, nếu cho 0,26 mol E tác dụng với dung dịch HCl dư thìlượng HCl phản ứng tối đa là 0,28 mol Khối lượng của Y trong0,26 mol E bằng bao nhiêu?
A 10,32 gam B 10,55 gam C 12,00 gam.
Trang 10=> CTPT của X là C H N 0,14 5 14 2 m X 14, 28
Bảo toàn H: nH 0,14.14 0,12y 1,94.2 y 16
=> CTPT của Y là C7H16 (0,12) =>mY = 0,12.100 = 12 gam
2.3.5 Một số ví dụ
Ví dụ 1: (Đề thi thử TNTHPT - SGDĐT Thanh Hóa - 2021)
Hỗn hợp X gồm 2 amin no, đơn chức, mạch hở, đồng đẳng kếtiếp và hai hidrocacbon mạch hở, là chất khí ở điều kiện thường,
có cùng số nguyên tử hidro trong phân tử Đốt cháy hoàn toàn6,72 lít X cần vừa đủ 24,528 lít O2, thu được H2O, 35,2 gam CO2
và 1,12 lít N2 Phần trăm khối lượng của amin có phân tử khối
nhỏ hơn trong X gần nhất với giá trị nào sau đây?
A 29% B 19% C 15%
D 22%
Hướng dẫn :
Cách 1 : Phương pháp dùng các giá trị C´ và H´ để đánh giá
nCO2 = 0,8 (mol) ; nO2 = 1,095 (mol) ; n N2 = 0,05 (mol)
Bảo toàn O => n O
(O2¿) ¿ = n O
(CO¿ ¿ 2 ¿ ) ¿ ¿+ n(O) H2O => n H2O = 1,095 2 – 0,8 2 =0,59 (mol)
Bảo toàn khối lượng
mX = m CO2+ m H2O +m N2- m O2= 35,2 +0,59.18 + 0,05.28 –1,095.32
=12,18 gam
Số H´ = 2n H2O
n X = 3,9333Các amin no, đơn chức có ít nhất 5 nguyên tử H nên các HĐRCBphải có số nguyên tử H < 3,9333
Mặt khác, hai HĐRCB có cùng số nguyên tử H và đều là chất khí
ở điều kiện thường => Công thức phân tử của 2 HĐRCB là C4H2
Trang 11Bảo toàn khối lượng
Mặt khác, hai HĐRCB có cùng số nguyên tử H và đều là chất khí
ở điều kiện thường => Công thức phân tử của 2 HĐRCB là C4H2
Ví dụ 2: (Đề minh họa thi TNTHPT của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo năm 2021)
Hỗn hợp E gồm amin X (no, mạch hở) và ankan Y, số mol X lớn hơn số mol Y.Đốt cháy hoàn toàn 0,09 mol E cần dùng vừa đủ 0,67 mol O2, thu được N2, CO2
và 0,54 mol H2O Khối lượng của X trong 14,56 gam hỗn hợp E là
A 7,04 gam B 7,20 gam C 8,80 gam D 10,56gam
Số mol X, Y tương ứng trong 0,09 mol E là a, b
Trang 12Ta có: 0,092 < a < 0,09 => 1,11 < x < 2,22 với x nguyên => x =2 => a = 0,05; b = 0,04
Bảo toàn (C) => n CO2 = 0,05.n + 0,04 m = 0,4 => 5n + 4m =40
Nghiệm thỏa mãn n = 4; m =5
CTPT của X, Y là C4H8(NH2)2 (0,05); C5H12 (0,04)
=> m E (trong 0,09 mol E) = 7,28 gam
=> Vậy trong 14,56 gam hỗn hợp E, số mol X là 0,05 2 = 0,1 => mX = 0,1 88 =8,8 gam => Chọn đáp án C
Cách 2: Qui đổi chất
Bảo toàn O: => n O
(O2¿)¿ = n O
(CO¿ ¿ 2 ¿ ) ¿ ¿+ n(O) H2O=> n CO2= 0,67.2−0,542 = 0,4 (mol)Gọi CTPT của X, Y lần lượt là CnH2n + 2 – x(NH2)x ; CmH2m + 2
Số mol X, Y tương ứng trong 0,09 mol E là a, b, theo bài a > b
1 = 0,1 (mol)Theo công thức amin => a = n N
x = 0,1x => 0,092 < a < 0,09 => 1,11< x <2,22
Vì x nguyên => x = 2 => a = 0,05; b =0,04
Bảo toàn (C) => n CO2 = 0,05.n + 0,04.m = 0,4 => 5n + 4m =40
Nghiệm thỏa mãn n = 4; m =5
CTPT của X, Y là C4H8(NH2)2(0,05); C5H12 (0,04)
=> m E (trong 0,09 mol E) = 7,28 gam
=> Vậy trong 14,56 gam hỗn hợp E, số mol X là 0,05 2 = 0,1 => mX = 0,1 88 =8,8 gam => Chọn đáp án C
Ví dụ 3: (Bài tập tham khảo trang hoc24.vn)
Trang 13Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp X gồm propilen và 2 amin
no mạch hở đồng đẳng kế tiếp trong oxi dư thu được 16,8 lít
CO2, 2,016 lít N2 (đktc) và 16,74 gam H2O Khối lượng của amin
có khối lượng mol phân tử nhỏ hơn là
A. 1,35 gam. B 2,16 gam. C 1,8 gam
Bảo toàn H: => n H2 = 0,93 2−0,75.2−0,182 = 0,09
=> a = 0,21; n´ = 43
Trang 14=> CTPT 2 amin là CH6N2 (u); C2H8N2 (t)
Lại có u + t =0,09
=> m CH6N2 = 0,06 46 = 2,76 gam => Chọn đáp án D
Ví dụ 4: (Bài tập tham khảo trang moon.vn)
Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm hai amin (đơn chức,thuộc cùng dãy đồng đẳng) và hai anken cần vừa đủ 0,2775mol O2, thu được tổng khối lượng CO2 và H2O bằng 11,43 gam
Gọi số mol của CO2 và H2O lần lượt là a, b
Bảo toàn khối lượng : 44a + 18b = 11,43
Ví dụ 5: (Bài tập tham khảo trang hoctap.dvtienich.com)
Hỗn hợp E gồm amin X (no, mạch hở) và ankin Y, số mol X lớn hơn số mol của
Y Đốt cháy hoàn toàn 0,11 mol E cần dùng vừa đủ 0,455 mol O2, thu được N2,
CO2 và 0,35 mol H2O Khối lượng của Y trong 22,96 gam hỗn hợp E là
A 8,80 gam B 5,20 gam C 6,24 gam D 9,60 gam
Hướng dẫn:
Trang 15Cách 1: Dùng mối liên hệ (nH2O – nCO2) kết hợp với biện luận để tìm sốnhóm chức amin
Bảo toàn O: => n CO2= 2n O2 −n H2O
2 = 0,28 (mol)Gọi CTPT lần lượt của X, Y là CnH2n + 2 +tNt (amol) và CmH2m -2 (b mol)
X là C3H10N2 (0,06) và Y là C2H2 (0,05)
=>m E = 0,06 74 + 0,05 26 = 5,74 và m Y =1,3 gam
khi m E = 22,96 => m Y = 5,2 gam Chọn đáp án B
Trang 16Ví dụ 6: (MĐ 201 – Đề thi TNTHPT năm 2020 – Đợt 2)
Hỗn hợp E gồm amin X (no, mạch hở) và hiđrocacbon Y (trong
đó số mol X lớn hơn số mol Y) Đốt cháy hết 0,26 mol E cầndùng vừa đủ 2,51 mol O2, thu được N2, CO2 và 1,94 mol H2O.Mặt khác, nếu cho 0,26 mol E tác dụng với dung dịch HCl dư thìlượng HCl phản ứng tối đa là 0,28 mol Khối lượng của Y trong0,26 mol E bằng bao nhiêu?
A 10,32 gam B 10,55 gam C 12,00 gam
D 10,00 gam
Hướng dẫn:
Cách 1: Phương pháp biện luận đã trình bày ở mục 2.3.4
Cách 2: Qui đổi chất kết hợp với biện luận
Ví dụ 7: ( Bài tập tham khảo trang moon.vn)
Hỗn hợp X gồm propin, buta-1,3-đien và một amin no, đơn chức, mạch hở Đemđốt cháy hoàn toàn 23,1 gam X cần dùng vừa đúng 2,175 mol O2 nguyên chấtthu được hỗn hợp sản phẩm Y gồm CO2, H2O và khí N2 Dẫn toàn bộ Y qua bình
Trang 17chứa dung dịch NaOH đặc dư, khí thoát ra đo được 2,24 lít (ở đktc) Công thứccủa amin là
Gọi CTPTTB của propin, buta-1,3-đien là C´n H 2 ´n−2 (x mol)
Gọi CTPT của amin là CnH2n + 3N (y =0,2 mol)Bảo toàn C: n CO2= x.n´ + n.y = 1,45
Bảo toàn H: n H2O = x(n´ – 1) + y(n + 1,5) = 1,45
=> x.n´ + n.y = x(n´ – 1) + y(n + 1,5) => x = 1,5y = 0,3
Số mol CO2 do 2 HĐRCB tạo ra có giá trị
Nhận thấy, thành phần CnH2n và CmH2m, khi cháy đều tạo n CO2 = n H2O
Để hỗn hợp cháy thu được n CO2 = n H2O
Trang 18thì tổng lượng nước cháy của H2 và NH3 bằng 0 => n H2O = -x + 0,2.32 = 0
Ví dụ 8: (Bài tập tham khảo trang hoctap.dvtienich.com)
Hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon mạch hở (cùng số nguyên tửcacbon) Hỗn hợp Y gồm đimetylamin và trimetylamin Đốt cháyhoàn toàn 0,17 mol gồm m gam X và m gam Y cần vừa đủ 0,56mol O2, thu được hỗn hợp khí và hơi Z Dẫn toàn bộ Z vào bìnhđựng dung dịch Ca(OH)2 dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn,khối lượng dung dịch giảm 12,96 gam so với dung dịch ban đầu
và có 0,672 lít khí thoát ra Mặt khác, m gam X tác dụng tối đavới t mol H2 (xúc tác Ni, t°) Giá trị của t là
A 0,32 B 0,18 C 0,16
D 0,19
Hướng dẫn:
Cách 1: Phương pháp qui đổi đã trình bày ở mục 2.3.3
Cách 2: Dựa vào giá trị C´và H´
Gọi số mol CO2 và H2O lần lượt là x, y
Trang 19Câu 1: (Bài tập tham khảo trang violet.vn)
Hỗn hợp khí X gồm đimetylamin và hai hidrocacbon đồng đẳngliên tiếp Đốt cháy hoàn toàn 100ml hỗn hợp X bằng một lượngoxi vừa đủ, thu được 480 ml hỗn hợp khí và hơi nước Nếu cho Y
đi qua dung dịch axit sunfuric đặc (dư) thì còn lại 180 ml khí(các thể tích khí và hơi đo cùng điều kiện) Công thức phân tửcủa hai hidrocacbon là
A CH4 và C2H6 B C2H4 và C3H6 C C2H6 và C3H8 D C3H6
và C4H8
Câu 2 (Bài tập tham khảo trang moon.vn)
Hỗn hợp khí X gồm đimetylamin và hai hiđrocacbon đồng đẳngliên tiếp Đốt cháy hoàn toàn 100 ml hỗn hợp X bằng một lượngoxi vừa đủ, thu được 550 ml hỗn hợp Y gồm khí và hơi nước.Nếu cho Y đi qua dung dịch axit sunfuric đặc (dư) thì còn lại 250
ml khí (các thể tích khí và hơi đo ở cùng điều kiện) Công thứcphân tử của hai hiđrocacbon là
A CH4 và C2H6 B C2H4 và C3H6 C C2H6 và C3H8 D
C3H6 và C4H8
Câu 3 : (Bài tập tham khảo trang moon.vn)
Hỗn hợp khí X gồm trimetylamin và hai hidrocacbon đồng đẳng
kế tiếp Đốt cháy hoàn toàn 100ml hỗn hợp X bằng một lượngoxi vừa đủ, thu được 750 ml hỗn hợp khí Y gồm khí và hơi nước.Nếu cho Y đi qua dung dịch axit sunfuric đặc (dư) thì còn lại 350
ml khí (các khí và hơi đo ở cùng điều kiện) Công thức phân tửcủa hai HĐRCB là
A C3H8 và C2H6 B C2H4 và C3H6 C C3H6 và C4H8 D
C2H6 và C3H8
Câu 4: (Bài tập tham khảo trang hoc247.net)
Trang 20Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp X gồm etilen và 2 amin no mạch hở đồngđẳng kế tiếp trong oxi dư thu được 16,8 lít CO2, 2,016 lít N2 (đktc) và 16,74 gam
H2O Khối lượng của amin có khối lượng mol phân tử nhỏ hơn là:
A 1,35gam B 2,16 gam C 1,8gam D 2,22 gam
Câu 5 : (Bài tập tham khảo trang moon.vn)
Hỗn hợp E gồm amin X (no, mạch hở, đơn chức, bậc III) và hai ankin Đốt cháyhoàn toàn 0,15 mol E cần dùng 0,5 mol O2, thu được N2, CO2 và H2O Dẫn toàn
bộ sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịch NaOH đặc dư, thấy khối lượng bìnhtăng 20,8 gam Khối lượng của amin X trong 10,72 gam hỗn hợp E là
A 3,54 gam B 2,36 gam C 4,72 gam D 7,08 gam
Câu 6 : (Bài tập tham khảo trang moon.vn)
Hỗn hợp E chứa 2 amin đều no, đơn chức và một hiđrocacbon X thể khí điều kiện thường Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol hỗn hợp E cần dùng 2,7 mol không khí (20% O 2 và 80% N 2 về thể tích) thu được hỗn hợp F gồm CO 2 , H 2 O và N 2 Dẫn toàn bộ F qua bình đựng NaOH đặc
dư thấy khối lượng bình tăng 21,88 gam, đồng thời có 49,616 lít (đktc) khí thoát ra khỏi bình Công thức phân tử của X là công thức nào sau đây?
A C 3 H 4 B C 3 H 6 C C 2 H 4 D.
C 2 H 6
Câu 7: (Bài tập tham khảo trang hoctap.dvtienich.com)
Hỗn hợp A gồm một amin X (no, hai chức, mạch hở) và haihiđrocacbon mạch hở Y, Z (đồng đăng kế tiếp, MY < MZ) Đốtcháy hoàn toàn 19,3 gam hỗn hợp A cần vừa đủ 1,825 mol O2,thu được CO2, H2O và 2,24 lít N2 (ở đktc) Mặt khác, 19,3 gam Aphản ứng cộng được tối đa với 0,1 mol brom trong dung dịch.Biết trong A có hai chất cùng số nguyên tử cacbon Phần trămkhối lượng của Y trong A là
A 21,76% B 18,13% C 17,62%
D 21,24%
Câu 8 (Bài tập tham khảo trang hoctap.dvtienich.com)
Hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon A, B (MA < MB) kế tiếp nhautrong một dãy đồng đẳng và metylamin Lấy 50 ml X trộn với
235 ml O2 (dư) Bật tia lữa điện để đốt cháy hết X Sau phản ứngthu được 307,5 ml hỗn hợp khí và hơi Làm ngưng tụ hoàn toànhơi nước còn lại 172,5 ml hỗn hợp khí Y Cho Y qua dung dịchNaOH dư còn lại 12,5 ml khí không bị hấp thụ Các khí đo cùngđiều kiện nhiệt độ và áp suất Xác định công thức phân tử vàphần trăm theo thể tích của B trong X