Bài tập Hidrocacbon (Phần 5) pot

49 II.2 – BÀI TOÁN LẬP CTPT HYDROCACBON II.2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA HYDROCACNON II.2.1.1 Phương pháp khối lượng hay % khối lượng. 1) Phương pháp giải : Bước 1 : Tìm M A : tùy theo giả thiết đề bài cho mà sử dụng các cách tính sau để tìm M A Tìm M A dựa trên các khái niệm cơ bản, các định luật cơ bản. Có nhiều cách để tìm khối lượng phân tử, tùy từng giả thiết đề bài cho mà dùng cách tính thích hợp. 1. Dựa vào khối lượng riêng D A (đktc) ÞM A = 22,4 . D A với D A đơn vị g/l 2. Dựa vào tỉ khối hơi của chất hữu cơ A M A = M B . d A/B M A = 29 . d A/KK 3. Dựa vào khối lượng (m A ) của một thể tích V A khí A ở đktc M A = (22,4 . m A )/ V A m A : khối lượng khí A chiếm thể tích V A ở đktc 4. Dựa vào biểu thức phương trình Mendeleep – Claperon: Cho m A (g) chất hữu cơ A hóa hơi chiếm thể tích V A (l) ở nhiệt độ T ( o K) và áp suất P(atm) PV = nRT Þ pV mRT M = (R = 0,082 atm/ o Kmol) 5. Dựa vào định luật Avogadro: Định luật: Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, mọi thể tích khí bằng nhau đều chứa cùng một số phân tử khí. V A = V B => n A = n B Þ B B A A M m M m = => M A = m A B B m M Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 50 Bước 2 : Đặt CTPT chất A: C x H y Xác định thành phần các nguyên tố trong hydrocacbon. Cách 1 :Dùng khi đề bài -Không cho khối lượng hydrocacbon đem đốt cháy -Tính được m C , m H từ m CO2 , m H2O * Tính khối lượng các nguyên tố có trong A và m A (g) chất A. - Xác định C: 22,4 V 12.n.12 44 m 12. )CO (trong mC A) (trong mC CO2 CO2 CO2 2 ==== - Xác định H OH O OH nn 2 2 2 .2 18 m 22.1 H2O) (trong mH A) mH(trong H ==== - Xác định m A Þ m A = m H + m A * Xác định CTPT chất hữu cơ A: C x H y Dựa trên CTTQ chất hữu cơ A: C x H y ; 12.m m.M x m M m y m 12 A CA A A HC x ==>== A HA m m.M y = Cách 2 : Khi đề bài cho biết thành phần % các nguyên tố trong hỗn hợp * Dùng công thức sau: 12.100 C.%M x 100% M %H y C % 12 AAx ==>== ; 100 H.%M y A = Þ CTPT A. Cách 3 : * Tìm CTĐG nhất => CTN => CTPT A β:α 1 m : 12 m y:x H C == hoặc β:α 1 %H : 12 %C y:x == - CTĐG nhất : C a H b => CTTN : (C a H b ) n - Xác định n: biện luận từ CTTN để suy ra CTPT đúng của A : y £ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ³ 1, nguyên dương. Þ Từ đó xác định được CTPT đúng của chất hữu cơ A. Lưu ý: Khi bài tóan yêu cầu xác định CTĐG nhất của chất hữu cơ A (hay CTN của A) hoặc khi đề không cho dữ kiện để tìm M A thì ta nên làm theo cách trên. 2) Các ví dụ : Ví dụ 1 : Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 51 Một hydrocacbon A có thành phần nguyên tố: % C = 84,21; %H = 15,79; Tỉ khối hơi đối với không khí bằng d A/KK = 3,93. Xác định CTPT của A GIẢI Bước 1: Tính M A : Biết d A/KK => M A = M KK . d A/KK = 29.3,93 = 114 Bước 2 : Đặt A : C x H y 100 M %H y %C 12x A == à 8 12.100 114.84,21 12.100 .%CM x A === à 18 1.100 114.15,79 1.100 .%HM y A === Suy ra CTPT A: C 8 H 18 Ví dụ 2 : Một hydrocacbon A ở thể khí có thể tích gấp 4 lần thể tích của lưu huỳnh đioxit có khối lượng tương đương trong cùng điều kiện. Sản phẩm cháy của A dẫn qua bình đựng nước vôi trong dư thì có 1g kết tủa đồng thời khối lượng bình tăng 0,8g. Tìm CTPT A. GIẢI * Tìm M A : 1V A = 4VSO 2 (ở cùng điều kiện ) Þn A = 4nSO 2 Þ 22 2 41 4 SOASO SO A A MMM m M m =Þ= (A và SO 2 có khối lượng tương đương nhau) Þ 16 4 64 4 M M 2 SO A === Cách 1 : giải theo phương pháp khối lượng hay % khối lượng : Đặt A : C x H y Bình đựng Ca(OH) 2 hấp thụ CO 2 và H 2 O Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O m¯ = mCaCO 3 = 1g nCO 2 = nCaCO 3 = 1/100= 0,01mol ÞnC = nCO 2 = 0,01mol Þm C = 12.0,01=0,12g mCO 2 = 0,01.44 = 0,44g rm bình = mCO 2 + mH 2 O ÞmH 2 O = 0,8-0,44 = 0,36g g m m OH H 04,0 18 36,0 2 18 2 2 === ĐLBT khối lượng (A) :mA = mC + mH = 0,12 +0,04 = 0,16 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 52 Ta cú 1 16,0.12 12,0.16 12.m m.M x m M m y m 12 A CA A A HC x ====>== 4 16,0 04,0.16 m m.M y A HA === Vy CTPT A : CH 4 Cỏch 2 : Bin lun da vo iu kin y Ê 2x + 2; y chn, nguyờn dng ; x 1, nguyờn ị x =1 v y = 4 CTPT A. Vớ d 3: t chỏy hon ton 2,64g mt hydrocacbon A thu c 4,032 lớt CO 2 (ktc). Tỡm CTPT A? GII * Tỡm thnh phn cỏc nguyờn t : mC (trong A) = mC (trong CO2) = (4,032/ 22,4)*12 = 2,16g m H = m A m C = 2,64 2,16 = 0,48g C H m m2,160,48 x:y=:=:=3:8 121121 ị CTN : C 3 H 8 ị CTTN : (C 3 H 8 )n Bin lun : S H Ê 2 s C +2 ị 8n Ê 6n + 2 ị n Ê 1 m n nguyờn dng ịn = 1 CTPT A : C 3 H 8 II.2.1.2) Phng phỏp da vo phn ng chỏy: Du hiu nhn bit bi toỏn dng ny : bi t chỏy mt cht hu c cú cp n khi lng cht em t hoc khi lng cỏc cht sn phm (CO 2 , H 2 O) mt cỏch trc tip hoc giỏn tip (tc tỡm c khi lng CO 2 , H 2 O sau mt s phn ng trung gian). 1) Phng phỏp gii: Bc 1 : Tớnh M A ( phn II.2.1.1) Bc 2 : t A : C x H y * Vit phng trỡnh phn ng chỏy. OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +ắđắ ữ ứ ử ỗ ố ổ ++ M A (g) 44x 9y m A (g) mCO 2 mH 2 O * Lp t l tớnh x,y OHCOA A 22 m 9y m 44x m M == hoc 2pu AOCO2H2O yy x+ 1x 42 === nnnn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 53 A OHA A COA 9m .mM y, 44m .mM x 22 == * T ú suy ra CTPT A Mt s lu ý: 1) Nu bi cho: oxi húa hũan tũan mt cht hu c A thỡ cú ngha l t chỏy hũan tũan cht hu c A thnh CO 2 v H 2 O 2) Oxi húa cht hu c A bng CuO thỡ khi lng oxy tham gia phn ng ỳng bng gim khi lng a(g)ca bỡnh ng CuO sau phn ng oxi húa. Thụng thng trong bi toỏn cho lng oxi tham gia phn ng chỏy, tỡm khi lng cht hu c A nờn chỳ ý n nh lut bo ton khi lng mA + a = mCO 2 + mH 2 O 3) Sn phm chỏy (CO 2 , H 2 O) thng c cho qua cỏc bỡnh cỏc cht hp th chỳng. 4) Bỡnh ng CaCl 2 (khan), CuSO 4 (khan), H 2 SO 4 c, P 2 O 5 , dung dch kim, hp th nc. Bỡnh ng cỏc dung dch kimhp th CO 2 . Bỡnh ng P trng hp th O 2 . 5) tng khi lng cỏc bỡnh chớnh l khi lng cỏc cht m bỡnh ó hp th. 6) Nu bi toỏn cho CO 2 phn ng vi dung dch kim thỡ nờn chỳ ý n mui to thnh xỏc nh chớnh xỏc lng CO 2 . 7) Vit phng trỡnh phn ng chỏy ca hp cht hu c vi oxy nờn oxy li cõn bng sau t v sau n v trc. Cỏc nguyờn t cũn li nờn cõn bng trc, t v trc ra v sau phng trỡnh phn ng. 2) Bi tp vớ d : Vớ d 1 : t hon ton 0,58g mt hydrocacbon A c 1,76g CO 2 v 0,9g H 2 O. Bit A cú khi lng riờng D A @ 2,59g/l. Tỡm CTPT A Túm tt : 0,58g X + O 2 đ (1,76g CO 2 ; 0,9 g H 2 O) D A @ 2,59g/l. Tỡm CTPT A? GII : * Tỡm M A : Bit D A => M A = 22,4.2,59 @ 58 * Vit phng trỡnh phn ng chỏy, lp t l tỡm x,y OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +ắđắ ữ ứ ử ỗ ố ổ ++ M A (g) 44x 9y m A (g) mCO 2 mH 2 O Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 54 OHCOA A 22 m 9y m 44x m M == = 0,9 9y 1,76 44x 0,58 58 == ị x = 4 y =10 Vy CTPT A : C 4 H 10 Vớ d 2 : Khi t chỏy hũan tũan 0,42 g mt Hydrocacbon X thu tũan b sn phm qua bỡnh 1 ng H 2 SO 4 c, bỡnh 2 ng KOH d. Kt qu, bỡnh 1 tng 0,54 g; bỡnh 2 tng 1,32 g. Bit rng khi húa hi 0,42 g X chim th tớch bng th tớch ca 1,192 g O 2 cựng iu kin. Tỡm CTPT ca X Túm tt : 0,42g X (C x H y ) +O 2 CO 2 H 2 O Bỡnh 1ủửùng ddH 2 SO 4 ủ -H 2 O, m 1 =0,54g CO 2 Bỡnh 2 ủửùng KOHdử -CO 2 , m 2 =1,32g Tỡm CTPT X? GII * Tớnh M X : 0,42g X cú V X = V O2 ca 0,192g O 2 (cựng iu kin) => n X = nO 2 => 2 O O2 X X M m M m = => 70 0,192 0,42.32 m .Mm M 2 2 O OX X === * Gi X : C x H y OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +ắđắ ữ ứ ử ỗ ố ổ ++ M X 44x 9y (g) 0,42 mCO 2 mH 2 O (g) Ta cú : H2OCO2X X m 9y m 44x m M == (1) bi cho khi lng CO 2 , H 2 O giỏn tip qua cỏc phn ng trung gian ta phi tỡm khi lng CO 2 , H 2 O * Tỡm m CO2 , m H2O : - Bỡnh 1 ng dd H 2 SO 4 s hp th H 2 O do ú tng khi lng bỡnh 1 chớnh l khi lng ca H 2 O : rm 1 = mH 2 O=0,54g (2) - Bỡnh 2 ng dd KOH d s hp th CO 2 do ú tng khi lng bỡnh 2 chớnh l khi lng ca CO 2 : rm 2 = mCO 2 =1,32g (3) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 55 (1), (2), (3) ị 0,54 9y 1,32 44x 0,42 70 == ị x = 5 y = 10 Vy CTPT X : C 5 H 10 (M = 70vC) II.2.1.3 Phng phỏp th tớch (phng phỏp khớ nhiờn k): v Phm vi ng dng : Dựng xỏc nh CTPT ca cỏc cht hu c th khớ hay th lng d bay hi. v C s khoa hc ca phng phỏp : Trong mt phng trỡnh phn ng cú cỏc cht khớ tham gia v to thnh ( cựng iu kin nhit , ỏp sut) h s t trc cụng thc ca cỏc cht khụng nhng cho bit t l s mol m cũn cho bit t l th tớch ca chỳng. 1) Phng phỏp gii Bc 1 : Tớnh th tớch cỏc khớ V A , V O2 , V CO2 , V H2O (hi) Bc 2 : Vit v cõn bng cỏc phng trỡnh phn ng chỏy ca hydrocacbon A di dng CTTQ C x H y Bc 3 : Lp cỏc t l th tớch tớnh x,y OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +ắđắ ữ ứ ử ỗ ố ổ ++ 1(l) ữ ứ ử ỗ ố ổ + 4 y x (l) x(l) ữ ứ ử ỗ ố ổ 2 y (l) V A (l) V O2 (l) V CO2 (l) V H2O (hi) (l) OHCO ề A 22 2 V 2 y V x V 4 y x V 1 == + = hay OHCOOA n y n x n y x n 22 24 1 2 == + = ; n n V V x A CO A CO 22 ==ị A OH n n 22 2 V 2V y A OH ==ị Cỏch khỏc : Sau khi thc hin bc 1 cú th lm theo cỏch khỏc: - Lp t l th tớch V A : V B : V CO2 : V H2O ri a v t l s nguyờn ti gin m:n:p:q. - Vit phng trỡnh phn ng chỏy ca hp cht hu c A di dng: mC x H y + nO 2 ắđắ o t pCO 2 + qH 2 O - Dựng nh lut bo ton nguyờn t cõn bng phng trỡnh phn ng chỏy s tỡm c x v y =>CTPT A * Mt s lu ý: - Nu V CO2 : V H2O = 1:1 => C : H = n C : n H = 1: 2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 56 - Nu túan cho oxy ban u d thỡ sau khi bt tia la in v lm lnh (ngng t hi nc) thỡ trong khớ nhiờn k cú CO 2 v O 2 cũn d. Bi túan lý lun theo C x H y - Nu túan cho V CxHy = V O2 thỡ sau khi bt tia la in v lm lnh thỡ trong khớ nhiờn k cú CO 2 v C x H y d . Bi túan lý lun theo oxy. - Khi t chỏy hay oxi húa hũan ton mt hydrocacbon m gi thit khụng xỏc nh rừ sn phm, thỡ cỏc nguyờn t trong hydrocacbon s chuyn thnh oxit bn tng ng tr: N 2 đ khớ N 2 Halogen đ khớ X 2 hay HX (tựy bi) 2. Bi tp vớ d Vớ d 1: Trn 0,5 l hn hp C gm hydrocacbon A v CO 2 vi 2,5 l O 2 ri cho vo khớ nhiờn k t chỏy thỡ thu c 3,4 l khớ, lm lnh ch cũn 1,8 l. Cho hn hp qua tip dung dch KOH (c) ch cũn 0,5 l khớ. Cỏc V khớ o cựng iu kin. Tỡm CTPT ca hydrocacbon A. Túm tt : C x H y : a (l) Gi 0,5 l hn hp CO 2 : b (l) 0,5l hn hp + 2,5l O 2 ủoỏt CO 2 ,O 2 d,H 2 O ll(- H 2 O) CO 2 ,O 2 d KOHủ(- CO 2 ) O 2 d GII : * O 2 d , bi túan lý lun theo Hydrocacbon A OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +ắđắ ữ ứ ử ỗ ố ổ ++ a a ữ ứ ử ỗ ố ổ + 4 y x ax a 2 y (lớt) CO 2 đ CO 2 b b (lớt) Ta cú V hh = a + b = 0,5 (1) VCO 2 = ax + b = 1,8 0,5 = 1,3 (2) VH 2 O = a 2 y = 3,4 1,8 = 1,6 (3) VO 2 d = 2,5 - a ữ ứ ử ỗ ố ổ + 4 y x = 0,5 ị ax + a 4 y = 2 (4) ị ax + 3,2/4 = 2 ị ax = 1,2 (5) (2), (3) VCO 2 = b = 0,1 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 57 V hh = a + b = 0,5 Þ a = 0,4 Þ x = ax /a = 3 Þ y = ay/a = 8 Vậy CTPT của A là C 3 H 8 Ví dụ 2 : Trộn 12 cm 3 một hydrocacbon A ở thể khí với 60 cm 3 oxi (lấy dư) rồi đốt cháy. Sau khi làm lạnh để nước ngưng tụ rồi đưa về điều kiện ban đầu thì thể tích khí còn lại là 48 cm 3 , trong đó có 24cm 3 bị hấp thụ bởi KOH, phần còn lại bị hấp thụ bởi P. Tìm CTPT của A (các thể tích khí đo trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất) Tóm tắt : 12cm 3 C x H y 60cm 3 O 2 (dư) đốt CO 2 H 2 O O 2 dư làm lạnh -H 2 O CO 2 O 2 dư (V=48cm 3 ) 24cm 3 khí bò hấp thụ bởi KOH khí còn lại bò hấp thụ bởi P (- CO 2 ) (-O 2 ) GIẢI : * Tính các V: VCO 2 = 24cm 3 VO 2 dư = 48 – 24 = 24cm 3 Þ VO 2 pứ = 60 – 24 = 36 cm 3 * Tìm CTPT : Cách 1: Tính trực tiếp từ phương trình phản ứng đốt cháy: OH y xCOO y xH t y 222x 24 C 0 +¾®¾ ÷ ø ư ç è ỉ ++ 12 ® ÷ ø ư ç è ỉ + 4 y x 12 ® 12x (cm 3 ) VCO 2 =12x = 24 => x = 2 VO 2 dư = 60 – 12 ÷ ø ư ç è ỉ + 4 y x = 24 => y = 4 Þ CTPT của A: C 2 H 4 Cách 2: Lập tỉ lệ thể tích OHCOOA 222 V 2 y V x V 4 y x V 1 == + = OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +¾®¾ ÷ ø ư ç è ỉ ++ 1 ÷ ø ư ç è ỉ + 4 y x x 2 y (cm 3 ) 12 36 24 (cm 3 ) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 58 22 COOA V x V 4 y x V 1 = + = 24 x 36 4 y x 12 1 = + =Û => x = 2 và y = 4 Þ CTPT của A: C 2 H 4 Cách 3: Nhận xét: đốt 12 cm 3 A đã dùng 36 cm 3 oxy và tạo ra 24 cm 3 CO 2 Suy ra O?H24CO36OH12C 22 t 2yx 0 +¾®¾+ ĐLBT (O): => O24H24CO36OH12C 22 t 2yx 0 +¾®¾+ ĐLBT (C): 12x = 24 => x = 2 ĐLBT (H) :12y = 48 => y = 4 àVậy CTPT của A là C 2 H 4 Ví dụ 3 : Trong một bình kín thể tích 1dm 3 có một hỗn hợp đồng thể tích gồm hydrocacbon A và O 2 ở 133,5 o C, 1 atm. Sau khi bật tia lửa điện và đưa về nhiệt độ ban đầu (133,5 o C) thì áp suất trong bình tăng lên 10% so với ban đầu và khối lượng nước tạo ra là 0,216 g. Tìm CTPT A Tóm tắt : V = 1dm 3 C x H y (A) O 2 t=133,5 o C,P 1 =1atm đốt sp cháy V=1dm 3 t=133,5 o C, P 2 tăng 10% (lượng H 2 O tạo ra là 0,216g) GIẢI : Tìm CTPT A? 0,03(mol) 133,5)0,082.(273 1.1 RT PV n 1 = + == Vì hỗn hợp đồng thể tích nên n A = nO 2 = 0,03/2 = 0,015 mol => C x H y dư, biện luận theo O 2 Sau khi đưa về nhiệt độ ban đầu, các khí tạo áp suất có trong bình gồm H 2 O, CO 2 , C x H y dư có số mol là : n 2 = n 1 . P 2 /P 1 = 0,03.110/100 = 0,033 mol nH 2 O = 0,216/18 = 0,012 mol ĐLBT khối lượng (O) : nO 2 = n CO 2 + 1/2n H 2 O => n CO 2 = nO 2 – 1/2nH 2 O = 0,015-0,012/2 = 0,009mol nC x H y dư = n 2 - nCO 2 - nH 2 O = 0,033-0,012-0,009 =0,012mol =>nC x H yphản ứng = 0,015-0,012 = 0,003 mol OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +¾®¾ ÷ ø ư ç è ỉ ++ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com [...]... C trong phõn t A, B) 2) Nu bi cho 2 cht hu c A, B hn kộm nhau k nguyờn t C thỡ m = n + k 3) Nu bi cho 2 cht hu c A, B cỏch nhau k nguyờn t C thỡ : m = n + (k +1) 4) Nu bi cho anken, ankin thỡ n, m 2 5) Nu bi toỏn cho A, B l hydrocacbon th khớ trong iu kin thng (hay iu kin tiờu chun) thỡ n, m Ê 4 v Bi tp vớ d : Bi 1: t chỏy hũan tũan 19,2 g hn hp 2 ankan liờn tip thu c 14,56 l CO2 ( OoC, 2 atm) Tỡm . nguyên tử C thì m = n + k. 3) Nếu bài cho 2 chất hữu cơ A, B cách nhau k nguyên tử C thì : m = n + (k +1) 4) Nếu bài cho anken, ankin thì n, m ³ 2. 5) Nếu bài toán cho A, B là hydrocacbon ở. hydrocacbon ở thể khí trong điều kiện thường (hay điều kiện tiêu chuẩn) thì n, m £ 4 v Bài tập ví dụ : Bài 1: Đốt cháy hòan tòan 19,2 g hỗn hợp 2 ankan liên tiếp thu được 14,56 l CO 2 (ở. giải này ngắn gọn đối với các bài tóan hữu cơ thuộc loại hỗn hợp các đồng đẳng nhất là các đồng đẳng liên tiếp. Tuy nhiên có thể dùng phương pháp này để giải các bài toán hỗn hợp các chất hữu