Phương pháp đồng đẳng hóa

Câu hỏi: Phương pháp đồng đẳng hoá? Cách giải các bài Hoá siêu nhanh?

Lời giải:

      - Đồng đẳng là hiện tượng các chất hữu cơ có cấu tạo và tính chất hóa học tương tự nhau nhưng thành phần phân tử khác nhau một hay nhiều nhóm CH₂. 

       - Các chất thuộc cùng dãy đồng đẳng hợp thành một dãy đồng đẳng có công thức chung.

       - Sau đây là dãy đồng đẳng của các hidrocacbon

       + Ankan: CnH_2n+2 (n ≥  1).

       + Anken CnH_2n (n ≥ 2) .

       + Ankadien: CnH_{2n - 2} (n ≥ 3). 

       + Ankin: CnH_{2n - 2} (n ≥ 2).

       + Dãy đồng đẵng của benzen: CnH_{2n - 6}  (n ≥ 6)

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, do đó 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

Chú ý:

       - CH₂ là thành phần khối lượng, vì vậy có 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

       Do đó 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 hi đro 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

Giải:

       Ta có: T là este hai chức nên Z là ancol 2 chức

Bảo toàn khối lượng ta có:

m_CO2 = m_E + m_O2 – m_H2O = 11,16 + 0,59.32 – 9,36 = 20,68g

n_CO2 = 0,47 < n_H2O = 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

       ⇒ m_muối = 0,02.110 + 0,02.124 = 4,68g

⇒Đáp án 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%

Giải:

       n_{H2 hiđro hóa} X = 0,152 mol

       Từ %mO ⇒ 32a + 64b = 0,46.(46a + 90b + 14c – 2. 0,152) (1)

       Đốt cháy X ta có: n_CO2 = a + 2b + c; n_H2O = a + b +c - 0,152

       ⇒ 44(a + 2b + c ) + 18(a + b + c – 0,152) = 28,298 (2)

       ⇒ m_muối = 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 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, Gía trị của a là:

A. 8,25

B. 7,85

C. 7,5

D. 7,75

Giải:

       X là trieste của glixerol nên a = n_X = n_Y = n_COO : 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: n_O2 = 2 n_CH4 + 1,5 n_CH2 = 0,1.2 + 5,1.1,5 = 7,85

⇒ Đáp án 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

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 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. Gía trị của V là:

A. 3,36

B.3,92

C.4,48

D. 4,2

Giải:

       Quy đổi hỗn hợp A

       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 C