Phương pháp quy đổi hỗn hợp về các cụm nguyên tố | Hóa học 11

0
16

QUY ĐỔI HỖN HỢP VỀ CÁC CỤM NGUYÊN TỐ

Trong quá trình phát triển của đề thi những năm gần đây, ngày càng đòi hỏi mức độ tư duy, kĩ năng giải toán hoàn thiện từ học sinh. Phép quy đổi về các cụm nguyên tố cũng từ đó mà sinh ra. Ta sẽ tách hỗn hợp về các phần riêng rẽ để giải, mỗi phần nguyên tố có đặc điểm riêng hay phản ứng riêng,… có thể “lợi dụng” được.

1. Dấu hiệu

– Thứ nhất, quy đổi về các cụm nguyên tố được sử dụng ưu thế hơn trong các bài tập hữu cơ. Nguyên nhân chính là do phản ứng hữu cơ thường “ăn theo” một nhóm chức, một mắt xích hay một phân tử, để tách những nguyên tố của chất hữu cơ thành riêng lẻ phục vụ cho mục đích giải toán xuyên suốt thì thật là hãn hữu.

– Thứ hai, khả năng giữ lại phản ứng cao hơn hẳn so với quy đổi về các nguyên tố. Đa phần các nhóm chức vẫn được bảo toàn. Trong phần A, ta đã thống nhất với nhau rằng không sử dụng sản phẩm phản ứng của hỗn hợp sau khi quy đổi. Nhưng đối với kiểu hỗn hợp giả định này, có thể sử dụng các sản phẩm đó nhưng không ở mức độ tuyệt đối, dĩ nhiên sản phẩm tạo thành từ hỗn hợp gốc vẫn luôn chính xác nhất và không làm sai lệch cái căn nguyên của vấn đề.

2. Những kĩ năng về tách nhóm chức, tách cụm nguyên tố

Bài tập hữu cơ thường xoay quanh các nhóm chức:-CH_xOH(ancol), - CHO(andehit), -COOH (axit)

Ta sẽ nói về các đặc điểm riêng của chúng

Phương pháp quy đổi hỗn hợp về các cụm nguyên tố

– CHO: Nói về chức anđehit thì không có nhiều điểm đặc biệt hoặc có thể là ta chưa khai thác được hết. Tuy nhiên, nếu đặt cạnh chức ancol thì lại nó lại có khá nhiều nét riêng. Một chất hữu cơ mạch hở, không phân nhánh chỉ có từ 2 chức –CHO trở xuống, trong khi ancol thì có thể có vô số. Chính vì vậy, đề thi rất hiếm khi đề cập tới anđehit hay axit ba chức.

– COOH: Chức axit có thể tách thành , một điểm rất đáng lưu ý để xử lý phản ứng cháy. Đồng thời cụm COO cũng là chênh lệch phân tử của nhiều dãy đồng đẳng

Lấy ví dụ: Chỉ xét thành phần phân tử thì

Hiđrocacbon + COO = Axit/Este “tương ứng”

Amin + COO = Amino axit/ Este “tương ứng”

Bên cạnh đó, 3 nhóm chức điển hình này còn có thể chuyển hóa lẫn nhau qua các phản ứng oxi hóa, thủy phân,… Từ số phản ứng hạn hẹp, anđehit có thể “biến” thành ancol chỉ với H2 kèm xúc tác thích hợp, khi đó đề bài sẽ rất mở vì phản ứng của ancol khá đa dạng. Hay phản ứng biến anđehit thành muối của axit tương ứng cũng được khai thác nhiều.

3. Các bài toán điển hình

Chúng ta sẽ đi từ đơn giản đến phức tạp, phần nào “trũng” thì đào sâu nó.


Bài Giải:

Theo bài ra, số mol nhóm –CHO trong hỗn hợp là 0,12 mol, đó cũng chính là mol H2 phản ứng tối đa với X→ Các anđehit no, hai chức.

Một anđehit no, hai chức sẽ có dạng: 

Không tính phần nhóm chức thì phần cấu tạo còn lại chỉ gồm các mắt CH2. Vậy

Khối lượng 0,12 mol X là: =5,58.2 11,16 (gam)

Chọn đáp án C.


Bài Giải:

Rõ ràng n không nhỏ hơn 2. Ta có một vài lựa chọn để quy đổi X, hãy thử điểm qua

 Chọn đáp án A.

Lựa chọn số 1 có lẽ sẽ chẳng bao giờ được dùng tới, với trường hợp số 2 và 3 thì tùy thuộc vào dữ liệu đề bài đưa ra, chẳng hạn nếu có số mol hỗn hợp X thì lựa chọn 2 rõ ràng khả quan hơn.

Ví dụ 9: 


Bài giải

Chọn đáp án A.

Nói về các nhóm chức ancol, anđehit, axit không thể bỏ qua bài toán “không chứa Cacbon tự do” xuất hiện những năm gần đây. Ấn phẩm quy đổi có bàn tới vấn đề “lịch sử”, nên các ví dụ sau đây cũng sẽ dựa trên tiến trình thời gian ra mắt (theo trí nhớ của tác giả). Trước hết là lần xuất hiện chính thức đầu tiên.

Ví dụ 10:


Bài giải

Đây là bài toán khá hay ở thời điểm đề minh họa được công bố, dĩ nhiên, hầu hết các câu hỏi mới của đề thi thật đều xuất phát từ các đề thi thử (đề thi năm 2017 gần như chỉ là “sự tổng hợp hỗn độn” từ các đề thi thử những năm gần đây), tức là chắc chắn bài toán khai thác theo góc độ này đã xuất hiện từ trước. Đầu tiên ta có: 50 < MX < MY < MZ do đó hỗn hợp đầu không chứa HCHO

 Điều đó có nghĩa là hỗn hợp sẽ không chứa Cacbon tự do, tất cả các nguyên tử Cacbon đều bị “bắt” đi kèm với một nhóm chức nhất định.

Chọn đáp án A.

Vậy khái niệm Cacbon tự do ở đây được hiểu như thế nào? Ta định nghĩa với nhau: “Một nguyên tử Cacbon trong cấu tạo phân tử của chất hữu cơ khi không nằm trong nhóm chức tương ứng mà chỉ liên kết với các nguyên tử Cacbon lân cận và Hiđro gọi là Cacbon tự do”. Nếu một chất không chứa Cacbon tự do thì khối lượng cũng như các phản ứng của nó chỉ do nhóm chức quyết định (*).

Quay trở lại ví dụ 10, đã có rất nhiều bài toán tương tự như vậy nhưng hầu như chỉ là “thay số”. Để có thể thấy được hết các vấn đề phát sinh của câu hỏi thiết kế như trên chúng ta phải đứng ở đầy đủ 2 góc độ quan trọng: Cacbon, Hiđro.

Lấy ví dụ:


Ví dụ 11:

Bài giải

Gấp đôi dữ kiện các phần, ta có

Chọn đáp án D.

Ví dụ 12:

Bài giải:

Gấp 3 lần dữ kiện các phần ta có ngay:


→ Hai chất trong X là: OHC – CHO; HOOC – COOH, chất còn lại là ancol đa chức không chứa Cacbon tự do nhưng chúng ta chưa biết nó có bao nhiêu chức.

 Chọn đáp án A

Những câu hỏi tương tự như ví dụ 12 sẽ hướng tới đặc biệt trong cấu tạo của ancol, trong cuốn “Tổng ôn 2017” tác giả có đề cập một câu hỏi như vậy nhưng ancol được nhắc tới là Sobitol. Để tạo sự nhất quán với chương trình học và thi, âu cũng chỉ có hai chất Glixerol và Sobitol là thích hợp. Dĩ nhiên, có thể thiết kế nhiều câu hỏi khác dựa trên ý tưởng này, sẽ không còn 2 cụm nữa, có thể chỉ là 1 cụm như cấu tạo mạch hở của Glucozơ. Các bài tập về chủ đề này luôn có sự phong phú nhất định.

Tiếp theo, ta chuyển sang một ví dụ có liên quan đến việc tách nhóm –COOH.

Ví dụ 13:

Bài giải

Trước hết chúng ta nhận thấy rằng – Hai chất đầu trong X không có cấu trúc dạng HCOO– – Phản ứng được đề cập trong bài không riêng biệt với các nhóm chức axit hay este, có nghĩa là chúng chỉ đóng góp vào thành phần phân tử, còn lại thì “vô dụng”

Chọn đáp án D.

Cách giải này có một điểm rất đặc biệt ngoại lệ so với vấn đề lớn thứ nhất của quy đổi. Ta đã sử dụng một hỗn hợp không toàn vẹn về thành phần phân tử so với hỗn hợp nguyên thủy bằng việc rút nhóm COO ra khỏi cấu tạo axit hay este. Nếu không hiểu kĩ, rất khó để suy biến X về X’ chỉ với một thao tác đơn giản như vậy. Câu hỏi này còn có khoảng 3 cách giải nữa, nhưng trong phạm vi của bài, chúng ta dừng lại ở đây. Phần bài tập tự luyện sẽ có một câu hỏi tương tự.

Ví dụ 14:

Bài giải

Chọn đáp án A.

Ta sẽ còn giải lại câu hỏi này trong phần bài tập tự luyện của bài 4.

Ví dụ 15: 

Bài giải

Y gồm các anđehit và ancol no, đơn chức, mạch hở.
—>Chọn đáp án B.

Bài toán  vô cơ có sử dụng phép quy đổi về các cụm nguyên tố.

Bây giờ, chúng ta sẽ chuyển sang các bài toán vô cơ có sử dụng phép quy đổi về các cụm nguyên tố. Đối nghịch với quy đổi về các nguyên tố, việc sử dụng phép toán này trong vô cơ thực sự không nhiều và tác dụng của nó cũng ở mức thấp, chỉ thực sự hữu dụng trong một số trường hợp nhất định.

Ví dụ 16:


Bài giải:


Chọn đáp án D.

Ví dụ 17

Chọn đáp án A.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here