Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp lập công thức phân tử của hydrocacnon

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp lập công thức phân tử của hydrocacnon

1. II.2 – BÀI TỐN LẬP CTPT HYDROCACBON II.2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP CƠNG THỨC PHÂN TỬ CỦA HYDROCACNON II.2.1.1 Phương pháp khối lượng hay % khối lượng. 1) Phương pháp giải : Bước 1 : Tìm MA : tùy theo giả thiết đề bài cho mà sử dụng các cách tính sau để tìm MA Tìm MA dựa trên các khái niệm cơ bản, các định luật cơ bản. Cĩ nhiều cách để tìm khối lượng phân tử, tùy từng giả thiết đề bài cho mà dùng cách tính thích hợp. 1. Dựa vào khối lượng riêng DA (đktc) MA = 22,4 . DA với DA đơn vị g/l 2. Dựa vào tỉ khối hơi của chất hữu cơ A MA = MB . dA/B MA = 29 . dA/KK 3. Dựa vào khối lượng (mA ) của một thể tích VA khí A ở đktc MA = (22,4 . mA)/ VA mA: khối lượng khí A chiếm thể tích VA ở đktc 4. Dựa vào biểu thức phương trình Mendeleep – Claperon: Cho mA (g) chất hữu cơ A hĩa hơi chiếm thể tích VA (l) ở nhiệt độ T (oK) và áp suất P(atm) mRT PV = nRT M (R = 0,082 atm/ oKmol) pV 5. Dựa vào định luật Avogadro: Định luật: Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, mọi thể tích khí bằng nhau đều chứa cùng một số phân tử khí. m A m B VA = VB => nA = nB M A M B M => MA = mA B m B Bước 2 : Đặt CTPT chất A: CxHy
2. Xác định thành phần các nguyên tố trong hydrocacbon. Cách 1 :Dùng khi đề bài -Khơng cho khối lượng hydrocacbon đem đốt cháy -Tính được mC, mH từ mCO2, mH2O Tính khối lượng các nguyên tố cĩ trong A và mA (g) chất A. - Xác định C: m V mC (trong A) mC (trong CO ) 12. CO2 12.n 12. CO2 2 44 CO2 22,4 - Xác định H m mH(trong A) mH (trong H2O) 1.2n 2 H2O 2.n H 2O 18 H 2O - Xác định mA mA = mH + mA * Xác định CTPT chất hữu cơ A: CxHy Dựa trên CTTQ chất hữu cơ A: CxHy 12 y M M .m M .m x A x A C ; y A H m C m H m A 12.m A m A Cách 2 : Khi đề bài cho biết thành phần % các nguyên tố trong hỗn hợp * Dùng cơng thức sau: 12 y M M .%C M .%H x A x A ; y A % C %H 100% 12.100 100 CTPT A. Cách 3 : * Tìm CTĐG nhất => CTN => CTPT A m m %C %H x : y C : H α : β hoặc x : y : α : β 12 1 12 1 - CTĐG nhất : C H => CTTN : (C H)n - Xác định n: biện luận từ CTTN để suy ra CTPT đúng của A : y 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x 1, nguyên dương. Từ đĩ xác định được CTPT đúng của chất hữu cơ A. Lưu ý: Khi bài tĩan yêu cầu xác định CTĐG nhất của chất hữu cơ A (hay CTN của A) hoặc khi đề khơng cho dữ kiện để tìm MA thì ta nên làm theo cách trên. 2) Các ví dụ : Ví dụ 1 :
3. Một hydrocacbon A cĩ thành phần nguyên tố: % C = 84,21; %H = 15,79; Tỉ khối hơi đối với khơng khí bằng dA/KK = 3,93. Xác định CTPT của A GIẢI Bước 1: Tính MA: Biết dA/KK => MA = MKK. dA/KK = 29.3,93 = 114 Bước 2 : Đặt A : CxHy 12x y M A %C %H 100 M .%C 114.84,21 x A 8 12.100 12.100 M .%H 114.15,79 y A 18 1.100 1.100 Suy ra CTPT A: C8H18 Ví dụ 2 : Một hydrocacbon A ở thể khí cĩ thể tích gấp 4 lần thể tích của lưu huỳnh đioxit cĩ khối lượng tương đương trong cùng điều kiện. Sản phẩm cháy của A dẫn qua bình đựng nước vơi trong dư thì cĩ 1g kết tủa đồng thời khối lượng bình tăng 0,8g. Tìm CTPT A. GIẢI * Tìm MA : 1VA = 4VSO2(ở cùng điều kiện ) nA = 4nSO2 m mA SO2 1 4 4 (A và SO2 cĩ khối lượng tương đương nhau) M M M M A SO2 A SO2 MSO 64 M 2 16 A 4 4 Cách 1 : giải theo phương pháp khối lượng hay % khối lượng : Đặt A : CxHy Bình đựng Ca(OH)2 hấp thụ CO2 và H2O Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O m = mCaCO3 = 1g nCO2 = nCaCO3 = 1/100= 0,01mol nC = nCO2 = 0,01mol mC = 12.0,01=0,12g mCO2 = 0,01.44 = 0,44g mbình = mCO2 + mH2O mH2O = 0,8-0,44 = 0,36g
4. mH O 0,36 m 2 2 2 0,04g H 18 18 ĐLBT khối lượng (A) :mA = mC + mH = 0,12 +0,04 = 0,16 12 y M M .m 16.0,12 Ta cĩ x A x A C 1 m C m H m A 12.m A 12.0,16 M .m 16.0,04 y A H 4 m A 0,16 Vậy CTPT A : CH4 Cách 2 : Biện luận dựa vào điều kiện y 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x 1, nguyên x =1 và y = 4 CTPT A. Ví dụ 3: Đốt cháy hồn tồn 2,64g một hydrocacbon A thu được 4,032 lít CO2 (đktc). Tìm CTPT A? GIẢI * Tìm thành phần các nguyên tố : mC (trong A) = mC (trong CO2) = (4,032/ 22,4)*12 = 2,16g mH = mA – mC = 2,64 – 2,16 = 0,48g m m 2,16 0,48 x:y= C : H = : =3:8 12 1 12 1 CTN : C3H8 CTTN : (C3H8)n Biện luận : Số H 2 số C +2 8n 6n + 2 n 1 mà n nguyên dương n = 1 CTPT A : C3H8 II.2.1.2) Phương pháp dựa vào phản ứng cháy: Dấu hiệu nhận biết bài tốn dạng này : đề bài đốt cháy một chất hữu cơ cĩ đề cập đến khối lượng chất đem đốt hoặc khối lượng các chất sản phẩm (CO2, H2O) một cách trực tiếp hoặc gián tiếp (tức tìm được khối lượng CO2, H2O sau một số phản ứng trung gian). 1) Phương pháp giải: Bước 1 : Tính MA (ở phần II.2.1.1) Bước 2 : Đặt A : CxHy * Viết phương trình phản ứng cháy. y t0 y C x H y x O 2  xCO 2 H 2O 4 2
5. MA(g) 44x 9y mA(g) mCO2 mH2O * Lập tỉ lệ để tính x,y y y x+ M 44x 9y 1 x A hoặc = 4 = = 2 m m m n n n n A CO2 H2O A O2pu CO2 H2O M .m M .m x A CO2 , y A H2O 44m A 9m A * Từ đĩ suy ra CTPT A Một số lưu ý: 1) Nếu đề bài cho: oxi hĩa hịan tịan một chất hữu cơ A thì cĩ nghĩa là đốt cháy hịan tịan chất hữu cơ A thành CO2 và H2O 2) Oxi hĩa chất hữu cơ A bằng CuO thì khối lượng oxy tham gia phản ứng đúng bằng độ giảm khối lượng a(g)của bình đựng CuO sau phản ứng oxi hĩa. Thơng thường trong bài tốn cho lượng oxi tham gia phản ứng cháy, để tìm khối lượng chất hữu cơ A nên chú ý đến định luật bảo tồn khối lượng mA + a = mCO2 + mH2O 3) Sản phẩm cháy (CO2, H2O) thường được cho qua các bình các chất hấp thụ chúng. 4) Bình đựng CaCl2 (khan), CuSO4 (khan), H2SO4 đặc, P2O5, dung dịch kiềm, hấp thụ nước. Bình đựng các dung dịch kiềm hấp thụ CO2. Bình đựng P trắng hấp thụ O2. 5) Độ tăng khối lượng các bình chính là khối lượng các chất mà bình đã hấp thụ. 6) Nếu bài tốn cho CO2 phản ứng với dung dịch kiềm thì nên chú ý đến muối tạo thành để xác định chính xác lượng CO2. 7) Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ với oxy nên để oxy lại cân bằng sau từ vế sau đến vế trước. Các nguyên tố cịn lại nên cân bằng trước, từ vế trước ra vế sau phương trình phản ứng. 2) Bài tập ví dụ : Ví dụ 1 : Đốt hồn tồn 0,58g một hydrocacbon A được 1,76g CO2 và 0,9g H2O. Biết A cĩ khối lượng riêng DA  2,59g/l. Tìm CTPT A Tĩm tắt : 0,58g X + O2 (1,76g CO2; 0,9 g H2O) DA  2,59g/l. Tìm CTPT A? GIẢI :
6. * Tìm MA : Biết DA => MA = 22,4.2,59  58 * Viết phương trình phản ứng cháy, lập tỉ lệ để tìm x,y y t0 y C x H y x O 2  xCO 2 H 2O 4 2 MA(g) 44x 9y mA(g) mCO2 mH2O M 44x 9y 58 44x 9y A = m m m 0,58 1,76 0,9 A CO2 H2O x = 4 y =10 Vậy CTPT A : C4H10 Ví dụ 2 : Khi đốt cháy hịan tịan 0,42 g một Hydrocacbon X thu tịan bộ sản phẩm qua bình 1 đựng H2SO4 đặc, bình 2 đựng KOH dư. Kết quả, bình 1 tăng 0,54 g; bình 2 tăng 1,32 g. Biết rằng khi hĩa hơi 0,42 g X chiếm thể tích bằng thể tích của 1,192 g O2 ở cùng điều kiện. Tìm CTPT của X Tĩm tắt đề: CO Bình 2 đựng KOHdư 0,42g X (C H ) +O2 2 Bình 1đựng ddH2SO4 đ x y CO2 H2O -H O, -CO2, 2 m1=0,54g m2=1,32g Tìm CTPT X? GIẢI * Tính MX : 0,42g X cĩ VX = VO2 của 0,192g O2 (cùng điều kiện) m X m O2 => nX = nO2 => M M X O2 m X .M O 0,42.32 => M 2 70 X m 0,192 O2 * Gọi X : CxHy y t0 y C x H y x O 2  xCO 2 H 2O 4 2 MX 44x 9y (g) 0,42 mCO2 mH2O (g) Ta cĩ : M 44x 9y X (1) m X m CO2 m H2O
7. Đề bài cho khối lượng CO2, H2O gián tiếp qua các phản ứng trung gian ta phải tìm khối lượng CO2, H2O * Tìm mCO2, mH2O : - Bình 1 đựng dd H2SO4 đ sẽ hấp thụ H2O do đĩ độ tăng khối lượng bình 1 chính là khối lượng của H2O : m1 = mH2O=0,54g (2) - Bình 2 đựng dd KOH dư sẽ hấp thụ CO2 do đĩ độ tăng khối lượng bình 2 chính là khối lượng của CO2 : m2 = mCO2 =1,32g (3) 70 44x 9y (1), (2), (3) 0,42 1,32 0,54 x = 5 y = 10 Vậy CTPT X : C5H10 (M = 70đvC) II.2.1.3 Phương pháp thể tích (phương pháp khí nhiên kế): ❖Phạm vi ứng dụng : Dùng để xác định CTPT của các chất hữu cơ ở thể khí hay ở thể lỏng dễ bay hơi. ❖Cơ sở khoa học của phương pháp : Trong một phương trình phản ứng cĩ các chất khí tham gia và tạo thành (ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất) hệ số đặt trước cơng thức của các chất khơng những cho biết tỉ lệ số mol mà cịn cho biết tỉ lệ thể tích của chúng. 1)Phương pháp giải Bước 1 : Tính thể tích các khí VA, VO2, VCO2, VH2O (hơi) Bước 2 : Viết và cân bằng các phương trình phản ứng cháy của hydrocacbon A dưới dạng CTTQ CxHy Bước 3 : Lập các tỉ lệ thể tích để tính x,y y t0 y C x H y x O 2  xCO 2 H 2O 4 2 y y 1(l) x (l) x(l) (l) 4 2 VA(l) VO2 (l) VCO2 (l) VH2O (hơi)(l) y y y y x x 1 x 1 x 4 2 hay 4 2 V V V V n n n n A Ị2 CO2 H2O A O2 CO2 H 2O V n x CO2 CO2 ; VA n A
8. 2V 2n y H2O H 2O VA nA Cách khác : Sau khi thực hiện bước 1 cĩ thể làm theo cách khác: - Lập tỉ lệ thể tích VA: VB : VCO2 : VH2O rồi đưa về tỉ lệ số nguyên tối giản m:n:p:q. - Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ A dưới dạng: t o mCxHy + nO2  pCO2 + qH2O - Dùng định luật bảo tồn nguyên tố để cân bằng phương trình phản ứng cháy sẽ tìm được x và y =>CTPT A * Một số lưu ý: - Nếu VCO2 : VH2O = 1:1 => C : H = nC : nH = 1: 2 - Nếu đề tĩan cho oxy ban đầu dư thì sau khi bật tia lửa điện và làm lạnh (ngưng tụ hơi nước) thì trong khí nhiên kế cĩ CO2 và O2 cịn dư. Bài tĩan lý luận theo CxHy - Nếu đề tĩan cho VCxHy = VO2 thì sau khi bật tia lửa điện và làm lạnh thì trong khí nhiên kế cĩ CO2 và CxHy dư. Bài tĩan lý luận theo oxy. - Khi đốt cháy hay oxi hĩa hịan tồn một hydrocacbon mà giả thiết khơng xác định rõ sản phẩm, thì các nguyên tố trong hydrocacbon sẽ chuyển thành oxit bền tương ứng trừ: N2 khí N2 Halogen khí X2 hay HX (tùy bài) 2. Bài tập ví dụ Ví dụ 1: Trộn 0,5 l hỗn hợp C gồm hydrocacbon A và CO2 với 2,5 l O2 rồi cho vào khí nhiên kế đốt cháy thì thu được 3,4 l khí, làm lạnh chỉ cịn 1,8 l. Cho hỗn hợp qua tiếp dung dịch KOH (đặc) chỉ cịn 0,5 l khí. Các V khí đo cùng điều kiện. Tìm CTPT của hydrocacbon A. Tĩm tắt đề : CxHy : a (l) Gọi 0,5 l hỗn hợp CO2 : b (l) đốt ll(- H2O) 0,5l hỗn hợp + 2,5l O2 CO2 ,O2 dư,H2O CO2,O2dư KOHđ(- CO2) O2 dư GIẢI : * O2 dư , bài tĩan lý luận theo Hydrocacbon A y t0 y C x H y x O 2  xCO 2 H 2O 4 2