BÀI TOÁN LẬP CTPT HYDROCACBON

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) ⇒M 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 ⇒ 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 ⇒ B B A A M m M m = => M A = m A B B m M 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 ⇒ 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 = ⇒ 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 α H β => CTTN : (C α H β ) n - Xác định n: biện luận từ CTTN để suy ra CTPT đúng của A : y ≤ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ≥ 1, nguyên dương. ⇒ 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 : 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 ==  8 12.100 114.84,21 12.100 .%CM x A ===  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 ) ⇒n A = 4nSO 2 ⇒ 22 2 41 4 SOASO SO A A MMM m M m =⇒= (A và SO 2 có khối lượng tương đương nhau) ⇒ 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 ⇒nC = nCO 2 = 0,01mol ⇒m C = 12.0,01=0,12g mCO 2 = 0,01.44 = 0,44g m bình = mCO 2 + mH 2 O ⇒mH 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 Ta có 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 === Vậy CTPT A : CH 4 Cách 2 : Biện luận dựa vào điều kiện y ≤ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ≥ 1, nguyên ⇒ x =1 và y = 4 CTPT A. Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn 2,64g một hydrocacbon A thu được 4,032 lít CO 2 (đktc). Tìm CTPT A? GIẢI * Tìm thành phần các nguyên tố : 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 m 2,16 0,48 x:y= : = : =3:8 12 1 12 1 ⇒ CTN : C 3 H 8 ⇒ CTTN : (C 3 H 8 )n Biện luận : Số H ≤ 2 số C +2 ⇒ 8n ≤ 6n + 2 ⇒ n ≤ 1 mà n nguyên dương ⇒n = 1 CTPT A : C 3 H 8 II.2.1.2) Phương pháp dựa vào phản ứng cháy: Dấu hiệu nhận biết bài toán dạng này : đề bài đốt cháy một chất hữu cơ có đề cập đến khối lượng chất đem đốt hoặc khối lượng các chất sản phẩm (CO 2 , H 2 O) một cách trực tiếp hoặc gián tiếp (tức tìm được khối lượng CO 2 , H 2 O sau một số phản ứng trung gian). 1) Phương pháp giải : Bước 1 : Tính M A (ở phần II.2.1.1) Bước 2 : Đặt A : C x H y * Viết phương trình phản ứng cháy. OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +→       ++ M A (g) 44x 9y m A (g) mCO 2 mH 2 O * Lập tỉ lệ để tính x,y OHCOA A 22 m 9y m 44x m M == hoặc 2pu A O CO2 H2O y y x+ 1 x 4 2 = = = n n n n A OHA A COA 9m .mM y, 44m .mM x 22 == * Từ đó suy ra CTPT A Một số lưu ý: 1) Nếu đề bài cho: oxi hóa hòan tòan một chất hữu cơ A thì có nghĩa là đốt cháy hòan tòan chất hữu cơ A thành CO 2 và H 2 O 2) Oxi hóa chất hữu cơ A bằng CuO thì khối lượng oxy tham gia phản ứng đúng bằng độ giảm khối lượng a(g)của bình đựng CuO sau phản ứng oxi hóa. Thông thường trong bài toán cho lượng oxi tham gia phản ứng cháy, để tìm khối lượng chất hữu cơ A nên chú ý đến định luật bảo toàn khối lượng mA + a = mCO 2 + mH 2 O 3) Sản phẩm cháy (CO 2 , H 2 O) thường được cho qua các bình các chất hấp thụ chúng. 4) Bình đựng CaCl 2 (khan), CuSO 4 (khan), H 2 SO 4 đặc, P 2 O 5 , dung dịch kiềm, … hấp thụ nước. Bình đựng các dung dịch kiềm…hấp thụ CO 2 . Bình đựng P trắng hấp thụ O 2 . 5) Độ tăng khối lượng các bình chính là khối lượng các chất mà bình đã hấp thụ. 6) Nếu bài toán cho CO 2 phản ứng với dung dịch kiềm thì nên chú ý đến muối tạo thành để xác định chính xác lượng CO 2 . 7) Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ với oxy nên để oxy lại cân bằng sau từ vế sau đến vế trước. Các nguyên tố còn lại nên cân bằng trước, từ vế trước ra vế sau phương trình phản ứng. 2) Bài tập ví dụ : Ví dụ 1 : Đốt hoàn toàn 0,58g một hydrocacbon A được 1,76g CO 2 và 0,9g H 2 O. Biết A có khối lượng riêng D A ≅ 2,59g/l. Tìm CTPT A Tóm tắt : 0,58g X + O 2 → (1,76g CO 2 ; 0,9 g H 2 O) D A ≅ 2,59g/l. Tìm CTPT A? GIẢI : * Tìm M A : Biết D A => M A = 22,4.2,59 ≅ 58 * Viết phương trình phản ứng cháy, lập tỉ lệ để tìm x,y OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +→       ++ M A (g) 44x 9y m A (g) mCO 2 mH 2 O OHCOA A 22 m 9y m 44x m M == = 0,9 9y 1,76 44x 0,58 58 == ⇒ x = 4 y =10 Vậy CTPT A : C 4 H 10 Ví dụ 2 : Khi đốt cháy hòan tòan 0,42 g một Hydrocacbon X thu tòan bộ sản phẩm qua bình 1 đựng H 2 SO 4 đặc, bình 2 đựng KOH dư. Kết quả, bình 1 tăng 0,54 g; bình 2 tăng 1,32 g. Biết rằng khi hóa hơi 0,42 g X chiếm thể tích bằng thể tích của 1,192 g O 2 ở cùng điều kiện. Tìm CTPT của X Tóm tắt đề: 0,42g X (C x H y ) +O 2 CO 2 H 2 O Bình 1ñöïng ddH 2 SO 4 ñ -H 2 O, m 1 =0,54g CO 2 Bình 2 ñöïng KOHdö -CO 2 , m 2 =1,32g Tìm CTPT X? GIẢI * Tính M X : 0,42g X có V X = V O2 của 0,192g O 2 (cùng điều kiện) => 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 === * Gọi X : C x H y OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +→       ++ M X 44x 9y (g) 0,42 mCO 2 mH 2 O (g) Ta có : H2OCO2X X m 9y m 44x m M == (1) Đề bài cho khối lượng CO 2 , H 2 O gián tiếp qua các phản ứng trung gian ta phải tìm khối lượng CO 2 , H 2 O * Tìm m CO2 , m H2O : - Bình 1 đựng dd H 2 SO 4 đ sẽ hấp thụ H 2 O do đó độ tăng khối lượng bình 1 chính là khối lượng của H 2 O : m 1 = mH 2 O=0,54g (2) - Bình 2 đựng dd KOH dư sẽ hấp thụ CO 2 do đó độ tăng khối lượng bình 2 chính là khối lượng của CO 2 : m 2 = mCO 2 =1,32g (3) (1), (2), (3) ⇒ 0,54 9y 1,32 44x 0,42 70 == ⇒ x = 5 y = 10 Vậy CTPT X : C 5 H 10 (M = 70đvC) II.2.1.3 Phương pháp thể tích (phương pháp khí nhiên kế):  Phạm vi ứng dụng : Dùng để xác định CTPT của các chất hữu cơ ở thể khí hay ở thể lỏng dễ bay hơi.  Cơ sở khoa học của phương pháp : Trong một phương trình phản ứng có các chất khí tham gia và tạo thành (ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất) hệ số đặt trước công thức của các chất không những cho biết tỉ lệ số mol mà còn cho biết tỉ lệ thể tích của chúng. 1) Phương pháp giải Bước 1 : Tính thể tích các khí V A , V O2 , V CO2 , V H2O (hơi)… Bước 2 : Viết và cân bằng các phương trình phản ứng cháy của hydrocacbon A dưới dạng CTTQ C x H y Bước 3 : Lập các tỉ lệ thể tích để tính x,y OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +→       ++ 1(l)       + 4 y x (l) x(l)       2 y (l) V A (l) V O2 (l) V CO2 (l) V H2O (hơi) (l) OHCO Ò 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 ==⇒ A OH n n 22 2 V 2V y A OH ==⇒ Cách khác : Sau khi thực hiện bước 1 có thể làm theo cách khác: - Lập tỉ lệ thể tích V A : V B : V CO2 : V H2O rồi đưa về tỉ lệ số nguyên tối giản m:n:p:q. - Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ A dưới dạng: mC x H y + nO 2 → o t pCO 2 + qH 2 O - Dùng định luật bảo toàn nguyên tố để cân bằng phương trình phản ứng cháy sẽ tìm được x và y =>CTPT A * Một số lưu ý: - Nếu V CO2 : V H2O = 1:1 => C : H = n C : n H = 1: 2 - Nếu đề tóan cho oxy ban đầu dư thì sau khi bật tia lửa điện và làm lạnh (ngưng tụ hơi nước) thì trong khí nhiên kế có CO 2 và O 2 còn dư. Bài tóan lý luận theo C x H y - Nếu đề tóan cho V CxHy = V O2 thì sau khi bật tia lửa điện và làm lạnh thì trong khí nhiên kế có CO 2 và C x H y dư . Bài tóan lý luận theo oxy. - Khi đốt cháy hay oxi hóa hòan toàn một hydrocacbon mà giả thiết không xác định rõ sản phẩm, thì các nguyên tố trong hydrocacbon sẽ chuyển thành oxit bền tương ứng trừ: N 2 → khí N 2 Halogen → khí X 2 hay HX (tùy bài) 2. Bài tập ví dụ Ví dụ 1: Trộn 0,5 l hỗn hợp C gồm hydrocacbon A và CO 2 với 2,5 l O 2 rồi cho vào khí nhiên kế đốt cháy thì thu được 3,4 l khí, làm lạnh chỉ còn 1,8 l. Cho hỗn hợp qua tiếp dung dịch KOH (đặc) chỉ còn 0,5 l khí. Các V khí đo cùng điều kiện. Tìm CTPT của hydrocacbon A. Tóm tắt đề : C x H y : a (l) Gọi 0,5 l hỗn hợp CO 2 : b (l) 0,5l hỗn hợp + 2,5l O 2 ñoát CO 2 ,O 2 dư,H 2 O ll(- H 2 O) CO 2 ,O 2 dư KOHñ(- CO 2 ) O 2 dư GIẢI : * O 2 dư , bài tóan lý luận theo Hydrocacbon A OH 2 y xCOO 4 y xHC 22 t 2yx 0 +→       ++ a a       + 4 y x ax a 2 y (lít) CO 2 → CO 2 b b (lít) Ta có 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 dư = 2,5 - a       + 4 y x = 0,5 ⇒ ax + a 4 y = 2 (4) ⇒ ax + 3,2/4 = 2 ⇒ ax = 1,2 (5) (2), (3) VCO 2 = b = 0,1 V hh = a + b = 0,5 ⇒ a = 0,4 ⇒ x = ax /a = 3 ⇒ 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 ⇒ 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 +→       ++ 12 →       + 4 y x 12 → 12x (cm 3 ) VCO 2 =12x = 24 => x = 2 VO 2 dư = 60 – 12       + 4 y x = 24 => y = 4 ⇒ 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 +→       ++ 1       + 4 y x x 2 y (cm 3 ) 12 36 24 (cm 3 ) 22 COOA V x V 4 y x V 1 = + = 24 x 36 4 y x 12 1 = + =⇔ => x = 2 và y = 4 ⇒ 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 [...]... trên suy ra CTPT A : CH4 và B : C3H8 II.2.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TỐN LẬP CTPT HYDROCACBON Bài 1 : Cracking ankan A, người ta thu được một hỗn hợp khí B gồm 2 ankan và 2 anken Tỉ khối hơi của B so với H2 dB/H2 = 14,5 Khi dẫn hỗn hợp khí B qua dung dịch Br2 dư, khối lượng hỗn hợp khí giảm đi 55,52% a) Tìm CTPT của A và các chất trong B b) Tính % thể tích các chất khí trong B GIẢI Ở bài này dựa... 1,9125g hơi nước a) Xác định CTPT các chất hữu cơ b) Tính %khối lượng các chất c) Nếu cho lượng CO2 trên vào 100 ml dd KOH 1,3M; Tính CM muối tạo thành GIẢI Ở bài này, ta dùng phương pháp số ngun tử H trung bình kết hợp với phương pháp biện luận để giải a) Xác định CTPT các hydrocacbon : Đặt CTPT 2 hydrocacbon trên : A : C x H y   B : C x H y'  Cx H y CTPT trung bình 2 hydrocacbon trên : Giả sử y... đây n, m là số C trong phân tử A, B) 2) Nếu bài cho 2 chất hữu cơ A, B hơn kém nhau k ngun tử C thì m = n + k 3) Nếu bài cho 2 chất hữu cơ A, B cách nhau k ngun tử C thì : m = n + (k +1) 4) Nếu bài cho anken, ankin thì n, m ≥ 2 5) Nếu bài tốn cho A, B là hydrocacbon ở thể khí trong điều kiện thường (hay điều kiện tiêu chuẩn) thì n, m ≤ 4  Bài tập ví dụ : Bài 1: Đốt cháy hòan tòan 19,2 g hỗn hợp 2 ankan... đương gọi là CTPT trung bình  Phương pháp giải : Bước 1 : Đặt CTPT của hai chất hữu cơ cần tìm rồi suy ra CTPT trung bình của chúng : Đặt A : CxHy ; B : Cx’Hy’ ⇒ CTPTTB : Cx H y x, y Bước 2 : Viết phương trình phản ứng tổng qt và dữ liệu đề bài cho tính Bước 3 : biện luận x Nếu x . luận tương tự cách trên suy ra CTPT A : CH 4 và B : C 3 H 8 . II.2.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN LẬP CTPT HYDROCACBON Bài 1 : Cracking ankan A, người. BÀI TOÁN LẬP CTPT HYDROCACBON II.2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA HYDROCACNON II.2.1.1 Phương