Dấu hiệu: Bài tập hoỏ học hữu cơ, khi tớnh được giỏ trị số nguyờn tử C trung bỡnh
của hỗn hợp hai chất ta cú thể tớnh được thành phần % theo thể tớch (hoặc số mol) của hai chất đú.
- Nếu hỗn hợp 2 chất là đồng đẳng kế tiếp ta suy trực tiếp từ giỏ trị nguyờn tử C trung bỡnh. Giỏ trị số nguyờn tử C trung bỡnh gần với chất nào thỡ chất đú chiếm phần trăm ưu thế hơn.
Vớ dụ 1. Khi đốt chỏy 2,24 lớt (ở đktc) hai ankan liờn tiếp, ta thu được 6,16 lớt khớ CO2 (ở đktc). Thành phần % về thể tớch của mỗi anken là
A. 25%, 75%. B. 50%, 50%. C. 40%, 60%. D. 20%, 80%. Phõn tớch: Vỡ cỏc khớ đo cựng đktc ta cú: → CO2 CO2 ankan ankan n v 6,16 n n v 2, 24 = = = = 2,75.
Cỏch 1: Vỡ 2,75 gần với C3 hơn → Phần trăm C3 chiếm ưu thế hơn → Hai ankan liờn tiếp là C2H6 (25%) và C3H8 (75%) → Đỏp ỏn A. Cỏch 2: Áp dụng sơ đồ đường chộo ta cú:
2 6 3 8 C H C H n 3 2,75 1 n 2,75 2 3 − = = − → C2H6 = 25% và C3H8 = 75% → Đỏp ỏn A.
Lưu ý cỏch 1: Nếu n = 2,125 thỡ gần với C2 → C2H6 (87,5%) và C3H8 (12,5%). Nếu n = 2,5 thỡ khụng gần với giỏ trị nào → C2H6 (50%) và C3H8 (50%).
Vớ dụ 2. Khi đốt chỏy 1,12 lớt hai anken ở thể khớ thu được 2,688 lớt CO2 (cỏc thể tớch khớ đều đo ở đktc). Biết rằng cỏc anken hơn kộm nhau 2 nguyờn tử C. Thành phần % về thể tớch của mỗi anken là
A. 25%, 75%. B. 50%, 50%. C. 40%, 60%. D. 20%, 80%.
Phõn tớch:Ta thấy : n =2,6881,12 = 2,4
→ Cú hai trường hợp : (C2H4 và C3H6) hoặc (C2H4 và C4H8). Vỡ cỏc anken hơn kộm nhau 2 nguyờn tử C → hai an ken là C2H4 và C4H8.
Xột hỗn hợp C2H4 và C4H8, ta dựng sơ đồ đường chộo Tỉ lệ số mol : 2 4 4 8 C H C H n (4 - 2,4) 4 = n (2,4 - 2) =1 → C2H4 (80%) ; C4H8 (20%).→ Đỏp ỏn D.
Vớ dụ 3. Đốt chỏy hoàn toàn 0,896 lớt hai anken là đồng đẳng liờn tiếp thu được m gam CO2 và (m – 3,9) gam nước. Cụng thức phõn tử và thành phần % về thể tớch của hai anken tương ứng là
A. C3H6 (75%) và C4H8 (25%). B. C3H6 (25%) và C4H8 (75%). C. C2H4 (75%) và C3H6 (25%). D. C2H4 (25%) và C3H6 (75%).
Phõn tớch:
Khi đốt chỏy anken thu được : nCO2 = nH O2 ⇔ m m - 3,9
44= 18
⇒ Số nguyờn tử C trung bỡnh n = 0,150,04 = 3,75
Hỗn hợp chứa hai anken C3H6 và C4H8 ; do giỏ trị n gần với 4 nờn C4H8 chiếm 75% và C3H6 chiếm 25% về thể tớch. → Đỏp ỏn B.
Vớ dụ 4. Đốt chỏy hoàn toàn hỗn hợp (X) chứa hai hiđrocacbon (là đồng đẳng kế tiếp và đều là chất khớ ở điều kiện thường) thu được 4,4 g CO2 và 2,52 g nước. Cụng thức phõn tử của hai hiđrocacbon và thành phần % về thể tớch của chỳng trong hỗn hợp ban đầu là
A. C3H8 (20%) và C4H10 (80%). B. C2H6 (50%) và C3H8 (50%). C. C2H6 (45%) và C3H8 (55%). D. C3H8 (75%) và CH4 (25%).
Phõn tớch:
nH O2 = 0,14 mol > nCO2 = 0,1 mol ⇒ Hỗn hợp (X) chứa hai ankan. → n(X) = nH O2 - nCO2 = 0,14 – 0,1 = 0,04 (mol)
⇒ Số nguyờn tử C trung bỡnh của hai ankan trong (X) là n =0, 040,1 = 2,5 Vỡ n khụng gần với giỏ trị nào nờn cặp chất thoả món là
( ) ( ) 2 6 3 8 C H C H 50% 50% → Đỏp ỏn B. 2.3.25. Dựa vào phản ứng tổng hợp NH3 từ N2 và H2 Dấu hiệu:
* Tổng khối lượng của hỗn hợp tại mọi thời điểm phản ứng là khụng đổi.
* Số mol hỗn hợp sau phản ứng giảm so với số mol hỗn hợp trước phản ứng chớnh bằng số mol NH3 sinh ra.
Vớ dụ 1. Hỗn hợp khớ (A) gồm N2 và H2 cú tỉ khối so với hiđro bằng 4,9. Cho hỗn hợp (A) đi qua chất xỳc tỏc đun núng, thu được hỗn hợp khớ (B) cú tỉ khối so với hiđro là 6,125. Hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 là:
A. 25% B. 33,333%. C. 55%. D. 42,857%. Phõn tớch: 2 A/H d = 4,9 ⇒ 2 2 N H n 3 n =7
Giả sử cú 10 molhỗn hợp (A) ⇒ m(A) = 98 g. N2 + 3H2 → 2NH3
Tớnh hiệu suất phản ứng theo số mol của H2
B
M = 6,125.2 = 12,25 (g/mol) ⇒ nB = 12,2598 = 8 (mol).
Như vậy số mol hỗn hợp (B) giảm 2 mol so với số mol của hỗn hợp (A). Đú chớnh là số mol NH3 sinh ra ⇒ nH2 pư = 3 mol
Hiệu suất phản ứng H = 3
7.100% = 42,857 %. → Đỏp ỏn D.
Vớ dụ 2. Một hỗn hợp (D) gồm hai khớ nitơ và hiđro cú tỉ lệ mol là 1 : 3. Cho hỗn hợp (D) qua chất xỳc tỏc, đun núng sau phản ứng thu được hỗn hợp khớ (E). Tỉ khối của hỗn hợp khớ (D) so với hỗn hợp khớ (E) là 0,6. Hiệu suất phản ứng tổng hợp amoniac là: A. 80% B. 40%. C. 50%. D. 25%. Phõn tớch : D E E D n M 0,6 0,6 n
M = ⇒ = . Vỡ khối lượng luụn khụng đổi mD = mE Giả sử cú 4 molhỗn hợp (D) ⇒ n(D) = 4(mol); n(E) = 2,4(mol).
Như vậy số mol hỗn hợp (E) giảm 1,6 mol so với số mol của hỗn hợp (D). Đú chớnh là số mol NH3 sinh ra ⇒ nH2 pư = 0,8 mol
Ta cú: 2 2 N H n 1 n =3 → ( ) ( ) 2 2 N H n =1(mol); n =3(mol). N2 + 3H2 → 2NH3
Tớnh hiệu suất phản ứng theo số mol của H2 hoặc N2
Hiệu suất phản ứng H =0,8.100% 80%
1 = . → Đỏp ỏn A
2.3.26. Bài tập cho Na, K tỏc dụng với ancol, phenol, axit, yờu cầu tớnh khối lượng muối hoặc chất phản ứng... Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng hoặc phương phỏp tăng giảm khối lượng để giải hoặc ỏp dụng cỏch tớnh khối lượng muối một cỏch tổng quỏt.
Vớ dụ 1. Hỗn hợp Z gồm hai axit cacboxylic đơn chức X và Y (MX > MY) cú tổng khối lượng là 8,2 gam. Cho Z tỏc dụng vừa đủ với dung dịch NaOH, thu được dung dịch chứa 11,5 gam muối. Mặt khỏc, nếu cho Z tỏc dụng với một lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3, thu được 21,6 gam Ag. Cụng thức và phần trăm khối lượng của X trong Z là
A.C3H5COOH và 54,88%. B. C2H3COOH và 43,90%. C.C2H5COOH và 56,10%. D.HCOOH và 45,12%.
RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O
Cứ 1 mol NaOH pư thỡ muối thu được tăng so với khối lượng axit là 22 g vỡ 1 nguyờn tử Na thay bằng 1 nguyờn tử H. Từ khối lượng tăng tớnh được số mol axit
Do axit tỏc với AgNO3/NH3 tạo Ag nờn đú là HCOOH tỏc dụng với tỉ lệ 1:2 Σnaxit= 11,5 8, 2
22
−
= 0,15 mol nHCOOH =1
2 nAg= 0,1 mol. Vậy Y là HCOOH vỡ MX > MY.
→ Vậy nX = 0,15 – 0,1 =0,05; mX = 8,2 – 0,1 .46 =3,6g => MX = 3,6
0,05= 72. Vậy X là C2H3COOH
Thành phần phần trăm khối lượng: % mC H COOH2 3 = 43,9%→ Đỏp ỏn B.
Vớ dụ 2. Cho 15,6 gam hỗn hợp hai ancol (rượu) đơn chức, kế tiếp nhau trong dóy đồng đẳng tỏc dụng hết với 9,2 gam Na, thu được 24,5 gam chất rắn. Hai ancol đú là
A. CH3OH và C2H5OH B. C3H7OH và C4H9OH C. C2H5OH và C3H7OH D. C3H5OH và C4H7OH
Phõn tớch :
Vỡ đề bài cho ancol tỏc dụng hết với Na nờn Na cú thể phản ứng vừa hết hoặc cũn dư, do đú chất rắn cú thể là muối natri ancolat hoặc hỗn hợp gồm natri ancolat và natri dư.
Đặt cụng thức phõn tử chung của 2 ancol là ROH Ta cú ROH + Na → RONa + 1
2 H2 ↑ Theo định luật bảo toàn khối lượng
m ancol + m Na = m chất rắn + mH2
⇒ m = 15,6 + 9,2 - 24,5 = 0,3 gam H2 ⇒ n = H2 0,3
2 = 0,15 mol Theo phương trỡnh số mol rượu là 0,15. 2 = 0,3 mol
Vậy Mancol= 15,60,3 = 52 ⇒R + 17 = 52 ⇒ R = 35 Do hai ancol là đồng đẳng liờn tiếp nờn hai ancol đú là: C2H5OH (M =46) và C3H7OH (M = 60) → Đỏp ỏn C
Vớ dụ 3. Trung hoà 5,48 gam hỗn hợp gồm axit axetic, phenol và axit benzoic cần dựng 600 ml dung dịch NaOH 0,1M. Cụ cạn dung dịch sau phản ứng, thu được hỗn hợp chất rắn khan cú khối lượng là
A. 8,64 gam. B. 6,84 gam. C. 4,90 gam. D. 6,80 gam.
Phõn tớch :
Cỏch 1: Cứ 1 mol NaOH pư thỡ muối thu được tăng so với khối lượng hỗn hợp là 22 g vỡ 1 nguyờn tử Na thay bằng 1 nguyờn tử H.
nNaOH = 0,6.0,1 = 0,06 mol
m rắn khan = 5,48 + 22.0,06 = 6,8 gam
→ Đỏp ỏn D
Cỏch 2: Axit , Phenol + NaOH => Chất rắn + H2O Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng
mrắn = mhỗn hợp + mNaOH – mH O2 .
2
H O
n = nNaOH = 0,6.0,1 = 0,06 mol
m rắn = 5,48 + 0,06.40 - 0,06.18= 6,80 gam → Đỏp ỏn D
Vớ dụ 4: Cho 2,84 gam hỗn hợp 2 rượu đơn chức là đồng đẳng liờn tiếp nhau tỏc dụng với một lượng Na vừa đủ tạo ra 4,6 gam chất rắn và V lớt khớ H2 ở đktc. Tớnh V.
A. 0,896 lớt. B. 0,672 lớt. C. 0,448 lớt. D. 0,336 lớt.
Phõn tớch :
Cứ 1 mol NaOH pư thỡ muối thu được tăng so với khối lượng hỗn hợp là 22 g Gọi x là số mol Na, ta cú:
m Na = 22x = 4,6 – 2,84 = 1,76 gam → x = 1,76 22 = 0,08 mol. → vH2 0,08.22, 4 0,896 2 = = lớt.→ Đỏp ỏn A 2.3.27. Bài tập về hỗn hợp 2, 3 chất đồng đẳng, cựng nhúm chức, cựng loại nguyờn tố… Dựng phương phỏp trung bỡnh: cacbon trung bỡnh, số liờn kết pi trung bỡnh….
Vớ dụ 1: Cú 100 gam dung dịch 23% của một axit đơn chức (dung dịch A). Thờm 30 gam một axit đồng đẳng liờn tiếp vào dung dịch ta được dung dịch B. Trung hũa 1/10 dung dịch B bằng 500 ml dung dịch NaOH 0,2M (vừa đủ) ta được dung dịch C.
a. Hóy xỏc định CTPT của cỏc axit.
C. C2H5COOH và C3H7COOH. D. C3H7COOH và C4H9COOH. b. Cụ cạn dung dịch C thỡ thu được bao nhiờu gam muối khan?
A. 5,7 gam. B. 7,5 gam. C. 5,75 gam. D. 7,55 gam.
Phõn tớch : a. Theo phương phỏp KLPTTB: RCOOH 1 23 m 2,3 10 =10 = gam; 1 mRCH COOH2 30 3 10 =10 = gam. 2,3 3 M 53 0,1 + = = .
Axit duy nhất cú KLPT < 53 là HCOOH (M = 46) và axit đồng đẳng liờn tiếp phải là CH3COOH (M = 60). → Đỏp ỏn A.
b. Theo phương phỏp KLPTTB:
Vỡ Maxit = 53 nờn Mmuối = 53+ 23 1 75− = . Vỡ số mol muối bằng số mol axit bằng 0,1 nờn tổng khối lượng muối bằng 75ì0,1 = 7,5 gam.→ Đỏp ỏn B.
Vớ dụ 2: Đốt chỏy hoàn toàn a gam hỗn hợp hai rượu no, đơn chức liờn tiếp trong dóy đồng đẳng thu được 3,584 lớt CO2 ở đktc và 3,96 gam H2O. Tớnh a và xỏc định CTPT của cỏc rượu.
A. 3,32 gam ; CH3OH và C2H5OH. B. 4,32 gam ; C2H5OH và C3H7OH. C. 2,32 gam ; C3H7OH và C4H9OH. D. 3,32 gam ; C2H5OH và C3H7OH.
Phõn tớch :
Gọi n là số nguyờn tử C trung bỡnh và x là tổng số mol của hai rượu. CnH2n+1OH + 2
3n O
2 → n CO2↑ + (n 1) H O+ 2
x mol → nx mol → (n 1)+ x mol
2 CO 3,584 n n.x 0,16 22,4 = = = mol (1) 2 H O 3,96 n (n 1)x 0,22 18 = + = = mol (2) Từ (1) và (2) giải ra x = 0,06 và n = 2,67. Ta cú: a = (14n + 18).x = (14.2,67) + 18.0,06 = 3,32 gam. n = 2,67 2 5 3 7 C H OH C H OH → Đỏp ỏn D.
Vớ dụ 3: Cú V lớt khớ A gồm H2 và hai olefin là đồng đẳng liờn tiếp, trong đú H2
B. Đốt chỏy hoàn toàn khớ B được 19,8 gam CO2 và 13,5 gam H2O. Cụng thức của hai olefin là
A. C2H4 và C3H6. B. C3H6 và C4H8. C. C4H8 và C5H10. D. C5H10 và C6H12.
Phõn tớch :
Đặt Cụng thức trung bỡnh của hai olefin là.C Hn 2n
Ở cựng điều kiện nhiệt độ và ỏp suất thỡ thể tớch tỷ lệ với số mol khớ. Hỗn hợp khớ A cú: n 2 n 2 C H H n 0, 4 2 n =0,6 =3.
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng và định luật bảo toàn nguyờn tử → Đốt chỏy hỗn hợp khớ B cũng chớnh là đốt chỏy hỗn hợp khớ A. Ta cú: n 2n C H + 2 3n O 2 → nCO2 + nH2O (1) 2H2 + O2 → 2H2O (2) Theo phương trỡnh (1) ta cú: 2 2 CO H O n =n = 0,45 (mol) ⇒ C Hn 2 n 0, 45 n n = (mol). Tổng: H O2 13,5 n 18 = = 0,75 (mol) ⇒ nH O ( 2)2 = 0,75 − 0,45 = 0,3 (mol). ⇒ nH2= 0,3 (mol). Ta cú: n 2 n 2 C H H n 0, 45 2 n =0,3.n =3 ⇒ n = 2,25
⇒ Hai olefin đồng đẳng liờn tiếp là C2H4 và C3H6. → Đỏp ỏn B.
Vớ dụ 4: Cho 4,48 lớt hỗn hợp X (ở đktc) gồm 2 hiđrocacbon mạch hở lội từ từ qua bỡnh chứa 1,4 lớt dung dịch Br2 0,5M. Sau khi phản ứng hoàn toàn, số mol Br2
giảm đi một nửa và khối lượng bỡnh tăng thờm 6,7 gam. Cụng thức phõn tử của 2 hiđrocacbon là A. C2H2 và C4H6. B. C2H2 và C4H8. C. C3H4 và C4H8. D. C2H2 và C3H8. Phõn tớch : hh X 4,48 n 0,2 22,4
= = (mol) ; nBr ban đầu2 =1, 4.0,5 0,7= (mol) 0,7
n
2
2
Khối lượng bỡnh Br2 tăng 6,7 gam là số gam của hiđrocabon khụng no. Đặt CTTB của hai hiđrocacbon mạch hở là C Hn 2n 2 2a+ − (a là số liờn kết π trung bỡnh). Phương trỡnh phản ứng: C Hn 2n 2 2 a+ − + aBr2 → C Hn 2n 2 2 a+ − Br2 a 0,2 mol → 0,35 mol ⇒ a 0,35 0,2 = = 1,75 ⇒ 14n 2 2a 6,7 0,2 + − = → n = 2,5.
Do hai hiđrocacbon mạch hở phản ứng hoàn toàn với dung dịch Br2 nờn chỳng đều là hiđrocacbon khụng no. Vậy hai hiđrocacbon đú là C2H2 và C4H8.
→ Đỏp ỏn B.
2.3.28. Khi tỏch nước hỗn hợp 2 ancol cho ra một anken duy nhất
Dấu hiệu:Trong hỗn hợp 2 ancol phải cú ancol metylic (CH3OH) hoặc 2 ancol là đồng phõn của nhau.
Vớ dụ 1: Hỗn hợp X gồm 3 rượu đơn chức no AOH, BOH, ROH. Đun núng hh X với H2SO4 đặc ở 1800C được 2 olefin. Mặt khỏc đun núng 132,8g hh X với H2SO4 đặc ở 1400C được 111,2g hh 6 ete cú số mol bằng nhau. Biết rằng cỏc rượu này đều cú từ 2 cacbon trở lờn. CTCT cỏc ancol là
A. CH3OH, C3H7OH, C4H9OH
B. C2H5OH, CH3(CH2)3OH, (CH3)2CHCH2OH C. C2H5OH, CH3CH2CH2OH, (CH3)2CHOH D. CH3OH, CH3CH2OH, CH3CH2CH2OH
Phõn tớch :
Vỡ cỏc rượu này đều cú từ 2 cacbon trở lờn mà khử nước chỉ tạo 2 olefin => Cú 2 rượu là đồng phõn của nhau.
Giả sử AOH và BOH là đồng phõn Ta cú: mH O2 = mX – mete = 21,6g →
2
H O
n = 1,2 mol => nrượu = 2nH O2 = 2,4 mol => nmỗi rượu = 2, 4
3 = 0,8 mol Ta cú: (A + 17 + B + 17 + R + 17).0,8 = 132,8
→ A + B + R = 115
→ 2A + R = 115 => R = 29 (C2H5) ; A = B = 43 (C3H7) (vỡ A & B là đồng phõn nờn số C ≥ 3) → Đỏp ỏn C
Vớ dụ 2: Khi tỏch nước hỗn hợp A gồm 3 ancol X, Y, Z với H2SO4 đặc ở 1800C được hh 2 anken kế tiếp nhau trong dóy đồng đẳng. Mặt khỏc đun núng 6,45g
hh X trờn với H2SO4 đặc ở nhiệt độ thớch hợp thu được 5,325g hh 6 ete. CTCT 3 ancol X, Y, Z lần lượt là
A. C2H5OH, C3H7OH, C4H9OH
B. C2H5OH, CH3(CH2)3OH, (CH3)2CHCH2OH C. CH3OH, C2H5OH, C3H7OH
D. C2H5OH, CH3CH2CH2OH, (CH3)2CHOH
Phõn tớch :
Tỏch nước 3 ancol tạo 2 olefin đồng đẳng liờn tiếp
=> 2 ancol là no đơn chức đồng đẳng liờn tiếp:C Hn 2n 1+OH trong đú cú 2 ancol là đồng phõn của nhau. Ta cú: mH O2 = nX – mete = 1,125g 2 H O n = 0,0625 mol => nrượu = 2nH O2 = 0,125 mol Ta cú: 14 n + 18 = 6, 45 0,125 => n = 2,4 C2H5OH và C3H7OH (cú 2 đồng phõn) → Đỏp ỏn D
Chỳ ý: Khụng thể là đỏp ỏn C vỡ đề bài yờu cầu tỡm CTCT mà C3H7OH cú 2 cấu tạo => hh A cú 4 ancol.
2.3.29. Khi đốt chỏy ancol X: Dấu hiệu:
2
CO
n = nH O2 => X khụng no, cú một nối đụi 2
CO
n <
2
H O
n => X là no đơn chức hoặc đa chức và nancol = 2 H O n – 2 CO n
Vớ dụ 1. Đốt chỏy hoàn toàn 1,52g một ancol X thu được 1,344 lớt CO2 (đktc) và 1,44g nước. X Cú CTPT là A. C3H7OH B. C3H8O2 C. C2H4(OH)2 D. Kết quả khỏc Phõn tớch : Ta thấy: nCO2< 2 H O n => X là no: CnH2n+2Ox nX = nCO2- 2 H O n = 0,02 (mol) => MX = 76 = 14n + 2 + 16x => x = 2, n = 3 Ancol là: C3H8O2 → Đỏp ỏn B.
Vớ dụ 2. Một hh rượu được chia làm 2 phần bằng nhau: