A. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong quá trình giảng dạy bộ môn hóa học lớp 11 chuyên và không chuyên cũng như trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi thi Olympic Hóa học cấp tỉnh, cấp quốc gia, bản thân tôi nhận thấy đa số các em gặp rất nhiều khó khăn trong việc giải các bài toán về ankin, một dạng bài tập phổ biến trong các đề thi học sinh giỏi, đề thi tốt nghiệp trung học phổ thông, đề thi tuyển sinh vào các trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp trong những năm gần đây. Để giúp các em giải các bài toán về ankin một cách có hiệu quả, bản thân tôi mạnh dạn chọn đề tài “phương pháp giải các bài tập về ankin” làm đề tài sáng kiến kinh nghiệm của mình. Vì khả năng và kinh nghiệm có hạn nên các sai sót là không thể tránh khỏi, tôi mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp và các em học sinh. 1 B. NỘI DUNG I. LÝ THUYẾT 1. Bài tập về phản ứng đốt cháy n 2n 2 2 3n 1 C H O 2 − − + o t → nCO 2 + (n-1)H 2 O * − = 2 2 CO H O ankin(p ) n n n * = + 2 2 2 H O O (p  ) CO n n n 2 2. Bài tập về phản ứng cộng hiđro Phản ứng xảy ra 2 giai đoạn: C n H 2n-2 + H 2 → o Ni,t C n H 2n (1) C n H 2n + H 2 → o Ni,t C n H 2n+2 (2) * Tốc độ hiđro hóa ankin thành anken lớn hơn tốc độ hiđro hóa anken thành ankan. * Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với cacbon, ta có: − = 2 X Y H (p  ) n n n (X: hỗn hợp trước phản ứng, Y: hỗn hợp sau phản ứng) * Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có: X Y m m= * X Y X/ Y Y X nM d n M = = * Vì X và Y chứa cùng số mol C và H nên khi đốt cháy X hay Y đều cho cùng kết quả (cùng 2 2 2 O (p  ) CO H O n ,n ,n ), do đó có thể dùng kết quả đốt cháy X để áp dụng cho Y. * Giả sử các phản ứng xảy ra hoàn toàn và 2 H n ≥ 2n ankin : C n H 2n-2 + 2H 2 → o Ni,t C n H 2n+ 2 * Giả sử các phản ứng xảy ra hoàn toàn và dư H 2 : C n H 2n-2 + 2H 2 → o Ni,t C n H 2n+ 2 3. Bài tập về phản ứng thế kim loại nặng (Áp dụng cho ank-1-in) R-C≡CH + [Ag(NH 3 ) 2 ] + + OH - → R-C≡CAg↓ + 2NH 3 + H 2 O HC≡CH + 2[Ag(NH 3 ) 2 ] + + 2OH - → AgC≡CAg↓ + 4NH 3 + 2H 2 O * Khối lượng bình tăng = khối lượng ank-1-in. 2 II. BÀI TẬP ÁP DỤNG 1. Bài tập phản ứng cháy Ví dụ 1: Đốt cháy 1 hiđrocacbon A mạch hở, có A/ KK d 1,5< cần 8,96 lit O 2 , phản ứng tạo ra 6,72 lit CO 2 . Xác định dãy đồng đẳng của A, CTPT và CTCT của A, biết các thể tích khí đo ở đktc. Giải: Ta có: 2 CO 6,72 n 0,3 (mol) 22,4 = = ; = = 2 O (p  ) 8,96 n 0,4(mol) 22,4 → = − = − = 2 2 2 H O O (p  ) CO n 2n 2n 2.0,4 2.0,3 0,2(mol) 2 2 CO H O n n> → A chứa ít nhất 2 liên kết π. A/ KK d 1,5< → M A < 1,5.29 = 43,5 → A chứa tối đa 3 nguyên tử cacbon. Gọi m C , m H lần lượt là khối lượng của các nguyên tố C và H, ta có: 2 C CO m 12n 12.0,3 3,6 (gam)= = = ; 2 H H O m 2n 2.0,2 0,4 (gam)= = = → 4,06,3 12 yx = → 43 yx = → CTPT của A: (C 3 H 4 ) n Do số nguyên tử cacbon tối đa bằng 3 → n = 1 → CTPT của A: C 3 H 4 → A có thể là ankin hay ankađien. CTCT của A: CH 3 -C≡CH, CH 2 =C=CH 2 Ví dụ 2: Đốt cháy 1 hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon A, B thuộc cùng dãy đồng đẳng thu được 19,712 lit CO 2 (đktc) và 10,08 gam H 2 O. a) Xác định dãy đồng đẳng của A, B (chỉ có thể là ankan, anken, ankin). b) Xác định CTPT và CTCT có thể có của A, B biết rằng A, B đều ở thể khí ở đktc. c) Tính thể tích O 2 dùng để đốt cháy hết lượng hỗn hợp X trên. Giải: a) Ta có: 2 CO 19,712 n 0,88 (mol) 22,4 = = ; 2 H O 10,08 n 0,56 (mol) 22,4 = = 2 2 CO H O n n> → A, B thuộc họ ankin. b) A: C n H 2n-2 : a (mol) B: C m H 2m-2 : b (mol) n 2n 2 C H − + 2 3n 1 O 2 − o t → 2 2 nCO (n 1)H O+ − 3 2 2 CO H O n n a b 0,88 0,56 0,32 (mol)− = + = − = → 2 CO n 0,88 n 2,75 a b 0,32 = = = + 42 ≤<<≤ mnn → CTCT: 2. Bài tập về phản ứng cộng hiđro Ví dụ 1: Một bình kín dung tích 2 lit ở 27,3 0 C chứa 0,03 mol C 2 H 2 ; 0,015mol C 2 H 4 và 0,04 mol H 2 có áp suất P 1 . Tính P 1 . Nếu trong bình kín đã có 1 ít bột Ni làm xúc tác. Nung bình đến nhiệt độ cao để phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau đó đưa về t 0 ban đầu thu được hỗn hợp khí A có áp suất P 2 . Tính P 2 . Cho hỗn hợp A tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO 3 trong NH 3 thu được 3,6 gam kết tủa. Tính thành phần % về thể tích của các chất trong hỗn hợp A. Giải: 1 0,085.22,4.273.1,1 P 1,0471 (atm) 273.2 = = Ta có: 2 2 2 2 4 H C H C H n 2n n< + → H 2 phản ứng hết. → = − = − = 2 S T H ( p  ) n n n 0,085 0,04 0,045(mol) 2 0,045.22,4.273.1,1 P 0,5544 (atm) 273.2 = = Theo giả thiết sau phản ứng còn dư C 2 H 2 : CH≡CH + 2[Ag(NH 3 ) 2 ] + + 2OH - → C 2 Ag 2 ↓ + 4NH 3 + 2H 2 O 0,015 (mol) )(015,0 240 6,3 mol= → Số mol C 2 H 2 tham gia phản ứng = 0,03 – 0,015 = 0,015 (mol) C 2 H 2 + H 2 → o Ni,t C 2 H 4 (1) 0,015 0,015 0,015 4 A: CH≡CH B: CH 3 -C≡C-CH 3 , CH 3 -CH 2 -C≡CH A: C≡CH B: CH 3 -C≡CH A: C 2 H 2 ; B: C 3 H 4 A: C 2 H 2 , B: C 4 H 6 C 2 H 4 + H 2 → o Ni,t C 2 H 6 (2) 0,025 0,025 0,025 → Số mol các chất trong hỗn hợp A: C 2 H 2 : 0,015 (mol); C 2 H 4 : 0,015 + 0,015 - 0,025 = 0,005 (mol); C 2 H 6 : 0,025 mol. → 2 2 C H 0,015 %V 33,3% 0,045 = = ; 2 4 C H 0,005 %V 11,1% 0,045 = = ; 2 6 C H %V 55,6%= . Ví dụ 2: Nhiệt phân CH 4 ở giai đoạn trung gian, thổi toàn bộ hỗn hợp thu được qua ống có Ni nung nóng được hỗn hợp khí A có M 12,12= . Trong A chứa hỗn hợp A 1 (gồm 3 hiđrocacbon có cùng số cacbon trong phân tử). Biết hiđrocacbon chứa nhiều hiđro nhất nặng 24 gam, chiếm 5 2 thể tích A 1 và 1 mol A 1 nặng 28,4 (gam). Tính thành phần phần trăm về thể tích các chất trong A và A 1 . Giải: 2CH 4 o t → C 2 H 2 + 3H 2 (1) C 2 H 2 + H 2 o Ni, t → C 2 H 4 (2) C 2 H 2 + 2H 2 o Ni, t → C 2 H 6 (3) A 1 : Theo giả thiết: 2 6 C H 24 n z 0,8 (mol) 30 = = = → 1 A 0,8.5 n 2 (mol) 2 = = 1 A 24 26x 28(2 0,8 x) M 28,4 (gam) 2 + + − − = = → x = 0,4 (mol) → y = 0,8 (mol) A 1 : Từ (2) và (3) → = + = + = 2 2 2 4 2 6 C H (p  ) C H (2) C H (3) n n n 0,8 0,8 1,6(mol) → 2 2 C H (1) n 1,6 0,4 2 (mol)= + = → 2 H (1) n 3.2 6 (mol)= = Từ (2) và (3) → = + = + = 2 2 4 2 6 H (p  ) C H (2) C H (3) n n 2n 0,8 2.0,8 2,4(mol) 5 C 2 H 2 : x (mol) C 2 H 4 : y (mol) C 2 H 6 : z (mol) C 2 H 2 : 20% C 2 H 4 : 40% C 2 H 6 : 40% → = − = 2 H (d ) n 6 2,4 3,6(mol) A 16t 2.28,4 2.3,6 M 12,12 (gam) 5,6 t + + = = + ( = ≥ 4 CH (d  ) t n ;t 0) → t = 1 Vậy A: Ví dụ 3: Hỗn hợp Z gồm 0,15 mol CH 4 ; 0,09 mol C 2 H 2 và 0,2 mol H 2 . Nung nóng hỗn hợp Z với xúc tác Ni thu được hỗn hợp Y. Cho Y qua dung dịch Br 2 dư thu được hỗn hợp khí A có M 16= . Độ tăng khối lượng dung dịch Br 2 là 0,82 gam. Tính số mol mỗi chất trong A. Giải: Nung hỗn hợp Z với xúc tác Ni: C 2 H 2 + H 2 → o Ni,t C 2 H 4 a a a C 2 H 2 + 2H 2 → o Ni,t C 2 H 6 b 2b b Gọi a, b lần lượt là số mol của C 2 H 4 và C 2 H 6 có trong hỗn hợp Y. → Hỗn hợp Y gồm: 0,15 mol CH 4 ; a mol C 2 H 4 ; b mol C 2 H 6 ; (0,09 - a - b) mol C 2 H 2 ; (0,2 - a - 2b) mol H 2 . Cho Y qua dung dịch Br 2 dư: C 2 H 4 + Br 2 → C 2 H 4 Br 2 C 2 H 2 + 2Br 2 → C 2 H 2 Br 4 Độ tăng khối lượng bình đựng dung dịch Br 2 : 28a + 26(0,09 – a – b) = 0,82 (*) Hỗn hợp A gồm: 0,15 mol CH 4 , b mol C 2 H 6 , (0,2 – a – 2b) mol H 2 . Ta có: A 16.0,15 30b 0,4 2a 4b M 16 0,15 b 0,2 a 2b + + − − = = + + − − (**) Từ (*) và (**) → a = 0,02 mol, b = 0,06 mol → Số mol mỗi chất trong A: 0,15 mol CH 4 , 0,06 mol C 2 H 6 , 0,06 mol H 2 . Ví dụ 4: Dẫn V lít (ở đktc) hỗn hợp X gồm axetilen và hiđro đi qua ống sứ đựng bột niken nung nóng, thu được khí Y. Dẫn Y vào lượng dư AgNO 3 trong dung dịch NH 3 6 C 2 H 2 : 0,4 (mol) → 6,06% C 2 H 4 : 0,8 (mol) → 12,12% C 2 H 6 : 0,8 (mol) → 12,12% CH 4(dư) : 1 (mol) → 15,15% H 2(dư) : 3,6 (mol) → 54,55% thu được 12 gam kết tủa. Khí đi ra khỏi dung dịch phản ứng vừa đủ với 16 gam brom và còn lại khí Z. Đốt cháy hoàn toàn khí Z thu được 2,24 lít khí CO 2 (ở đktc) và 4,5 gam nước. Tính V. Giải: C 2 H 2 + H 2 o Ni, t → C 2 H 4 0,1 0,1 0,1 C 2 H 2 + 2H 2 o Ni,t → C 2 H 6 0,05 0,1 0,05 CH≡CH + 2[Ag(NH 3 ) 2 ] + + 2OH - → C 2 Ag 2 ↓ + 4NH 3 + 2H 2 O 0,05 05,0 240 12 = CH 2 =CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br 0,1 1,0 160 16 = C 2 H 6 + 2 7 O 2 o t → 2CO 2 + 3H 2 O 0,05 1,0 4,22 24,2 = 0,15 2H 2 + O 2 o t → 2H 2 O 0,1 1,015,0 18 5,4 =− → 2 2 C H (X) n 0,1 0,05 0,05 0,2 (mol)= + + = 2 H (X) n 0,1 0,05.2 0,1 0,3 (mol)= + + = → V = (0,2+0,3)22,4 = 11,2. 3. Bài tập về phản ứng thế kim loại nặng Ví dụ 1: Cho 17,92 lit hỗn hợp X gồm 3 hiđrocacbon khí: ankan, anken, ankin lấy theo tỉ lệ thể tích 1 : 1 : 2 lội qua lượng dư AgNO 3 trong dung dịch NH 3 , thu được 96 gam kết tủa và hỗn hợp khí Y. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp khí Y thu 13,44 lit khí CO 2 . Xác định CTCT của 3 hiđrocacbon. Giải: Gọi a, b, c lần lượt là số mol của C n H 2n+2 , C m H 2m ,C p H 2p-2 . → a + b + c =17,92/22,4 = 0,8 (mol) Mặt khác: a : b : c = 1 : 1 : 2 → a = b = 0,2 (mol); c = 0,4 (mol) 7 X + AgNO 3 /NH 3 dư: C p H 2p-2 + xAgNO 3 + xNH 3 → C p H 2p-2 Ag x ↓ + xNH 4 NO 3 0,4 (mol) 0,4 (mol) → 96 0,4 14p 2 107x = − + → 5,6p + 42,8x = 96,8 Theo giả thiết ankin phản ứng với AgNO 3 /NH 3 → ankin phải là axetilen hoặc ank-1-in → x = 1, 2. x = 1 → p = 96 (loại) x = 2 → p = 2 (C 2 H 2 : CH≡CH) Hỗn hợp khí Y: Phản ứng cháy: o t m 2m 2 2 2 3m C H O mCO mH O 2 + → + 0,2 0,2m o t n 2n 2 2 2 2 3n 1 C H O nCO (n 1)H O 2 + + + → + + 0,2 0,2n → 0,2m + 0,2n =13,44/22,4 = 0,6 → m + n = 3 (m ≥ 2, n ≥ 1) → m = 2, n = 1 → X: CH 4 , CH 2 =CH 2 , CH≡CH. Ví dụ 2: Một hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon A, B thuộc cùng 1 dãy đồng đẳng (đều ở thể khí ở đktc). Để đốt cháy hết X cần dùng vừa đủ 20,16 lit O 2 (đktc) và phản ứng tạo ra 7,2 gam H 2 O. a) Xác định dãy đồng đẳng của A, B; các CTPT có thể có của A, B (chỉ có thể là ankan, anken, ankin). b) Xác định CTCT đúng của A, B biết rằng khi cho lượng hỗn hợp X trên tác dụng với lượng dư AgNO 3 trong dung dịch NH 3 thu được 62,7 gam kết tủa. Giải: a) 2 H O 7,2 n 0,4(mol) 18 = = Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với oxi, ta có: 8 C m H 2m : 0,2 (mol) C n H 2n+2 : 0,2 (mol) = − = − = 2 2 2 H O CO O (p ) n 20,16 0,4 n n 0,7(mol) 2 22,4 0,2 2 2 CO H O n n> → A, B thuộc họ ankin. A: C n H 2n-2 (a mol) B: C m H 2m-2 (b mol) Công thức chung của 2 ankin: −n 2n 2 C H o t 2 2 2 n 2n 2 3n 1 C H O nCO (n 1)H O 2 − − + → + − a+b n(a b)+ (n 1)(a b)− + → 2 2 CO H O n n a b a b 0,7 0,4 0,3 (mol)− = + → + = − = → 2 CO n 0,7 7 n a b 0,3 3 = = = + Giả sử n < m → → b) Cặp C 2 H 2 , C 3 H 4 : Ta có hệ: 2a 3b 0,7 a b 0,3 + = + = → a 0,2(mol) b 0,1(mol) = = Cả hai đều là ank-1-in nên đều cho kết tủa với AgNO 3 /NH 3 : CH≡CH + 2AgNO 3 + 2NH 3 → C 2 Ag 2 ↓ + 2NH 4 NO 3 0,2 0,2 CH 3 -C≡CH + AgNO 3 + NH 3 → CH 3 -C≡CAg↓ + 2NH 4 NO 3 0,1 0,1 → Khối lượng kết tủa = 240.0,2 + 147.0,1 = 62,7 gam (đúng) Cặp C 2 H 2 , C 4 H 6 : Ta có hệ: 2a 4b 0,7 a b 0,3 + = + = → a 0,25(mol) b 0,05(mol) = = Trường hợp 1: CH≡CH & CH 3 -CH 2 -C≡CH CH≡CH + 2AgNO 3 + 2NH 3 → C 2 Ag 2 ↓ + 2NH 4 NO 3 0,25 0,25 9 n 2,m 3= = n 2,m 4= = C 2 H 2 , C 3 H 4 C 2 H 2 , C 4 H 6 CH 3 -CH 2 -C≡CH + AgNO 3 + NH 3 → CH 3 -CH 2 -C≡CAg↓ + 2NH 4 NO 3 0,05 0,05 → Khối lượng kết tủa = 240.0,25 + 161.0,05 = 68,05 gam (Loại) Trường hợp 2: CH≡CH & CH 3 -C≡C-CH 3 → Khối lượng kết tủa = 240.0,25 = 60 gam (Loại) Vậy: A là CH≡CH, B là CH 3 -C≡CH C. KẾT LUẬN 10 [...]... dụng phương pháp giải các bài tập về ankin cho học sinh lớp 11 chuyên và không chuyên bước đầu đã thu được một số kết quả nhất định: - Giúp các em cám thấy tư tin hơn khi giải các bài tập về ankin - Giúp các em học sinh khá giỏi tìm ra cách giải đặc biệt ngắn gọn, tối ưu nhất - Bằng kiến thức ở sách giáo khoa, học sinh có thể làm được, tránh được sự gò bó - Giúp các em cố gắng đào sâu suy nghĩ, nặng về. .. 1999 6 Phương pháp giải toán hoá hữu cơ - Nguyễn Thanh Khuyến - nhà xuất bản trẻ - 1998 7 Tuyển tập bài giảng Hóa học hữu cơ - Cao Cự Giác - nhà xuất bản đại học quốc gia Hà Nội - 2001 MỤC LỤC 12 A Lý do chọn đề tài 1 B Nội dung 2 I Lý thuyết 2 II Bài tập ứng dụng 3 1 Bài tập phản ứng cháy 3 2 Bài tập phản ứng cộng hiđro 4 3 Bài tập về phản... sinh vào các trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp - môn Hoá học - nhà xuất bản giáo dục - 1996 2 Giới thiệu đề thi tuyển sinh năm học 1997 - 1998 môn Hoá học - nhà xuất bản giáo dục - 1997 3 Giới thiệu đề thi tuyển sinh năm học 1998 - 1999 môn Hoá học - nhà xuất bản giáo dục - 1998 4 Giới thiệu đề thi tuyển sinh năm học 1999 - 2000 môn Hoá học - nhà xuất bản giáo dục - 1999 5 Tuyển tập đề . ) n n n * = + 2 2 2 H O O (p  ) CO n n n 2 2. Bài tập về phản ứng cộng hiđro Phản ứng xảy ra 2 giai đoạn: C n H 2n-2 + H 2 → o Ni,t C n H 2n (1) C n H 2n + H 2 → o Ni,t C n H 2n+2 (2) *. 33,3% 0,045 = = ; 2 4 C H 0,005 %V 11,1% 0,045 = = ; 2 6 C H %V 55,6%= . Ví dụ 2: Nhiệt phân CH 4 ở giai đoạn trung gian, thổi toàn bộ hỗn hợp thu được qua ống có Ni nung nóng được hỗn hợp khí A có