MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC – HÓA HỌC HỮU CƠ BÀI ĐẠI CƯƠNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN TRONG HỮU CƠ A.LÝ THUYẾT Hầu hết dạng toán liên quan đến hợp chất hữu thường dạng toán đốt cháy, xác định công thức cấu tạo, công thức hóa học hợp chất A Chúng ta điểm qua số lý thuyết, dạng toán hợp chất hữu CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỆN LUẬN XÁC ĐỊNH CÔNG CÔNG THỨC HỢP HỢP CHẤT HỮU CƠ 1.1 Biện luận biết công thức nguyên hợp chất Bài toán: Cho công thức hữu A có dạng tổng quát CxHyOzNtXv (X = halogen) Xác định công thức công thức cấu tạo A Giải Độ bất bão hòa (số lượng liên kết π, số vòng công thức cấu tạo A) a= ( ) (1) Dựa vào tính chất hóa học chuyển dạng công thức tổng quát nhóm chức có chứa A (chẳng hạn như: Rượu, ete, Xeton, aldehid, acid ) Chuyển A có dạng công thức phân tử dạng A có chứa X: CnH2n+2-2a-zXz n là số nguyê tử C trong A A: CnH2n +2-2a-zXz ⇔ a số liên kết π trong A z số nhóm chức của X Ta có: yH gốc ≤ 2xC gốc + – z (2) Dấu “ =” xảy A chất no Ví dụ 1: Biện luận xác định công thức A acid hữu no mạch hở có công thức nguyên (C2H3O2)n mienbienngheoht@gmail.com DƯƠNG THẾ MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC – HÓA HỌC HỮU CƠ Giải Cách 1: Để xác định CTPT A ta dựa vào độ bất bão hòa Vì A acid hữu no mạch hở ⇔ A có n liên kết π n= = ⇔ n = ⇔ CTPT A: C4H6O4 Cách 2: Áp dụng công thức (2) A chất no nên: A có dạng tổng quát CnH2n(COO)n ⇔ C2nH3nO2n 2n = 2n + – n ⇔ n = ⇒ CTPT A: C4H6O4 Ví dụ CTPT rượu no A CnHmOx Hỏi m n có giá trị để A rượu no: Giải Vì A rượu no nên dựa vào công thức tổng quát xây dựng mục lý thuyết ta định dạng được: CTTQ A CnHm– x (OH)x đó: m – x = 2n + – x ⇔ m = 2n+2 Vậy để A rượu no m = 2n+2 Kết luận: CxHyOz rượu no phải thỏa mãn y = 2x+2 1.2 Biện luận biết MA Bài toán Cho công thức phân tử có dạng tổng quát: CxHyOzNtClv, biết khối lượng phân tử hợp chất A MA Xác định công thức A Giải  Nếu A hợp chất hydrocarbon: CxHy ta có: = + + ẵ ≤ Từ ta lựa chọn giá trị nguyên phù hợp Nếu cần thiết dựa vào kiện đề ta biết giới hạn C (nếu khí x≤4)  Nếu A hợp chất CxHyOz ta biện luận theo oxy Và dựa vào kiện y với x thông qua xác định A Ví dụ Xác định công thức hydrocarbon mạch hở A, có khối tỉ khối so với H2 28 Xác định A Biết điều kiện thường A thể khí Giải Gọi công thức phân tử tổng quát A là: CxHy MA = 28.2 = 56 g/mol = 12x+y(1) mienbienngheoht@gmail.com DƯƠNG THẾ MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC – HÓA HỌC HỮU CƠ y ≤ 2x + (2) x≤4 Từ (1) (2) ta nhận thấy: 56 ≤ 14x+2 ⇔ x≥ 3,86 (3) Từ (3) (2) ta suy x = ⇒ y = ⇔ A C4H8 Ví dụ Một hợp chất A có công thức phân tử chứa nguyên tố C, H, O có khối lượng phân tử 60g/mol Xác định A Giải Gọi công thức hợp chất A có dạng CxHyOz MA = 12x+y+16z = 60 ⇔z= ( ) (1) biện luận theo z ta được: (1 ≤ z ≤2)  z=1 (1) trở thành: 12x+y = 44 (1≤x≤3) ⇒ x = 3, y = nghiệm phù hợp  z =2 (1) trở thành: 12x+y = 28 ⇒ x = 2, y = nghiệm phù hợp Vậy A là: C3H8O A là: C2H4O2 1.3 Xác định công thức phân tử dãy đồng đẳng Đồng đẳng: tượng chất có cấu tạo tính chất tương tự nhau, thành phần phân tử khác hay nhiều nhóm CH2 Những chất gọi chất đồng đẳng với nhau, chúng hợp thành dãy đồng đẳng Theo định nghĩa: Hợp chất hữu đồng đẳng nhau, chúng hợp thành cấp số cộng có công sai d = 14 ( a1 số hạng đầu tiên) Số hạng cuối an = a1 + (n-1)d (3) Tổng số hạng: Sn = ( ).n (4) Ví dụ: Một hợp chất A có chứa số chất hydrocarbon dãy đồng đẳng Khối lượng phân tử hydrocarbon lớn gấp 2,4 lần khối lượng phân tử hydrocarbon nhỏ Tổng khối lượng phân tử hydrocarbon A 204g/mol Xác định CTPT có A Giải Gọi Mmax khối lượng phân tử hydrocarbon lớn có A, Mmin khối lượng phân tử nhỏ có A ⇒ Các hydrocarbon A lập thành cấp số cộng có công sai 14 mienbienngheoht@gmail.com DƯƠNG THẾ MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC – HÓA HỌC HỮU CƠ Vì A có chứa hydrocarbon đồng đẳng Áp dụng công thức 3, ta có: Mmax = Mmin + (n -1).14 (1) = 2,4Mmin (1) Sn = Từ (2) ta có: , ∗ n = 204 (2) *n = 204 (3) lập tỉ số (3) cho (2) ta được: n2 – n – 12 = Giải ta n = 4, n = -3 (loại) ⇒ ta n= ta Mmin = 30g/mol Vậy A bao gồm có công thức phân tử hydrocarbon sau: C2H4, C3H6, C4H8, C5H10 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CPTPT HỢP CHẤT HỮU CƠ 2.1 Phương pháp Nếu hợp chất A có công thức phân tử tổng quát CxHyOzNt để xác định công thức phân tử A ta có công thức: = = = = a = m C + mH + m O + mN % = % = % = % (5) = 2.2 Phương pháp 2: Xác định công thức phân tử qua phản ứng cháy Đây phương pháp phổ biến nhất, dựa vào phản ứng cháy để xác định công thức phân tử CxHyOzNt + (x+ - ) O2 a(mol) xCO2 + 44xa (g) H2O + 9ya (g) N2 14ta (g) Đề cho biết kiện từ kiện ta xác định công thức phân tử A Sau xin giới thiệu số công thức tính nhanh rút từ phản ứng cháy, để xác định công thức A Nếu đốt cháy chất: Số C : Số H: Số N = Số nguyên tử Carbon A mienbienngheoht@gmail.com x= :2 = = :2 , (6) (7) DƯƠNG THẾ MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC – HÓA HỌC HỮU CƠ Số nguyên tử Hydro A y= Bảo toàn nguyên tố A = (8) mA = m C + m H + m O + m N (9) Những hệ rút từ phản ứng đốt cháy: = nA.Số C (10) ố = *nA (11) Từ hai công thức ta rút hệ quan trọng: ố = ố (12) ∗ Đối với đốt cháy hỗn hợp ta có: ố ∑ = ố (13) ∗∑ Ví dụ [Khối A - 2007] Khi đốt amin đơn chức X, thu 8,4 lít khí CO2, 1,4 lít khí N2 (các khí đo đktc) 10,125gam nước Xác định CTPT X Giải Vì A amin đơn chức gọi CTPT: CxHyNt Áp dụng công thức (6): x:y:t = , , :2∗ , , :2∗ = 3:9:1 → CTPT X: C3H9N Ví dụ Hỗn hợp A gồm hydrocarbon có số mol Đốt cháy hỗn hợp A thấy tỉ lệ số mol CO2 với H2O 2:3 Xác định hydrocarbon A A.CH4, C2H6 B C2H6, C3H8 C C3H8, C4H10 D CH4, C3H8 Giải Áp dụng công thức (12) ta có: mienbienngheoht@gmail.com ố ố ∑ ố = ∑ = ố ∑ ∗∑ = = DƯƠNG THẾ MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC – HÓA HỌC HỮU CƠ Vì hỗn hợp A gồm hai hydrocarbon có số mol nhau, nên số CTB trung bình cộng số C hydrocarbon A ⇒ Đáp án D Ví dụ [Dự bị ĐH – 2009] Đốt cháy 1.6 gam este E đơn chức 3.52 gam CO2 1.152 gam H2O Nếu cho 10 gam E tác dụng với 150ml dung dịch NaOH 1M , cô cạn dung dịch sau phản ứng thu 16 gam chất rắn khan Vậy công thức axit tạo nên este : A CH2=CH-COOH B CH2=C(CH3)-COOH C HOOC(CH2)3CH2OH D HOOC-CH2-CH(OH)-CH3 Giải Ta tính n = , = 0,08 mol; n = , = 0,064 mol Áp dụng công thức (12) ta có: Trong hợp chất este có tỉ lệ: ố ố = = ∗ , ∗ , = ⇒ Công thức phân tử este có dạng C5H8O2 Trong 10 gam este tương ứng với nE = = 0,1 mol Như sau phản ứng NaOH dư nNaOH dư = 0,15 – 0,1 = 0,05mol ⇒mNaOHdư = 0,05.40 = gam ⇒ mmuối = 14gam Mmuối = ố = , = 140 g/mol → Macid = 140 – (23 – 1) = 118 g/mol ⇒ Đáp án C Công thức cấu tạo của acid có dạng: HOOC(CH2)3CH2OH Dạng este E este dạng vòng Xử lý số liệu phản ứng CO2 tác dụng với dung dịch kiềm  CO2 khí sinh từ phản ứng đốt cháy phản ứng  CO2 + dd kiềm dư ⇒Muối trung hòa  CO2 + dd kiềm ⇔ → Dùng phương pháp bảo toàn nguyên tố C (CO2) = ( ) + ( )  Khối lượng bình đựng dung dịch kiềm tăng lên: Mọi hợp chất hữu đốt cháy: CnH2n+2-2aOx mienbienngheoht@gmail.com DƯƠNG THẾ MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC – HÓA HỌC HỮU CƠ nhchc = mb ↑ = +  Khối lượng dung dịch sau phản ứng bình tăng lên: mdd↑ = + - m↓  Khối lượng dung dịch sau phản ứng bình giảm xuống: mdd↓= m↓ – ( + ) B PHƯƠNG PHÁP GIẢI Phương pháp viết dạng đồng phân hợp chất hữu Hiện tượng chất có công thức phân tử cấu tạo khác nên có tính chất khác nhau, gọi chất đồng phân Ví dụ: Với công thức C3H8O có hai đồng phân khác nhau, rượu eter  Đồng phân rượu (2 đồng phân) CH3 – CH2 – CH – OH (n-propanol) CH3 – CH – CH3 (propan – – ol) OH  Đồng phân ete (1 đồng phân): CH3 – O – CH2 – CH3 Để viết đồng phân CxHyOzNtXz (X – halogen) hợp chất hữu ta cần thực bước sau:  Bước Xác định độ bất bão hòa qua công thức ( a= )  Bước Xác định nhóm chức có phân tử tổng quát dựa vào độ bất bão hòa mạch Xác định công thức cấu tạo mạch: mạch hở, mạch vòng  Bước Viết dạng đồng phân mà ta định hướng theo bước Ví dụ Viết công thức cấu tạo có C3H6O Giải Độ bất bão hòa: a = = → cấu tạo hợp chất có liên kết π vòng mạch mienbienngheoht@gmail.com DƯƠNG THẾ MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC – HÓA HỌC HỮU CƠ  Trong mạch mang nhóm chức – OH CH2 = CH – CH2 – OH  Mạch mang nhóm chức ceton:  Mạch mang nhóm chức aldehid: CH3 – CH2 – CHO  Mạch mang nhóm chức ete Ete không no: CH2 = CH – O – CH3 (thường không tồn tại) Ete vòng no: Giới thiệu số công thức tính nhanh số đồng phân: Công thức tính số đồng phân ancol đơn chức no, mạch hở : Cn H2n+2O2 Số đồng phân Cn H2n+2O2 = 2n- ( < n < ) Ví dụ : Số đồng phân ancol có công thức phân tử : a C3H8O = 23-2 = b C4H10O = 24-2 = c C5H12O = 25-2 = Công thức tính số đồng phân anđehit đơn chức no, mạch hở : Cn H2nO Số đồng phân Cn H2nO = 2n- ( < n < ) Ví dụ : Số đồng phân anđehit đơn chức no, mạch hở có công thức phân tử : a C4H8O = 24-3 = b C5H10O = 25-3 = c C6H12O = 26-3 = Công thức tính số đồng phân axit cacboxylic đơn chức no, mạch hở : Cn H2nO2 Số đồng phân Cn H2nO2 = 2n- (2 < n < 7) Ví dụ : Số đồng phân axit cacboxylic đơn chức no, mạch hở có công thức phân tử mienbienngheoht@gmail.com DƯƠNG THẾ MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC – HÓA HỌC HỮU CƠ a C4H8O2 = 24-3 = b C5H10O2 = 25-3 = c C6H12O2 = 26-3 = Công thức tính số đồng phân este đơn chức no, mạch hở : Cn H2nO2 Số đồng phân Cn H2nO2 = 2n- (1 < n < 5) Ví dụ : Số đồng phân este đơn chức no, mạch hở có công thức phân tử : a C2H4O2 = 22-2 = b C3H6O2 = 23-2 = c C4H8O2 = 24-2 = Công thức tính số đồng phân ete đơn chức no, mạch hở : Cn H2n+2O Số đồng phân Cn H2n+2O = ( n  1).(n  2) ( 2< n