BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG TÁCH ANKAN A Lý thuyết và phương pháp giải Dạng 1 Phản ứng tách H2 của ankan 1 Lý thuyết và phương giải Dưới tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác thích hợp, các ankan có phân tử k[.]
BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG TÁCH ANKAN A Lý thuyết phương pháp giải Dạng 1: Phản ứng tách H2 ankan Lý thuyết phương giải Dưới tác dụng nhiệt độ chất xúc tác thích hợp, ankan có phân tử khối nhỏ bị tách hiđro thành hiđrocacbon không no tương ứng 500C,xt VD: CH3 CH3 CH2 CH2 H2 - Một số cơng thức thường dùng để giải tốn + n H2 sinh = n tăng = n hỗn hợp sau phản ứng – n ankan ban đầu + m trước phản ứng = m sau phản ứng + Vì phản ứng không làm thay đổi khối lượng hỗn hợp nên lượng C H bảo toàn → Đốt cháy hỗn hợp sau phản ứng thu số mol CO2 H2O đốt cháy hỗn hợp trước phản ứng + Sản phẩm sau phản ứng dẫn qua dung dịch Br2 thì: n Br2 phản ứng = n H2 sinh Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Đề hiđro hóa hỗn hợp A gồm: C2H6, C3H8, C4H10 Sau thời gian thu hỗn hợp khí B, dA/B =1,75 % ankan bị đề hiđro hóa là: A 50% B 75% C 25% D 90% Hướng dẫn giải: Giả sử gọi mol A mol MA n B 1,75 n B 1,75mol MB n A nankan phản ứng = nB – nA = 0,75 mol 0,75 H 100% 75% Đáp án B Ví dụ 2: Tách hiđro từ ankan X thu hỗn hợp Y gồm chất có tỉ khối so với hiđro 13,75 Đốt cháy hoàn toàn Y thu 2,64 gam CO2 1,44 gam H2O Công thức phân tử ankan hiệu suất phản ứng ankan hóa A C2H6; 80% B C3H8; 80% C C3H8; 60% D C2H6; 60% Hướng dẫn giải: Đốt cháy Y đốt cháy X X O2 0,06 molCO2 0,08 mol H 2O n X n H2O n CO2 0,08 0,06 0,02mol X có số nguyên tử C = 0,06 : 0,02 = 3; Số nguyên tử H = suy X C3H8 mX = mY = 0,02.44 = 0,88 gam → nY = 0,88 : 27,5 = 0,032 mol → nankan phản ứng = 0,032 – 0,02 = 0,012 mol 0,012 100% 60% →H 0,02 Đáp án C Dạng 2: Phản ứng crackinh ankan (không xét trường hợp xảy cracking thứ cấp) Lý thuyết phương giải - Ở nhiệt độ cao có mặt chất xúc tác thích hợp, ngồi việc bị tách hiđro, ankan cịn bị phân cắt mạch cacbon tạo thành phân tử nhỏ t ,xt VD: C3 H8 CH4 C2 H4 o - Chú ý: + Phản ứng không làm thay đổi khối lượng hỗn hợp M n mtrước phản ứng = msau phản ứng đ s Ms n đ + Hàm lượng C H trước sau phản ứng không đổi + Phản ứng làm tăng số mol khí: nsau > ntrước ⇒ Psau > Pđầu + Số mol anken sinh ra: nanken = ns – nđ; Hiệu suất phản ứng: H Ví dụ minh họa ns nđ 100% nđ Ví dụ 1: Khi cracking hồn tồn thể tích hexan (X) thu bốn thể tích hỗn hợp Y (các thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ áp suất); tỉ khối Y so với H2 d Giá trị d A 10,25 B 10,5 C 10,75 D 9,5 Hướng dẫn giải: VX n X VY n Y nX MY nY MX M Y 86 21,5 21,5 ; d Y/H2 10,75 Đáp án C Ví dụ 2: Nung lượng butan bình kín (có xúc tác thích hợp) thu hỗn hợp khí X gồm ankan anken Tỉ khối X so với H2 21,75 Phần trăm thể tích butan X A 20% B 33,33% C 50% D 66, 67% Hướng dẫn giải: d X 21,75 MX 21,75.2 43,5 H2 Lấy mol hỗn hợp X Bảo toàn khối lượng: n M n C4H10 M C4H10 n X M X n C4H10 X X 0,75mol M C4H10 C4 H10 CH3CH CHCH H C4 H10 CH3CH CH CH C4 H10 CH CH CH 3CH P/ư: a Sau p/ư: b a a mol mol a b 0,75 a 0,25 2a b b 0,5 0,5 %VC4H10 100% 50% Đáp án C Dạng 3: Bài toán tổng hợp phản ứng tách ankan Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Crackinh propan thu 67,2 lít (đktc) hỗn hợp X gồm H2, C3H6, CH4, C2H4, C3H8 Dẫn toàn X vào bình đựng dung dịch Br2 dư thấy có 160 gam brom phản ứng (biết có C2H4, C3H6 phản ứng với Br2 theo tỉ lệ số mol 1:1) Vậy % propan phản ứng A 30% B 40% C 50% D 60% Hướng dẫn giải: 67,2 160 nX mol; n anken n Br2 mol 22,4 160 3 n propan mol; H 100% 50% Đáp án C Ví dụ 2: Craking m gam n-butan thu hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C4H8 phần butan chưa bị cracking Đốt cháy hoàn toàn A thu gam H2O 17,6 gam CO2 Giá trị m A 5,8 B 11,6 C 2,6 D 23,2 Hướng dẫn giải: 17,6 n butan n H2O – n CO2 0,1 mol 18 44 m = 0,1.58 = 5,8 gam Đáp án A B Luyện tập Câu 1: Thực phản ứng đề hiđro hóa hiđrocacbon M thuộc dãy đồng đẳng metan thu hỗn hợp gồm H2 hiđrocacbon N, P, Q Đốt cháy hồn tồn 4,48 lít khí N P, Q thu 17,92 lít CO2 14,4 gam H2O (thể tích khí đktc) Công thức cấu tạo M A CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 B CH3-CH(CH3)2 C CH3-CH2-CH(CH3)2 D CH3-CH2-CH2-CH3 Hướng dẫn giải: n N 0,2mol; n CO2 0,8mol; n H2O 0,8mol Ta thấy: n H2O n CO2 => hiđrocacbon N anken CnH2n + O2 → CO2 + nH2O 0,2 0,8 => 0,2n = 0,8 => n = => anken C4H8 => N, P, Q đồng phân CTPT C4H8 Khi đốt cháy N P Q cho số mol CO2 H2O giống CH3-CH2-CH2-CH3 (1) CH3-CH(CH3)-CH3 (2) Trong đồng phân có (1) tách hiđro cho sản phẩm đồng phân CH3-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH=CH-CH3 + H2 (cis-trans) CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=CH-CH2-CH3 + H2 Đáp án D Câu 2: Khi crackinh hoàn toàn thể tích ankan X thu ba thể tích hỗn hợp Y (các thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ áp suất); tỉ khối Y so với H2 12 Công thức phân tử X A C2H6 B C3H8 C C4H10 D C5H12 Hướng dẫn giải: Giả sử cracking mol ankan X thu mol hỗn hợp Y MY =12.2= 24 → mY = 24 = 72 gam Bảo toàn khối lượng: mX = mY = 72g → MX = 72 → 14n + = 72 → n =5 X C5H12 Đáp án D Câu 3: Cracking 8,8 gam propan thu hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C3H6 phần propan chưa bị cracking Biết hiệu suất phản ứng 90% Khối lượng phân tử trung bình A là: A 39,6 B 23,16 C 2,315 D 3,96 Hướng dẫn giải: Gọi số mol C3H8 phản ứng a số mol C3H8 dư b mol a b 0,2 → a = 0,18; b = 0,02 a 100% 90% 0,2 Số mol A = 2a + b = 0,38 Mtb = 8,8 : 0,38 = 23,16 Đáp án B Câu 4: Crackinh n-butan thu 35 mol hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C4H8 phần butan chưa bị cracking Giả sử có phản ứng tạo sản phẩm Cho A qua bình nước brom dư thấy cịn lại 20 mol khí Nếu đốt cháy hồn tồn A thu x mol CO2 Hiệu suất phản ứng tạo hỗn hợp A giá trị x A 57,14%; 70 B 75,00%; 80 C 57,14%; 80 D 75,00%; 70 Hướng dẫn giải: Phương trình phản ứng: C4H10 → CH4 + C3H6 (1) C4H10 → C2H6 + C2H4 (2) C4H10 → H2 + C4H8 (3) Từ phương trình phản ứng, ta thấy: n CH4 , C2H6 , H2 n C3H6 , C2H4 , C4H8 n C4H10pu n (CH4 ,C2H6 ,H2 ) n (C3H6 ,C2H4 ,C4H8 ) a(mol); n C4H10pu b(mol) n A 2a b 35(*) Khi cho hỗn hợp A qua bình dựng brom dư có C3H6, C2H4, C4H8 phản ứng bị giữ lại bình chứa brom Khí khỏi bình chứa brom H2, CH4, C2H6, C4H10 dư nên suy ra: n H2 , CH4 , C2H6 n C4H10 a b 20 ** Từ (*) (**) ta có: a = 15 b = 15 H 100% 75% 15 Đốt cháy A đốt cháy lượng C4H10 ban đầu thu lượng CO2 Bảo toàn C: n CO2 4.n C4H10 4.20 80 mol Đáp án B Câu 5: Khi tiến hành cracking 22,4 lít khí C4H10 (đktc) thu hỗn hợp A gồm CH4, C2H6, C2H4, C3H6, C4H8, H2 C4H10 dư Đốt cháy hoàn toàn A thu x gam CO2 y gam H2O Giá trị x y tương ứng A 44 18 B 44 72 C 176 90 D 176 180 Hướng dẫn giải: Coi đốt cháy hồn tồn A đốt cháy C4H10 ban đầu 13 C4H10 O2 4CO2 5H 2O mol → x = 4.44 = 176 y = 5.18 = 90 Đáp án C Câu 6: Cho etan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu hỗn hợp X gồm etan, etilen, axetilen H2 Tỉ khối hỗn hợp X etan 0,4 Nếu cho 0, mol hỗn hợp X qua dung dịch Br2 dư số mol Br2 phản ứng A 0,16 mol B 0, 24 mol C 0,32 mol D 0,40 mol Hướng dẫn giải: d X 0,4 M X 0,4.30 12(g / mol) e tan C2H C2H H ;C2H C2H 2H Ta có: mtrước = msau phản ứng M C2H6 n C2H6 M X n X n C2 H M X n X 12.0,4 0,16(mol) M C2 H 30 n H2 n X n C2H6 0,4 0,16 0,24(mol) H2 tách thay Br2 → nBrom = 0,24 (mol) Đáp án B Câu 7: Cracking 40 lít n-butan thu 56 lít hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C4H8 phần n-butan chưa bị cracking (các thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ áp suất) Giả sử có phản ứng tạo sản phẩm Hiệu suất phản ứng tạo hỗn hợp A A 40% B 50% C 60% D 70% Hướng dẫn giải: Coi tỉ lệ thể tích tỉ lệ số mol 56 40 16 H 100% 100% 40% 40 40 Đáp án A Câu 8: Khi cracking hoàn toàn ankan X thu hỗn hợp Y (các thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ áp suất ); tỉ khối Y so với H2 14,5 Công thức phân tử X A C3H8 B C4H10 C C5H12 D C2H6 Hướng dẫn giải: MY = 14,5.2 = 29 m X m Y M X n X M Y n Y MX n Y M X 2.M Y 58 MY n X C4 H10 Đáp án B Câu 9: Thực phản ứng cracking 11,2 lít butan ( đkc) thu hỗn hợp A gồm ankan anken Trong hỗn hợp A chứa 4,35g chất X mà đốt cháy thu 6,72 lít CO2 6,75g H2O Hiệu suất phản ứng cracking A 70% B 75% C 80% D 85% Hướng dẫn giải: nbutan = 0,5 (mol); n CO2 0,3 mol ; n H2O 0,375(mol) Do số mol nước lớn số mol CO2 nên X ankan → nankan = 0,075 (mol), ankan C4H10 nbutan phản ứng = 0,5 - 0,075 = 0,425 (mol) 0,425 H 100% 85% 0,5 Đáp án D Câu 10: Một hỗn hợp X gồm hai ankan A, B đồng đẳng Cracking 11,2 lít (đktc) hỗn hợp X thu 22,4 lít hỗn hợp Y (đktc) gồm ankan, anken H2, tỉ khối Y H2 8,2 Vậy công thức phân tử số mol A, B là: A C3H8 (0,2 mol); C4H10 (0,3 mol) B C2H6 (0,3 mol); C3H8 (0,2 mol) C C2H6 (0,1 mol); C3H8 (0,4 mol) D C2H6 (0,4 mol); C3H8 (0,1 mol) Hướng dẫn giải: nX = 0,5 mol; nY = mol; MY = 8,2.2=16,4 m X m Y M X n X M Y n Y MX M Y n Y 32,8 nX 14n 32,8 n 2,2 C2 H ;C3H8 Ta có: n C2H6 n C3H8 0,5 n C2 H n C3H8 44 32,8 32,8 30 n C2H6 0,4(mol); n C3H8 0,1(mol) Đáp án D Câu 11: Cracking pentan thời gian thu 1,792 lít hỗn hợp X gồm hiđrocacbon Thêm 4,48 lít khí hiđro vào X nung nóng với Ni đến phản ứng hồn tồn thu 5,824 lít khí hỗn hợp Y Các thể tích đo điều kiện tiêu chuẩn Đốt cháy hoàn toàn Y cho sản phẩm cháy hấp thụ vào nước vôi dư Khối lượng kết tủa tạo thành bao nhiêu? A 20g B 25g C 30g D 35g Hướng dẫn giải: n X 0,08(mol); n H2 0,2(mol); n Y 0,26(mol) Ta có: n H2pu n X n H2bd n Y 0,02(mol) < 0,2 nên H2 dư Mặt khác phản ứng xảy hồn tồn nên anken X phản ứng hết → nanken X = n H2 phản ứng = 0,02 (mol) Do : nankan X = 0,08 - 0,02 = 0,06 mol n C5H12bd n ankenX 0,06 mol Bảo tồn C ta có n CO2 (Y) 5.0,06 0,3 mol m 0,3.100 30g Đáp án C Câu 12: Thực phản ứng cracking 11,2 lít isopentan (đktc) thu hỗn hợp A gồm ankan anken Trong hỗn hợp A có chứa 7,2 gam chất X mà đốt cháy thu 11,2 lít khí cacbonic (đktc) 10,8 gam nước Hiệu suất phản ứng bao nhiêu? A 80% B 75% C 70% D 60% Hướng dẫn giải: 11,2 0,5(mol) Ta có: n C5H12 22,4 Đốt cháy X được: n CO2 11,2 : 22,4 0,5(mol); n H2O 10,8 :18 0,6 (mol) n CO2 X : ankan; n X 0,6 0,5 0,1mol Suy số C X là: 0,5: 0,1 = Số H X là: 2.0,6:0,1 = 12 Vậy X isopentan dư Suy hiệu suất phản ứng là: H% = 80% Đáp án A Câu 13: Cracking ankan A thu hỗn hợp sản phẩm B gồm hiđrocacbon có khối lượng mol trung bình 36,25 g/mol; hiệu suất phản ứng 60% Công thức phân tử A A C3H8 B C4H10 C C5H12 D C2H6 Hướng dẫn giải: Giả sử nankan ban đầu = mol H = 60% => nankan phản ứng = 0,6 mol => nkhí tăng = 0,6 mol => nhh B = nA + nkhí tăng = + 0,6 = 1,6 mol Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m A m B M A n A M B n B MA M B n B 1,6.36,25 58 nA C4 H10 Đáp án B Câu 14: Cracking 5,8 gam C4H10 hỗn hợp X Khối lượng H2O thu đốt cháy hoàn toàn X A 4,5 gam B gam C 18 gam D 27 gam Hướng dẫn giải n C4H10 0,1 mol Đốt cháy hỗn hợp X giống đốt cháy C4H10 thu số mol CO2 H2O) Bảo toàn nguyên tố H: n H2O 5.n C4H10 0,5 mol => mH2O = 0,5.18 = (g) Đáp án B Câu 15: Cracking m gam butan thu hỗn hợp A Đốt cháy hoàn toàn A thu gam nước Giá trị m A 2,6 B 5,8 C 11,6 D 23,2 Hướng dẫn giải: Do thành phân nguyên tố C, H không đổi nên đốt cháy hỗn hợp A đốt C4H10 Bảo toàn nguyên tố H: C4H10 → 5H2O => n C4H10 Đáp án B n H 2O 0,1 mol mC4H10 0,1.58 5,8 gam ... nên X ankan → nankan = 0,075 (mol), ankan C4H10 nbutan phản ứng = 0,5 - 0,075 = 0,425 (mol) 0,425 H 100% 85% 0,5 Đáp án D Câu 10: Một hỗn hợp X gồm hai ankan A, B đồng đẳng Cracking 11, 2 lít... b 0,75 a 0,25 2a b b 0,5 0,5 %VC4H10 100% 50% Đáp án C Dạng 3: Bài tốn tổng hợp phản ứng tách ankan Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Crackinh propan thu 67,2 lít (đktc) hỗn... C4 H10 Đáp án B Câu 9: Thực phản ứng cracking 11, 2 lít butan ( đkc) thu hỗn hợp A gồm ankan anken Trong hỗn hợp A chứa 4,35g chất X mà đốt cháy thu 6,72 lít CO2 6,75g H2O Hiệu suất phản ứng cracking