Bài học

Bài toán tổng hợp hydrocarbon

Em sẽ làm được gì?

Em vận dụng tổng hợp toàn bộ kiến thức đã học: nhận biết hợp chất hữu cơ, phân biệt alkane/alkene bằng công thức và bằng thí nghiệm bromine, viết & cân bằng phương trình cháy, tính theo phương trình hóa học (mol, khối lượng, thể tích ở đkc).

Cần nhớ trước

Toàn bộ 5 bài học trước của khóa: hợp chất hữu cơ, CTPT/CTCT, alkane/alkene, phản ứng cháy, phản ứng bromine.

Khởi động

Một đề kiểm tra thường không hỏi riêng lẻ từng kiến thức, mà kết hợp nhiều bước trong một bài toán: vừa phải nhận biết chất, vừa viết phương trình, vừa tính toán. Em đã sẵn sàng ghép các mảnh kiến thức lại với nhau chưa?

Bài học này không giới thiệu kiến thức mới, mà tập trung luyện kĩ năng giải bài toán tổng hợp — dạng bài các em sẽ gặp trong đề kiểm tra và đề thi, đòi hỏi kết hợp nhiều bước suy luận liên tiếp thay vì áp dụng một công thức đơn lẻ.

Hệ thống hóa kiến thức chương

Trước khi giải bài tập, hãy ôn lại sơ đồ tư duy của cả khóa học: hợp chất hữu cơ (hợp chất của carbon, trừ CO/CO₂/carbonate) chia thành hydrocarbon (chỉ C, H) và dẫn xuất hydrocarbon (có thêm O…). Trong hydrocarbon, alkane (no, $C_nH_{2n+2}$ , chỉ liên kết đơn) khác alkene (không no, $C_nH_{2n}$ , có liên kết đôi) ở hai điểm mấu chốt: alkane không phản ứng với dung dịch bromine còn alkene thì có; và cả hai đều cháy tạo $CO_2 + H_2O$ nhưng tỉ lệ mol sản phẩm phụ thuộc vào số nguyên tử C, H trong phân tử.

Trước khi giải bài tập, hãy ôn lại sơ đồ tư duy của cả khóa học: **hợp chất hữu cơ** (hợp chất của carbon, trừ CO/CO₂/carbonate) chia thành **hydrocarbon** (chỉ C, H) và **dẫn xuất hydrocarbon** (có thêm O…). Trong hydrocarbon, **alkane** (no, $C_nH_{2n+2}$, chỉ liên kết đơn) khác **alkene** (không no, $C_nH_{2n}$, có liên kết đôi) ở hai điểm mấu chốt: alkane không phản ứng với dung dịch bromine còn alkene thì có; và cả hai đều cháy tạo $CO_2 + H_2O$ nhưng tỉ lệ mol sản phẩm phụ thuộc vào số nguyên tử C, H trong phân tử.

Cùng 0,2 mol nhưng ethylene (

C_2H_4

, cháy theo

C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O

) sinh gấp đôi thể tích

CO_2

so với methane, vì mỗi phân tử ethylene có 2 carbon.Cùng 0,2 mol nhưng ethylene ($C_2H_4$, cháy theo $C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$) sinh gấp đôi thể tích $CO_2$ so với methane, vì mỗi phân tử ethylene có 2 carbon.

Ví dụ tổng hợp

Ví dụ

Ví dụ 1 — Nhận biết, viết phương trình và tính toán

1
Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một hydrocarbon X, thu được 0,2 mol $CO_2$ và 0,2 mol $H_2O$ . Trước khi đốt, nếu dẫn X qua dung dịch bromine thì dung dịch bị mất màu. Xác định công thức phân tử của X và viết phương trình cháy.
Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một hydrocarbon X, thu được 0,2 mol $CO_2$ và 0,2 mol $H_2O$. Trước khi đốt, nếu dẫn X qua dung dịch bromine thì dung dịch bị mất màu. Xác định công thức phân tử của X và viết phương trình cháy.
2
Từ 0,1 mol X sinh 0,2 mol $CO_2$ → mỗi phân tử X có $\dfrac{0,2}{0,1}=2$ nguyên tử C.
Từ 0,1 mol X sinh 0,2 mol $CO_2$ → mỗi phân tử X có $\dfrac{0,2}{0,1}=2$ nguyên tử C.
3
Từ 0,1 mol X sinh 0,2 mol $H_2O$ → số mol H là $0,2 \times 2 = 0,4$ mol → mỗi phân tử X có $\dfrac{0,4}{0,1}=4$ nguyên tử H.
Từ 0,1 mol X sinh 0,2 mol $H_2O$ → số mol H là $0,2 \times 2 = 0,4$ mol → mỗi phân tử X có $\dfrac{0,4}{0,1}=4$ nguyên tử H.
4
X có công thức $C_2H_4$ . Vì X làm mất màu dung dịch bromine → X là alkene, phù hợp với $C_2H_4$ (ethylene, thỏa $C_nH_{2n}$ với $n=2$ ).
X có công thức $C_2H_4$. Vì X làm mất màu dung dịch bromine → X là alkene, phù hợp với $C_2H_4$ (ethylene, thỏa $C_nH_{2n}$ với $n=2$).
5
$C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$ — kiểm tra lại: 0,1 mol $C_2H_4$ sinh $0,1 \times 2 = 0,2$ mol $CO_2$ và $0,1 \times 2 = 0,2$ mol $H_2O$ , khớp với đề bài.
$C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$ — kiểm tra lại: 0,1 mol $C_2H_4$ sinh $0,1 \times 2 = 0,2$ mol $CO_2$ và $0,1 \times 2 = 0,2$ mol $H_2O$, khớp với đề bài.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Bài toán nhiều bước kiểu đề thi

1
Đốt cháy hoàn toàn 3,2 gam một alkane Y (chưa biết), thu được thể tích khí $CO_2$ là 4,958 lít (ở đkc). Xác định công thức phân tử của Y, biết Y là một trong bốn alkane đầu dãy.
Đốt cháy hoàn toàn 3,2 gam một alkane Y (chưa biết), thu được thể tích khí $CO_2$ là 4,958 lít (ở đkc). Xác định công thức phân tử của Y, biết Y là một trong bốn alkane đầu dãy.
2
$n_{CO_2} = \dfrac{V}{24,79} = \dfrac{4,958}{24,79} = 0,2$ mol.
$n_{CO_2} = \dfrac{V}{24,79} = \dfrac{4,958}{24,79} = 0,2$ mol.
3
Với alkane $C_nH_{2n+2}$ , phương trình cháy tổng quát: $C_nH_{2n+2} + \dfrac{3n+1}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + (n+1)H_2O$ . Theo tỉ lệ, số mol $CO_2$ gấp $n$ lần số mol alkane.
Với alkane $C_nH_{2n+2}$, phương trình cháy tổng quát: $C_nH_{2n+2} + \dfrac{3n+1}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + (n+1)H_2O$. Theo tỉ lệ, số mol $CO_2$ gấp $n$ lần số mol alkane.
4
Nếu Y là $CH_4$ ( $M=16$ ): $n_{CH_4} = \dfrac{3,2}{16} = 0,2$ mol → $n_{CO_2} = n \times n_{CH_4} = 1 \times 0,2 = 0,2$ mol — khớp đúng với số mol $CO_2$ đã tính!
Nếu Y là $CH_4$ ($M=16$): $n_{CH_4} = \dfrac{3,2}{16} = 0,2$ mol → $n_{CO_2} = n \times n_{CH_4} = 1 \times 0,2 = 0,2$ mol — khớp đúng với số mol $CO_2$ đã tính!
5
Y chính là methane $CH_4$ . Bài toán cho thấy kĩ năng chuyển đổi thể tích ở đkc sang mol, kết hợp với tỉ lệ phương trình cháy, là chìa khóa giải các bài tổng hợp về hydrocarbon.
Y chính là **methane $CH_4$**. Bài toán cho thấy kĩ năng chuyển đổi thể tích ở đkc sang mol, kết hợp với tỉ lệ phương trình cháy, là chìa khóa giải các bài tổng hợp về hydrocarbon.

Chiến lược làm bài tổng hợp

Khi gặp một bài toán hydrocarbon nhiều bước, hãy làm theo trình tự: (1) đọc kĩ đề, gạch chân dữ kiện đã cho (khối lượng, thể tích, số mol, hiện tượng thí nghiệm); (2) xác định xem đề đang hỏi về nhận biết (dùng dấu hiệu bromine, công thức chung) hay tính toán (dùng tỉ lệ mol theo phương trình); (3) đổi mọi dữ kiện về số mol trước khi tính tiếp, vì mol là đơn vị trung gian nối khối lượng, thể tích khí và tỉ lệ phương trình; (4) kiểm tra lại kết quả bằng cách thay ngược vào đề bài, như đã làm ở Ví dụ 1.

Khi gặp một bài toán hydrocarbon nhiều bước, hãy làm theo trình tự: (1) đọc kĩ đề, gạch chân dữ kiện đã cho (khối lượng, thể tích, số mol, hiện tượng thí nghiệm); (2) xác định xem đề đang hỏi về **nhận biết** (dùng dấu hiệu bromine, công thức chung) hay **tính toán** (dùng tỉ lệ mol theo phương trình); (3) đổi mọi dữ kiện về **số mol** trước khi tính tiếp, vì mol là đơn vị trung gian nối khối lượng, thể tích khí và tỉ lệ phương trình; (4) kiểm tra lại kết quả bằng cách thay ngược vào đề bài, như đã làm ở Ví dụ 1.

Lỗi thường gặp

Đừng nhầm!

Lỗi phổ biến nhất trong bài toán tổng hợp là bỏ qua bước xác định alkane hay alkene trước khi viết phương trình cháy, dẫn đến cân sai hệ số oxygen (vì alkane và alkene có công thức chung khác nhau). Lỗi thứ hai là quên đổi tất cả dữ kiện (khối lượng, thể tích) về cùng đơn vị mol trước khi so sánh tỉ lệ theo phương trình.

Luyện tập

Ghi nhớ

Bài toán tổng hợp hydrocarbon luôn kết hợp ba kĩ năng: nhận biết chất (công thức chung, phép thử bromine), viết & cân bằng phương trình cháy, và tính toán theo tỉ lệ mol (dùng $V=n \times 24,79$ ở đkc). Luôn đổi mọi dữ kiện về mol trước khi so sánh tỉ lệ.

Bước tiếp theo

Đến đây em đã nắm được nền tảng hợp chất hữu cơ và hydrocarbon lớp 9. Khóa học tiếp theo sẽ đi sâu vào hai dẫn xuất hydrocarbon quan trọng: ethylic alcohol và acetic acid.