Đề thi đại học khối A (2006)

Hỗn hợp E gồm một rượu (hay ancol) đơn chức X, một axit cacboxylic đơn chức Y và một este Z tạo bởi X và Y.Lấy 0,13 mol hỗn hợp E cho phản ứng vừa đủ với 50 ml dung dịch KOH 1M đun nóng, được p gam rượu X. Hóa hơi p gam X rồi dẫn vào ống đựng CuO dư nung nóng, thu được anđehit F. Cho toàn bộ F tác dụng hết với lượng dư Ag2O trong dung dịch NH3 (hay AgNO3 trong dung dịch NH3), đun nóng, thu được 43,2 gam Ag.
1) Xác định công thức cấu tạo của X và tính giá trị p.
2) Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,13 mol hỗn hợp E bằng oxi, thì được 5,6 lít khí CO2 (đktc) và 5,94 gam H2O. Xác định công thức cấu tạo của Y, Z và tính thành phần phần trăm theo khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp E.
Giả thiết hiệu suất các phản ứng là 100%.

Vì X là rượu đơn chức nên công thức phân tử của X có dạng R'CH2OH. Trong đó, R' là gốc hiđrocacbon(hay là H+). Khi chưa biết trong gốc có liên kết pi hay không, ta thường đặt gốc là R. Nếu bài cho cụ thể có bao nhiêu liên kết pi hay liên kết đôi... ta mới đặt là CmH2m+2-n. Với cùng suy nghĩ như thế thì công thức phân tử của Y sẽ là R''COOH. Như vậy thì công thức phân tử của Z là R''COOCH2R'. Tới đây cần lưu ý hai điểm để tránh sai sót về sau:

Thứ nhất, R'' và R' có thể là H+ hay là gốc hiđrôcacbon.

Thứ hai, tuy rượu X và axit Y cùng tồn tại trong một hỗn hợp nhưng phản ứng este giữa chúng không diễn ra. Vì thiếu điều kiện của phản ứng (điều kiện là dung dịch H2SO4 loãng, có đun nóng).
Khi cho hỗn hợp E phản ứng với dung dịch KOH thì rượu X không phản ứng (theo tính chất hoá học của rượu), axit Y phản ứng tạo sản phẩm là muối và nước; este Z bị thuỷ phân tạo ra muối và rượu (ở đây chính là rượu X ). Vì phản ứng xảy ra vừa đủ nên tất cả các chất có tham gia phản ứng phải hết. Sản phẩm tạo ra có rượu X với số mol cụ thể thì ta chưa biết nhưng chắc chắn phải nhỏ hơn 0,13. Tại sao là 0.13 chắc bạn cũng hiểu. Vì tỷ lệ các phản ứng (chưa viết nhưng nhẩm được) đều là 1:1 và các hợp chất đều đơn chức. Bạn đã đọc bài hoá vô cơ "xuất bản"cùng bài này chưa. Trong bài đó, tôi không muốn loại trường hợp AgNO3 có dư bằng cách dựa vào "hỗn hợp kim loại". Ta có thể loại bằng cách so sánh số mol của hỗn hợp Zn và Cu nhỏ nhất là 5,15/65 = 0,079 cũng lớn hơn 0,14/2 = 0,07. Như vậy, hỗn hợp kim loại phải còn dư sau phản ứng.

Sản phẩm của phản ứng là anđehit F đơn chức, có số mol bằng số mol của rượu đơn chức X tương ứng. Như vậy, số mol này cũng phải nhỏ hơn 0,13. Chúng ta đã biết là anđehit đơn chức khi phản ứng tráng bạc thì tạo ra sản phẩm Ag với số mol lớn gấp 2 lần (tất nhiên, có một trường hợp riêng). Như vậy số mol Ag tạo ra ở đây phải nhỏ hơn 0,26. Nhưng theo bài ra thì lượng Ag thu được là 43,2/108 = 0,4 mol. Vậy thì khả năng xảy ra trường hợp riêng đến 99% rồi. Trường hợp riêng là gì, anđehit F chính là HCHO, khi tráng bạc cho lượng Ag lớn gấp 4 lần về số mol. Ta cũng có thể kết luận luôn số mol anđehit F là 0,1.

Theo câu trên, trong 0,13 mol hỗn hợp E thì số mol CH3OH là 0,08; của axit là 0,03 và của este là 0,02. Số mol của H2O và CO2 là sản phẩm cháy tương ứng là 0,33 và 0,25. Số mol của H2O và CO2 do 0,08 mol CH3OH cháy tạo ra tương ứng là 0,16 và 0,08 (các giá trị này đều do tính toán nhẩm, chưa viết phương trình). Do đó, 0,03 mol axit và 0,02 mol este cháy tạo ra 0,17 mol H2O và 0,17 CO2 (số mol CO2 và H2O là sản phẩm của phản ứng cháy bằng nhau). Mặt khác, axit Y và este Z có cùng số liên kết pi trong phân tử nên công thức phân tử của Y và Z tương ứng là CmH2mO2; Cm+1H2(m+1)O2.Tới đây thì chỉ còn một ẩn m và việc tìm ra đáp số không có gì là khó. Tuy nhiên, cần chú ý yêu cầu của đề bài là tìm công thức cấu tạo của Y và Z. Ta cần trả lời thẳng vào câu hỏi và có đọc tên của các chất đó thì càng tốt.
Bài hoá trên được giải như sau:
Bước 1: Đọc kỹ toàn bộ đề bài trong 3 phút:
Hỗn hợp E gồm một rượu (hay ancol) đơn chức X, một axit cacboxylic đơn chức Y và một este Z tạo bởi X và Y.Lấy 0,13 mol hỗn hợp E cho phản ứng vừa đủ với 50 ml dung dịch KOH 1M đun nóng, được p gam rượu X. Hóa hơi p gam X rồi dẫn vào ống đựng CuO dư nung nóng, thu được anđehit F. Cho toàn bộ F tác dụng hết với lượng dư Ag2O trong dung dịch NH3 (hay AgNO3 trong dung dịch NH3), đun nóng, thu được 43,2 gam Ag.
1) Xác định công thức cấu tạo của X và tính giá trị p.
2) Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,13 mol hỗn hợp E bằng oxi, thì được 5,6 lít khí CO2 (đktc) và 5,94 gam H2O. Xác định công thức cấu tạo của Y, Z và tính thành phần phần trăm theo khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp E.
Giả thiết hiệu suất các phản ứng là 100%.

Bước 2: Phân tích bài toán theo các điều kiện, dữ kiện của bài. Không nhất thiết dữ kiện nào cho trước thì phải sử dụng trước.Chú ý, phải sử dụng tất cả dữ kiện. Nếu không sử dụng hết dữ kiện thì hãy nghĩ là mình làm sai trước khi cho rằng đề bài ra sai.
Tôi quan tâm trước hết là dữ kiện ở dòng cuối cùng "Hiệu suất các phản ứng đạt 100% ". Điều này có nghĩa là nếu các chất phản ứng được với nhau thì phải có ít nhất một chất (cũng có thể là nhóm chất cùng loại) phải hết sau khi phản ứng kết thúc. Câu này cũng có ý nghĩa tương tự câu: "Giả thiết các phản ứng xảy ra hoàn toàn". Bây giờ bạn hãy lướt chuột lên đề bài ở dưới và xem sự phân tích:
Hỗn hợp E gồm một rượu (hay ancol) đơn chức X, một axit cacboxylic đơn chức Y và một este Z tạo bởi X và Y. Lấy 0,13 mol hỗn hợp E cho phản ứng vừa đủ với 50 ml dung dịch KOH 1M đun nóng, được p gam rượu X. Hóa hơi p gam X rồi dẫn vào ống đựng CuO dư nung nóng, thu được anđehit F. Cho toàn bộ F tác dụng hết với lượng dư Ag2O trong dung dịch NH3 (hay AgNO3 trong dung dịch NH3), đun nóng, thu được 43,2 gam Ag.
1) Xác định công thức cấu tạo của X và tính giá trị p.
2) Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,13 mol hỗn hợp E bằng oxi, thì được 5,6 lít khí CO2 (đktc) và 5,94 gam H2O. Xác định công thức cấu tạo của Y, Z và tính thành phần phần trăm theo khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp E.
Giả thiết hiệu suất các phản ứng là 100%.
Bài giải cụ thể như sau:
Giả sử công thức phân tử của rượu X là R'CH2OH và của axit Y là R''COOH. Như vậy, công thức phân tử của este Z là R''COOCH2R'. Trong 0,13 mol hỗn hợp E, gọi số mol tương ứng của X, Y và Z là x, y và z.
Ta có: x + y + z = 0,13 (I) Khi cho 0,13 mol hỗn hợp E phản ứng với dung dịch KOH, có các phản ứng sau xảy ra: R''COOH + KOH ® R''COOK + H2O (1)
R''COOR' + KOH ®R''COOK + R'OH (2)
Theo đó, ta có phương trình: y + z = số mol của KOH tham gia hai phản ứng (1) và (2) = 0,05 x 1 = 0,05 (II) Như vậy, p gam rượu X được tạo ra có số mol tương ứng là x + z (theo (I) thì số mol này nhỏ hơn 0,13). Phương trình phản ứng oxi hoá rượu X và phản ứng tráng bạc:
R'CH2OH + CuO ®R'CHO + Cu + H2O (3)
RCHO + Ag2O ® RCOOH + 2Ag↓ (4)
HCHO + 2Ag2O ® H2O + CO2 + 4Ag↓ (4')
(Hoặc HCHO + 4AgNO3 + 6NH4OH ® (NH4)2CO3 + 4Ag ↓ + 4NH4NO3 + 4H2O) (4')
Số mol Ag được tạo ra sau phản ứng tráng bạc là: 43,2/108 = 0,04.
Giả sử xảy ra phản ứng (3), (4) thì số mol Ag tạo ra sẽ gấp 2 lần số mol rượu X (sẽ nhỏ hơn 0,26). Như vậy, trái với thực tế bài toán. Vậy, thực tế xảy ra phản ứng (3), (4') và X có công thức là CH3OH. Ta có phương trình toán học: 2(x + z ) = 0,04 (III). Từ (I), (II), và (III) ta có hệ phương trình, giải ra, ta có: x = 0,08; y = 0,03 và z = 0,02. Công thức cấu tạo của rượu X ban đầu: CH3OH (rượu metylic).
Khối lượng p của rượu X là: p = 32(x + z) = 32.0,1 = 3,2 gam
2. Phản ứng oxi hoá hoàn toàn rượu X xảy ra như sau:
2CH3OH + 3O2 ® 2CO2 + 4H2O (5).
Như vậy, số mol CO2 và H2O được tạo ra sau phản ứng (5) là 0,08 và 0,16.
Số mol của CO2 thu được khi đốt cháy 0,13 hỗn hợp E là: 5,6/22,4 = 0,25.
Số mol H2O thu được là: 5,94/18 = 0,33. Theo đó, 0,03 mol axit Y và 0,02 mol este Z cháy cho ta 0,33 – 0,16 = 0,17 mol H2O và 0,25 – 0,16 = 0,17 mol CO2 (số mol CO2 và số mol H2O bằng nhau). Mặt khác, Y và Z có cùng số liên kết pi, cùng cấu tạo mạch cacbon và công thức phân tử hơn kém nhau một nhóm CH2. Do đó, CTPT của axit là CmH2mO2 v à của este là Cm+1H2(m+1)O2 . Phản ứng cháy xảy ra như sau:
2CmH2mO2 + (3m – 2)O2 ® 2mCO2 + 2mH2O (6)
2Cm+1H2(m+1)O2 + (3m +1)O2 ® 2(m+1)CO2 + 2(m + 1)H2O (7)
Theo lượng CO2 tạo ra ở (6) và (7) ta có: 0,03m + 0,02(m+1) = 0,17 Þ m = 3.
Vậy CTPT của axit và este tương ứng là C2H5COOH và C2H5COOCH3.
Công thức cấu tạo cần tìm: Y:CH3 ─ CH2 ─ COOH (axit propanoic)
Z là: CH3 ─ CH2 ─ COOCH3 (metyl propionat).
Khối lượng của 0,13 mol hỗn hợp E là: 0,08.32 + 0,03.74 + 0,02.88 = 6,54 gam.
Thành phần phần trăm theo khối lượng của các chất tương ứng:
- Chất X: (CH­3OH) 0,08.32.100/6,54= 39,14 (%)
- Chất Y: (C2H5COOH) 0,03.74.100/6,54= 33,94 (%)
- Chất Z: (C2H5COOCH3) 0,02.88.100/6,54 = 26,92(%)

À..ơ...bài trên...dc..mấy điểm vậy ?