Phương pháp quy đổi trong hóa học hữu cơ hay, chi tiết, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12
Phương pháp giải
Các dạng bài thường gặp:
+ Các dạng bài liên quan tới đồng đẳng: tách, ghép –CH2
Dãy đông đẳng hơn kém nhau một hoặc nhiều nhóm -CH2 => ta có thể quy đổi hỗn hợp phức tạp về các chất đơn giản (thường là chất đầu dãy) kèm theo một lượng CH2 tương ứng.
Lưu ý:
- CH2 là thành phần khối lượng, vì vậy nó có mặt trong các phương trình liên quan tới khối lượng, phản ứng đốt cháy (số mol O2, số mol CO2, số mol H2O),…
- Tuy nhiên, CH2 không phải là một chất (nó chỉ là nhóm metylen –CH2-), nó không được tính vào số mol hỗn hợp (hoặc các dữ kiện khác liên quan đến tới số mol các chất).
+ Các dạng bài liên quan tới este: Tách ghép este.
Ta có: Axit + ancol ⇔ Este + H2O
⇒ Este = Axit + Ancol – H2O
Ta có thể quy đổi hỗn hợp este thành axit và ancol và trừ đi một lượng nước tương ứng
Tương tự: Với peptit = aminoaxit – H2O
+ Các dạng bài liên quan tới cộng tách hiđro: Tách ghép liên kết ℼ
Ankan → anken + H2
⇒ Anken = Ankan – H2
⇒ Ta có thể quy đổi hỗn hợp X bất kì thành dạng hiđro hóa hoàn toàn của X cùng một lượng H2 tương ứng.
Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Cho X, Y là hai chất thuộc dãy đồng đẳng của axit acrylic và có MX < MY; Z là một ancol có cùng só nguyên tử C với X; T là este hai chức tạo bởi X, Y, Z. Đốt cháy hoàn toàn 11,16g hỗn hợp E gồm X, Y, Z, T cần vừa đủ 13,216 lít khí O2 (đktc), thu được khí CO2 và 9,36g nước. Mặt khác 11,16g E tác dụng tối đa với dung dịch chứa 0,04 mol Br2. Khối lượng muối thu được khi cho cùng lượng E trên tác dụng hết với dung dịch KOH dư là:
A. 4,86g
B. 5,04g
C. 5,44g
D. 5,80g
Bài giải:
Ta có: T là este hai chức nên Z là ancol 2 chức
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
mCO2 = mE + mO2 – mH2O = 11,16 + 0,59.32 – 9,36 = 20,68g
nCO2 = 0,47 < nH2O = 0,52 mol
⇒ Z là ancol no
Z có cùng số nguyên tử C với X
Khi cho E tác dụng với dung dịch Br2 chỉ có axit phản ứng
⇒ a = 0,04 mol
Từ khối lượng E, số mol CO2, số mol H2O ta có hệ:
⇒ b = 0,11; c=0,02; d=-0,02
Ta ghép CH2 tìm ra axit, ancol ban đầu
⇒ mmuối = 0,02.110 + 0,02.124 = 4,68g
⇒ Đáp án đúng là A
Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm axit đơn chức A và axit hai chức B đều không no, mạch hở, không phân nhánh (trong đó oxi chiếm 46% về khối lượng). Đốt cháy hoàn toàn m gam X rồi dẫn toàn bộ lượng sản phẩm cháy vào bình đựng dung dịch nước vôi trong dư thấy khối lượng bình tăng 28,928g. Mặt khác, đem m gam hỗn hợp X cho tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 16,848g muối. Để hiđro hóa hoàn toàn m gam X cần dùng 3,4048 lít H2 (đktc). Phần trăm khối lượng của A trong X gần nhất với:
A. 64%
B. 66%
C. 68%
D. 70%
Bài giải:
nH2 hiđro hóa X = 0,152 mol
Từ %mO ⇒ 32a + 64b = 0,46. (46a + 90b + 14c – 2.0,152) (1)
Đốt cháy X ta có: nCO2 = a + 2b + c; nH2O = a + b +c - 0,152
⇒ 44 (a + 2b + c) + 18 (a + b + c – 0,152) = 28,298 (2)
⇒ mmuối = 68a + 134b + 14c – 2.0,152 = 16,848 (3)
Từ (1), (2), (3) ⇒ a = 0,12; b = 0,032; c = 0,336
Ghép CH2 tìm hỗn hợp ban đầu:
⇒ Đáp án đúng là C
Ví dụ 3: Hiđro hóa hoàn toàn 85,8 gam chất béo X cần dùng 0,2 mol H2 (xúc tác Ni, t°C) thu được chất béo no Y. Đun nóng toàn bộ Y cần dùng 300ml dung dịch NaOH 1M. Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol Y cần dùng a mol O2, Giá trị của a là:
A. 8,25
B. 7,85
C. 7,5
D. 7,75
Bài giải:
X là trieste của glixerol nên a = nX = nY = nCOO: 3 = 0,3: 3 = 0,1 mol
Bảo toàn khối lượng cho X, ta có: b = (85,8 + 0,2.2 – 0,1.16 – 0,3.44): 14 = 5,1
Đốt cháy Y ta có: nO2 = 2 nCH4 + 1,5 nCH2 = 0,1.2 + 5,1.1,5 = 7,85
⇒ Đáp án đúng là B
Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm hai amin thuộc dãy đồng đẳng của metylamin. Hỗn hợp Y chứa hai aminoaxit thuộc dãy đồng đẳng của glyxin. Trộn X với Y thu được hỗn hợp Z. Đốt cháy Z cần dùng 0,81 mol O2, sản phẩm cháy gồm CO2, H2O và N2 được dẫn qua bình đựng H2SO4 đặc dư, thấy khối lượng bình tăng 13,32g, đồng thời thu được 14,336 lít hỗn hợp khí (đktc). Tỉ lệ x: y là:
A. 1: 1
B. 4: 1
C. 3: 1
D. 2: 3
Bài giải:
Ghép CH2 để xác định X. Vì đề bài hỏi tỉ lệ mol giữa amin và amino axit nên chỉ cần ghép nhóm chức:
⇒ x: y = 1: 1
⇒ Đáp án đúng là A
Ví dụ 5: Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol một amino axit A (no, mạch hở, phân tử chứa 2 nhóm COOH) bằng lượng oxi vừa đủ thu được 10,7g hỗn hợp hơi T. Thể tích của T bằng thể tích 11,2g oxi do cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất. Đưa T về đktc thu được V lít khí Z. Giá trị của V là:
A. 3,36
B. 3,92
C. 4,48
D. 4,2
Bài giải:
Quy đổi hỗn hợp A, ta có:
Từ khối lượng T và số mol T, ta có hệ:
Vì Z ở đktc nên Z chỉ gồm CO2 và N2 ⇒ V = 22,4 (0,15+0,05)=4,48 lít
⇒ Đáp án đúng là C
Bài tập tự luyện
Bài 1: Hỗn hợp X gồm 2 aminoaxit (đều chứa 1 nhóm - NH2 và 1 nhóm -COOH) có mạch C không phân nhánh, đồng đẳng liên tiếp nhau. Cho 16,4 gam X tác dụng với 220 ml dung dịch HCl 1M (lấy dư) được dung dịch A. Để tác dụng hết với các chất trong dung dịch A cần 140 ml dung dịch NaOH 3M. Công thức cấu tạo của 2 aminoaxit là:
A. H2N-CH2-CH2-COOH và H2N- (CH2)3-COOH.
B. H2N- (CH2)3-COOH và H2N- (CH2)4-COOH.
C. H2N-CH2-COOH và H2N-CH2-CH2-COOH.
D. H2N- (CH2)4-COOH và H2N- (CH2)5-COOH.
Quy đổi dung dịch A thành hỗn hợp X (a mol) và HC1 (0,22 mol).
Chỉ có đáp án C thỏa mãn.
⇒ Đáp án C
Bài 2: Cho m gam một - aminoaxit tác dụng với dung dịch chứa 0,3 mol NaOH thu được dung dịch A. Để tác dụng hết với các chất trong dung dịch A cần 0,4 mol HCl. Công thức cấu tạo của - aminoaxit đã cho là:
A. CH3-CH2-CH (NH2)-COOH.
B. CH3- (CH2)2-CH (NH2)-COOH.
C. CH3-CH (NH2)-COOH.
D. CH3- (CH2)3-CH (NH2)-COOH.
Bài 3: Cho 15 gam axit aminoaxetic tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch HCl 1M thu được dung dịch X. Để phản ứng hoàn toàn với các chất tan trong X cần 160 gam dung dịch NaOH 10%. Cô cạn dung dịch thu được chất rắn khan có khối lượng là:
A. 31,1 g.
B. 19,4 g.
C. 26,7 g.
D. 11,7g.
Quy dung dịch X thành hỗn hợp aminoaxit (a mol) và HCl (0,2 mol)
⇒ Đáp án A
Bài 4: Cho hỗn hợp khí X gồm HCHO và H2 đi qua ống sứ đựng bột Ni nung nóng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp khí Y gồm hai chất hữu cơ. Đốt cháy hết Y thì thu được 11,7 gam H2O và 7,84 lít khí CO2 (ở đktc). Phần trăm theo thể tích của H2 trong X là:
A. 65,00%.
B. 46,15%.
C. 35,00%.
D. 53,85%.
Quy hỗn hợp thành CO và H2
⇒ Đáp án B
Bài 5: Đốt cháy hoàn toàn 81,24 gam hỗn hợp X gồm 0,07 mol peptit A (cấu tạo từ 2 aminoaxit trong số Gly, Ala, Val, Glu) và 2 este B, C mạch hở có cùng số liên lết ℼ trong phân tử (MB > MC; B no, C đơn chức) cần 78,288 lít khí O2, sau phản ứng thu được CO2, H2O và 3,136 lít N2. Mặt khác thủy phân hoàn toàn lượng X trên cần vừa đủ 570ml NaOH 2M, thu được dung dịch T chứa 4 muối và 0,29 mol hỗn hợp 2 ancol no Y và Z (MY = 2,875MX < 150). Dẫn toàn bộ lượng ancol này qua bình đựng Na dư thì thấy khối lượng bình tăng 23,49g. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thể tích các khí đo ở đktc, T không chứa HCOONa. Phần trăm khối lượng của C gần nhất với:
A. 5,0
B. 5,5
C. 6,0
D. 6,5
Từ điều kiện về phân tử khối của 2 ancol, ta tìm được Y là: C3H5(OH)3 (a mol), Z là CH3OH (b mol)
Ta có: mbình tăng = mancol – mH2 = 92a + 32b – 1,5a. 2 – 0,5b. 2 = 89a + 32b = 23,49g
a + b = 0,29 mol
⇒ a = 0,25 mol; b = 0,04 mol
B no và 3 chức nên có 3 liên kết ℼ. Mà B, C có cùng số liên kết ℼ nên C đơn chức và có 2 liên kết ℼ C-C
mX = 16x + 18y + 14z = 81,24 – 0,25.86 – 0,04.40 – 1,14.44 – 0,28.15=3,78
nO2 = 2x + 1,5z = 3,495 – 0,25.9,5 – 0,04.4 – 0,25.0,28 = 0,89
Bảo toàn số mol peptit ta có: x + y = 0,07
⇒ x = 0,28; y = -0,21; c = 0,22
Ta có: 0,22 = 0,07.2 + 0,04.2 ⇒ C là: C4H5COOCH3
%mC = 0,04.112/81,24.1005 = 5,51%
⇒ Đáp án B
Bài 6: Hỗn hợp X gồm một axit cacboxylic T (hai chức, mạch hở), hai ancol đơn chức cùng dãy đồng đẳng và một este hai chức tạo bởi T với hai ancol đó. Đốt cháy hoàn toàn a gam X, thu được 8,36g CO2. Mặt khác, đun nóng a gam X với 100ml dung dịch NaOH 1M, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thêm tiếp 20ml dung dịch HCl 1M để trung hòa lượng NaOH dư, thu được dung dịch Y. Cô cạn Y, thu được m gam muối khan và 0,05 mol hỗn hợp hai ancol có phân tử khối trung bình nhỏ hơn 46. Gía trị của m là:
A. 7,09
B. 5,92
C. 6,53
D. 5,36
Không thể ghép H2 vào HOOC-CH2-COOH
⇒ mmuối = mCH2(COONa)2 + mNaCl = 0,04.148 + 0,02.58,5 = 7,09g
⇒ Đáp án A
Bài 7: X, Y là hai chất hữu cơ kế tiếp thuộc dãy đồng đẳng ancol anlylic; Z là axit no hai chức, T là este tạo bởi X, Y, Z. Đốt cháy 34,24 gam hỗn hợp E chứa X, Y, Z, T (đều mạch hở) cần dùng 21,728 kít O2 (đktc) thu được 15,12 gam nước. Mặt khác 34,24 gam E làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa 0,18 mol Br2. Nếu đun nóng 0,6 mol E với 80g dung dịch KOH 59,5%. Cô cạn dung dịch sau phản ứng, làm lạnh phần hơi thu được chất lỏng A. Cho A đi qua bình đựng Na dư thấy khối lượng bình tăng m gam. Gỉa sử các phản ứng xảy ta hoàn toàn. Gía trị m gần nhất với:
A. 59g
B. 60g
C. 61g
D. 62g
⇒ a = 0,26; b= 0,08; c = -0,04
Vì 0,08 < 0,26 nên axit được cố định là (COOH)2
Bảo toàn số mol ta có: nE = 0,18 + 0,26 – 0,04 = 0,4
⇒ P2 =1,5P1
⇒ mbình tăng = 0,27. (58-1)+0,12.14+2,52 (18-1)=59,91
⇒ Đáp án B
Bài 8: Hỗn hợp X chứa một ankin A và hai anđehit mạch hở B, C (30< MB< MC) không phân nhánh. Tiến hành phản ứng hiđro hóa hoàn toàn 6,88g hỗn hợp X cần 0,24 mol H2 thu được hỗn hợp Y. Đốt cháy hoàn toàn Y cần dùng 12,544 lít O2 (đktc), hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào bình đựng Ca (OH)2 dư thì thấy khối lượng dung dịch giảm 11,72g. Nếu dẫn lượng Y trên qua bình đựng Na dư thì thoát ra 0,12 mol khí. Phần trăm khối lượng của C có trong X có thể là:
A. 15%
B. 20%
C. 25%
D. 30%
Quy đổi hỗn hợp Y ta có:
Ta có: nOH- = b+2c ⇒ nH2 = 0,5b+c
Cho Y vào bình Na ngoài khí H2 thoát ra còn có ankan do ankan không tham gia phản ứng.
⇒ a + 0,5b + c = 0,12
Giải hệ ⇒ a = 0,06; b = 0,02; c = 0,05; d = 0,11
Ghép hỗn hợp X ta có: 0,24=0,06.2+0,02+0,05.2
Vì 0,11=0,05+0,06 =0,05+0,02.3 nên ta có 2 trường hợp:
TH1:
TH2:
⇒ Đáp án C
Bài 9: Cho 0,1 mol este X no, đơn chức mạch hở vào cốc chứa 30ml dung dịch MOH 20% (d = 1,2g/ml). Sau khi phản ứng hoàn toàn, cô cạn dung dịch thu được ancol Y và phần rắn T. Đốt cháy hoàn toàn T thu được 9,54g M2CO3 và 8,26g hỗn hợp CO2 và H2O. Kim loại M và axit tạo este ban đầu là:
A. K và HCOOH
B. Na và CH3COOH
C. K và CH3COOH
D. Na và HCOOH
Quy đổi hỗn hợp T ta có:
⇒ Đáp án B
Bài 10: Hỗn hợp E gồm este X đơn chức và axit cacboxylic Y hai chức (đều mạch hở, không no có 1 liên kết đôi C=C trong phân tử). Đốt cháy hoàn toàn một lượng E thu được 0,43 mol khí CO2 và 0,32 mol hơi nước. Mặc khác, thủy phân 46,6g E bằng lượng NaOH vừa đủ rồi cô cạn dung dịch thu được 55,2g muối khan và phần hơi có chứa chất hữu cơ Z. Biết tỉ khối của Z so với H2 là 16. Phần trăm khối lượng của Y trong hỗn hợp E có giá trị gần nhất với:
A. 46,5%
B. 48%
C. 43,5%
D. 41,5%
MZ = 32 ⇒ Z là CH3OH
Từ khối lượng E và khối lượng muối ta có:
86a + 116b +14c =46,6 (1)
94a+160b+14c =55,2 (2)
Ứng với phần 1 ta có:
Từ (1)(2)(3) ⇒ a=0,25; b = 0,15; c = 0,55= 0,25+0,15.2
⇒ X là: C3H5COOCH3: 0,25mol; Y là: C6H8O4