Bảo toàn Oxi trong phản ứng cháy hóa hữu cơ - Tài liệu tổng hợp

Hóa học tuổi trẻ Vũ Đức Ngọc
“BẢO TOÀN OXI” TRONG PHẢN ỨNG CHÁY HOÁ HỮU CƠ. I.Đặt vấn đề.
“ Bảo toàn oxi” là một bộ phận của định luật bảo toàn nguyên tố. Giúp
chúng ta giải nhanh hơn ngắn gọn hơn các bài tập đốt cháy mà không cần cân bằng phản ứng.
Phản ứng cháy tổng quát: CxHyOzNt + O2 → CO2 + H2O
Gọi số mol của CxHyOzNt : a mol O2: b mol CO2: c mol H2O : d mol
Khi đó ta có phương trình sau: z.a + 2.b = 2.c + 1.d.
Với z, 2, 2, 1 lần lượt là số nguyên tử oxi trong CxHyOzNt, O2 ,CO2 ,H2O.
Dể làm nhanh các bài tập chúng ta cần nhớ các điểm sau:
1. CTPT tổng quát các loại hợp chất hữu cơ.
2. Những phân tử (CxHy, CxHyOz) mà trong cấu tạo của nó có một vòng no, hoặc
có một liên kết đôi ( C=C, C=O) khi đốt cháy số nCO2 = nH2O. Ví dụ: xicloankan, anken: CnH2n
Andehit no,đơn chức. Xeton no, đơn chức. Ancol không no,đơn chức mạch hở: CnH2nO
Axit cacboxylic no, đơn chức. Este no, đơn chức mạch hở: CnH2nO2
3. Các hợp chất hữu cơ dù đơn chức hay đa chức, trong phân tử chỉ chứa liên kết
đơn thì số nCO2 < nH2O. Và nH2O - nCO2 = nX (X là ankan, ancol no đơn chức mạch hở...)
II. Ví dụ cụ thể:( trích trong các đề thi TS ĐH những năm qua)
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn hổn hợp gồm 2 hiđrocacbon kế tiếp cần vừa hết
0,18mol O2, thu được 0,14 mol H2O. Xác định CTPT 2 hiđrocacbon trên. Giải:
Đặt CTPT 2 hiđrocacbon trên là: CxHy. b là số mol CO2.
PTPƯ: CxHy + O2 → CO2 + H2O. 0,18 mol b mol 0,14 mol
Áp dụng định luật bảo toàn oxi ta có:
0,18.2 = 2b + 0,14 => b= 0,11.
Ta thấy nCO2 < nH2O nên 2 hiđrocacbon là ankan.
CnH2n+2 + O2 → nCO2 + (n+1)H2O
n/(n+1) = 0,11/0,14 => n = 3,6. Vậy 2 hiđrocacbon trên là: C3H6, C4H8.
Ví dụ2: Đốt cháy hoàn toàn 1 ancol X thu được CO2 và H2O có số mol
tương ứng là 3:4. Thể tích O2 cần dùng để đốt cháy hết X bằng 1,5 lần thêt tích
CO2 thu được ở cùng điều kiện.CTPT của X là:
A. C3H8O3 B. C3H8O C. C3H8O2 D. C3H4O.
Hóa học tuổi trẻ Vũ Đức Ngọc Giải.
Ta thấy nCO2 < nH2O nên X là ancol no, có CTPT: CnH2n+2Ox: a mol
Giả sử đót cháy 1mol ancol ta có: nCO2=3 mol, nH2O = 4 mol. => n = 3/1 = 3. nO2 = 3.1,5 = 4,5 mol.
Áp dụng định luật bảo toàn Oxi ta có:
x.1 + 2.4,5 = 2.3 + 4 => 1. Vậy CTPT của X là: C3H8O. đáp án B.
Ví dụ 3: X là một ancol no mạch hở. Đốt cháy hoàn toàn 0,07 mol X cần
5,6g O2, thu được hơi nước và 6,6g CO2. CT của X là:
A. C3H7OH B. C3H6(OH)2 C. C3H5(OH)3 D. C2H4(OH)2 Giải.
Do X là ancol no nên nH2O = nCO2 + nX = 0,05 + 0,15 = 0,2 mol. nO2 = 5,6/32 = 0,175 mol.
Đặt CTPT của X là: CnH2n+2Ox : a mol
Áp dụng định luật bảo toàn Oxi ta có: x.0,05 + 0,175.2 = 2.0,15 + 0,2 => x = 3.
Mặt khác n = nCO2/nX = 0,15/0,05 = 3. Vậy CTPT của X là: C3H8O3, hay C3H5(OH)3. Đáp án C.
Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn hổn hợp 3 ancol đơn chức, thuộc cùng một
dãy đồng đẳng, thu được 3,808 lít CO2(đktc) và 5,4g H2O. Tính giá trị của m?
A.5,42g B. 4,72g C. 7,42g D. 5,72g. Giải. nCO2= 0,17 mol
nH2O = 0,3 mol. Ta thấy nCO2 < nH2O nên chúng là 3 ancol no.
nancol = nH2O - nCO2 = 0,3 -0,17 = 0,13 mol.
Để tính m ta cần tính khối lượng của oxi tham gia phản ứng, sau đó áp dụng định
luật bảo toàn khối lượng.
Đặt CTPT 3 ancol là: CnH2n+2O: 0,13 mol. nO2: a mol
ta có phương trình: 1.0,13 + 2a = 2.0,17 + 0,3 => a = 0,255 mol.
Vậy m = 0,17.44 + 5,4 - 0,255.32 = 4,72g. Đáp án B.
Ví dụ 5: Đốt cháy hoàn toàn một lượng hổn hợp X gồm 2 ancol (no, đa
chức, mạch hở, cùng nhóm OH) cần vừa đủ V lít O2 (đktc) thu được 11,2 lít
CO2(đktc) và 12,6g H2O. Tính V?
A. 11,2 lít B. 14,56 lít C. 4,48 lít D. 15,68 lít Giải. nCO2= 0,5 mol
nH2O = 0,7 mol. Ta thấy nCO2 < nH2O nên chúng là ancol no.
nancol = nH2O - nCO2 = 0,7 -0,5 = 0,2 mol.
Hóa học tuổi trẻ Vũ Đức Ngọc
Đặt công thức chung của 2 ancol là: CnH2n+2Ox.
Ta có: n = nCO2/nancol = 0,5/0,2 = 2,5. Vậy có một ancol có số nguyên tử C < 2,5.
Mà trong ancol đa chức thì 2 ≤x ≤n, nên chúng là ancol 2 chức, hay x = 2.
Áp dụng định luật bảo toàn oxi ta có: 2.0,2 + 2.V/22,4 = 2.0,5+ 0,7
=> V = 14,56 lít. Đáp án B.
Ví dụ 6: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol axit cacboxylic đơn chức, cần vừa đủ
V lít O2 (đktc), thu được 0,3 mol CO2 và 0,2 mol H2O. Giá trị của V là?
A. 6,72 lít B. 4,48 lít C. 8,96 lít D. 11,2 lít Giải.
Do là axit đơn chức nên trong phẩn tử có 2 nguyên tử oxi.
Đặt CTPT của axit là: CxHyO2: a mol.
Áp dụng định luật bảo toàn oxi ta có:
2.0,1 + 2.V/22,4 = 2.0,3 + 0,2. => V = 6,72 lít. Đáp án A.
Ví dụ 7: Đốt cháy hoàn toàn mg hổn hợp gồm 3 ancol ( đơn chức, thuộc
cùng một dãy đồng đẳng), thu được 8,96 lít CO2 (đktc) và 11,7g H2O. Mặt khác
đung nóng m gam X với dung dịch H2SO4đặc thì tổng khối lượng ete tối đa thu được là?
A. 6,50 B. 7,85 C. 7,46 D. 5,60 Giải. nCO2 = 0,4 mol
nH2O = 0,65 mol. Chúng là ancol no, đơn chức.
nancol = nH2O - nCO2 = 0,65 -0,4 = 0,25 mol. Gọi nO2: a mol
Áp dụng định luật bảo toàn oxi ta có: 0,25 + 2a = 2.0,4 + 0,65 => a = 0,6 mol.
mancol = 44.0,4 + 11,7 - 32.0,6 = 10,1g
mancol = mete + mH2O. ( nH2O = 1/2 nancol = 0,6/2 = 0,3)
mete = 10,1 - 18.0,3 = 7,85g. Đáp án B.
Ví dụ 8: Hổn hợp X 2 este no, đơn chức, mạch hở. đốt cháy hoàn toàn 1
lượng X cần dùng vừa đủ 3,976 lít O2 (đktc), thu được 6,38g CO2. Mặt khác, X tác
dụng vói dung dịch NaOH thu được một muối và 2 ancol đồng đẳng kế tiếp. CTPT của hai este là?
A. C2H4O2, C3H6O2 B. C2H4O2, C5H10O2
C. C3H6O2, C4H8O2 D. C3H4O2, C4H6O2 Giải.
Do tác dụng với dung dịch NaOH thu được một muối và 2 ancol đồng đẳng kế
tiếp, nên 2 este là đồng đẳng kế tiếp. Đặt CTPT X là: CnH2nO2: a mol. nO2= 0,1755 mol
Do este no, đơn chức nên nCO2=nH2O = 0,145 mol
Áp dụng định luật bảo toàn oxi ta có: 2.0,1755 + 2a = 0,29 + 0,145.
Hóa học tuổi trẻ Vũ Đức Ngọc
a = 0,04 mol => n= 0,145/0,04 = 3,625.
Vậy hổn hợp X gồm: C3H6O2, C4H8O2 . Đáp án C.
Ví dụ 9: Khi đốt cháy hoàn toàn 4,4 gam chất hữu cơ X đơn chức thu được
sản phẩm cháy chỉ gồm 4,48 lít CO2 (đktc) và 3,6 gam nước. Cho 4,4 gam X tác
dụng với dung dịch NaOH vừa đủ, khi phản ứng xãy ra hoàn toàn 4,8 gam axit
hữu cơ Y và chất hưu cơ Z. Tên gọi của X là?
A. etylaxetat B. metylpropionat C. etylpropylonat D. isopropionat Giải.
X là chất hữu đơn chức phản ứng với NaOH thu được muối của axit hữu cơ và
chất hữu cơ Z. Mặt khác nCO2 =n H2O = 0,2 mol=> là este no đơn chức.
Đặt CTPT của X: CnH2nO2; a mol
mO2 pứ= 8,8+3,6- 4,4= 8g => nO2 = 0,25 mol.
Áp dụng định luật bảo toàn oxi ta có: 2a + 2.0,25 = 2.0,2 +0,2 => a= 0,05 mol
=> n= 0,2/0,05=4. CTPT của X là C4H8O2.
Khi phản ứng với dung dịch NaOH.
RCOOR* + NaOH → RCOONa + R*OH
M RCOONa = 4,8/0,05 = 96 => R= 29 (- C2H5). Vậy X là : C2H5COOCH3 Đáp án B.
Ví dụ 10: Hổn hợp X gồm 2 este X,Y tạo bởi 1 ancol và 2axit cacboxylic
kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng (MXcần 6,16 lit O2(đktc) thu được 5,6 lít CO2( đktc) và 4,5 gam H2O.CTPT của este X và giá trị của m là?
A. HCOOCH3 và 6,7 B. CH3COOCH3 và 6,7
C. HCOOC2H5 và 9,5 D. (HCOO)2C2H4 và 6,6. Giải.
Ta có: nCO2 = nH2O = 0,25 mol=> hổn hợp X là este no đơn chức. nO2 = 6,16/22,4 = 0,275 mol
Đặt công thức chung của 2 este là CnH2nO2: a mol.
Ta có phương trình: 2.a + 2.0,275 = 2.0,2 + 0,2 => a = 0,1 mol. n = nCO2/nX = ,25/0,1 = 2,5.
Vậy trong X phải có metylfomiat( C2H4O2)
m = mCO2 + mH2O - mO2 = 0,25.44 + 4,5 - 0,275.32 = 6,7g .