Bài 1. Một bạn học sinh sau khi học bài “Ankan” ở trên lớp xong, về nhà tìm thêm các bài tập trên mạng để tham khảo, trong số đó có một bài tập như sau:
“Đốt cháy hoàn toàn 3,6 gam một hiđrocacbon X thu được 5,6 lít khí CO2 (đktc). Xác định CTPT của X”.
Và bạn đọc được lời giải của bài tập trên như sau: mC = 12 nCO2 = 12.5,6 22,4= 3 (g) mH = mX - mC = 3,6 – 3= 0,6 (g) Đặt CTPT của X là: CxHy (x≥1, y≤ 2x+2, y là số chẵn). x : y = 𝑚𝑚 12 : 𝑚𝑚 1 = 3 12 : 0,6 1 = 0,25: 0,6=5 : 12 → CTPT của X là: C5H12
Hôm sau tới tiết luyện tập môn hóa, cô giáo bạn học sinh trên cho 1 bài tập tương tự bài tập như trên và bạn học sinh đó xung phong lên bảng giải nhưng bạn lại bị cô giáo nhận xét bạn đã giải chưa chính xác. Vậy bài tập trên giải hợp lí chỗ nào và chưa hợp lí chỗ nào? Hãy chỉ ra và phân tích chỗ chưa hợp lí đó.
Vấn đề HS cần phát hiện:
- CTPT và CTĐG giống nhau hay khác nhau? Giải thích.
- Cách xác định CTPT dựa vào tỉ lệ số mol nguyên tử có suy thẳng ra CTPT được hay không hay phải thông qua CTĐG?
- Mối quan hệ giữa khối lượng của một hợp chất với các nguyên tố trong hợp chất là gì?
Giải quyết vấn đề:
Điểm hợp lí:
- Hiđrocacbon chỉ được tạo nên từ 2 loại nguyên tố là cacbon và hiđro nên khối lượng hiđrocacbon bằng tổng khối lượng 2 nguyên tố trên (mX = mC + mH).
- Công thức tính khối lượng nguyên tố cacbon hợp lí. Điểm chưa hợp lí:
- Cách xác định tỉ lệ x: y dùng để suy ra công thức đơn giản nhất (vì CTĐG cho biết tỉ lệ số nguyên tử các nguyên tố trong phân tử) chứ không thể xác định CTPT được (vì CTPT cho biết số lượng các nguyên tử nguyên tố trong phân tử).
- nCO2 = 0,25 mol - mC = 3 (g)
- mH= 0,6 (g) → nH2O = mH : 2 = 0,3 mol
→ nH2O> nCO2→ Hiđrocacbon trên thuộc dãy đồng đẳng ankan. Đặt CTPT của X: CnH2n+2 (n≥ 1) Cách 1: CnH2n+2 + 3𝑛+1 2 O2 𝑡0 → n CO2 + (n+1) H2O 0,05 0,05n (mol)
nankan = nH2O - nCO2 = 0,05 mol
nCO2 = 0,05n= 0,25 mol → n = 5 → CTPT : C5H12 . Cách 2: Ta có : 𝑛 2𝑛+2 = 𝑛𝑛 𝑛𝑚 = 𝑛𝑛𝑛2 2𝑛𝑚2𝑛 = 0,25 2.0,3 = 5 12→ n= 5 → CTPT : C5H12 . * Lưu ý cần nhớ:
- Công thức đơn giản và công thức phân tử khác nhau về bản chất.
- Bài toán đốt cháy ankan: biết số mol ankan và biết số mol CO2 (hoặc H2O) thì cần nhớ biểu thức liên hệ số mol giữa 3 đại lượng trên.
- Nếu bài toán trắc nghiệm thì ta luôn có: số nguyên tử C = 𝑛 𝑎𝑛𝑎𝑎𝑛𝑛 𝑚𝑐2
Bài 2. Một hiđrocacbon no, mạch hở X có cacbon chiếm 83,33% khối lượng phân tử. Khi cho X tác dụng với brom đun nóng có thể tạo 4 dẫn xuất monobrom là đồng
phân của nhau. Xác định CTCT và gọi tên của X.
Vấn đề HS cần phát hiện:
- Hiđrocacbon no, mạch hở có CTPT như thế nào? - Cách xác định CTPT dựa vào % khối lượng phân tử .
- Khi hiđrocacbon tác dụng với halogen tạo dẫn xuất monohalogen thì phản ứng xảy ra với tỉ lệ mol là bao nhiêu? (Tức có bao nhiêu nguyên tử H trong hiđrocacbon bị thế bởi nguyên tử halogen?)
- Cách xác định CTCT đúng dựa vào số lượng sản phẩm tạo thành theo yêu cầu bài toán.
Giải quyết vấn đề:
- CTPT hiđrocacbon no, mạch hở: CnH2n+2( n ≥1).
- % C = 83,33 % → 12𝑛 𝑥 10014𝑛+2 = 83,33% → n = 5 → CTPT: C5H12 - X + Br2 𝑡0
→ dẫn xuất monobrom nên phản ứng xảy ra theo tỉ lệ mol là 1:1 (cứ 1 nguyên tử H được thế bởi 1 nguyên tử brom thu được 1 dẫn xuất).
- Vì sau phản ứng thu được 4 dẫn xuất monobrom khác nhau nên có 4 nguyên tử H ở liên kết với 4 nguyên tử C khác nhau bị thế bởi nguyên tử brom.
→ CTCT đúng của X là:
CH3CHCH2CH3
CH3
* Lưu ý cần nhớ:
- Bài toán thực hiện phản ứng halogen hóa ankan cần phải chú ý tỉ lệ mol của các chất tham gia phản ứng là bao nhiêu? Tức sản phẩm thu được có bao nhiêu nguyên tử hiđro đã bị thế bởi nguyên tử halogen.
- Khi xác định số lượng công thức cấu tạo của sản phẩm thế thu được cần chú ý mạch cacbon ban đầu của ankan (thường chia mạch cacbon thành 2 nửa mặt phẳng rồi đếm số nguyên tử hiđro trên mạch ankan có thể bị thế, chú ý tính đối xứng của mạch cacbon).
Ví dụ: Xét mạch cacbon sau: 1 2 3 4 CH3CHCH2CH3
CH3
Dễ dàng nhận thấy có 2 nửa mặt phẳng không đối xứng nhau nên nếu chất trên thực hiện phản ứng halogen hóa theo tỉ lệ mol 1:1 sẽ có tối đa 4 sản phẩm monohalogen.
Bài 3. Một ankan phản ứng với clo theo tỉ lệ mol 1 : 2 thu được sản phẩm chứa 83,53% clo về khối lượng. Xác định CTPT của ankan.
Vấn đề HS cần phát hiện:
- Phản ứng halogen hóa xảy ra như thế nào?
- Tỉ lệ mol phản ứng giữa ankan và clo là 1: 2 cho biết điều gì? - Công thức phân tử của sản phẩm tạo thành được viết như thế nào?
Giải quyết vấn đề:
- Ankan phản ứng thế với clo theo tỉ lệ mol 1: 2 có nghĩa là sẽ có 2 nguyên tử clo thế 2 nguyên tử hiđro trong phân tử ankan.
- Đặt CTPT ankan: CnH2n+2( n≥1).
- Phương trình phản ứng: CnH2n+2 + 2 Cl2 𝑎𝑎
→ CnH2nCl2 + 2HCl
- Trong 1 phân tử CnH2nCl2 có 2 nguyên tử Cl nên giả sử xét 1 mol CnH2nCl2 có 2 mol Cl. %mCl = 𝑚𝑛𝑚.100 𝑚𝑛𝑛𝑚2𝑛𝑛𝑚2 = 35,5.2.100 14𝑛+35,5.2 =83,53 → n = 1 → CTPT của ankan là: CH4.
Bài 4. Cô giáo dạy Hóa ra 1 bài tập như sau: “Đốt cháy một thể tích ankan ở thể khí với lượng clo vừa đủ thu được sản phẩm khí duy nhất có thể tích gấp 8 lần thể tích ankan. Các thể tích đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất. Xác định công thức phân tử ankan”.
Một bạn học sinh giải bài tập trên như sau:
- Đặt CTPT của ankan là: CnH2n+2( n≥1).
- Phương trình hóa học: CnH2n+2 + k Cl2 𝑡0
→ CnH2n+2-kClk + k HCl V Vk (ml)
Gọi V (ml) là thể tích của ankan đem đốt → thể tích khí HCl thu được là 8V
Theo phương trình ta có: VHCl = 8V = k.V → k = 8→ Ankan trên phải có ít nhất 8 nguyên tử hiđro trong phân tử nên ankan trên có thể gồm các chất sau: C3H8, C4H10,…CnH2n+2( n≥3).
Hãy cho biết bài tập trên giải đúng yêu cầu chưa? Nếu chưa thì hãy chỉ rõ điểm chưa hợp lí.
Vấn đề HS cần phát hiện:
- Phản ứng đốt cháy ankan bằng khí clo có phải là phản ứng thế halogen không? Nếu không thì sản phẩm cháy sinh ra chứa những sản phẩm nào?
- Vai trò của clo trong phản ứng trên là gì?
Giải quyết vấn đề:
- Đề bài yêu cầu đốt cháy ankan bằng khí clo nên đây là phản ứng cháy sinh ra sản phẩm là bột cacbon và khí hiđro clorua chứ không phải phản ứng thế halogen. Do đó, bài tập trên giải chưa chính xác.
- Phương trình hóa học: CnH2n+2 + (n+1)Cl2 𝑡0
→ nC + 2(n+1)HCl V 2V(n+1) (ml) Gọi V(ml) là thể tích ankan cần đốt cháy.
VHCl = 2V(n+1) = 8V → n=3 → CTPT ankan là: C3H8.
* Lưu ý cần nhớ:
- Phản ứng đốt cháy hiđrocacbon no, mạch hở không chỉ xảy ra với chất oxi hóa là oxi mà còn có thể xảy ra với các chất oxi hóa khác.
Bài 5. Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon X cần dùng vừa đủ 5,824 lít không khí (đktc). Dẫn sản phẩm cháy qua bình đựng H2SO4 đặc dư thì thấy khối lượng bình tăng 0,9 gam và thoát ra V (lít) khí (đktc).
a/ Tính V.
b/ Xác định công thức phân tử của X và viết CTCT có thể có của X (Giả sử không khí chỉ chứa khí O2 và N2 với tỉ lệ thể tích tương ứng là 1: 3).
Vấn đề HS cần phát hiện:
- Đốt cháy hiđrocacbon trong không khí có giống phản ứng cháy trong khí oxi không?
- Tại sao khối lượng bình H2SO4 đặc tăng khi dẫn sản phẩm cháy đi qua? Khối lượng bình tăng là khối lượng của chất nào?
- Đối với bài toán đốt cháy hiđrocacbon, số mol O2, số mol H2O và CO2 có mối quan hệ với nhau như thế nào?
HS giải quyết vấn đề:
- Đốt cháy hiđrocacbon trong không khí sau phản ứng thu được hơi nước, khí cacbonic và khí nitơ có trong không khí.
- Khi dẫn các khí thu được sau phản ứng qua bình đựng dung dịch H2SO4 đặc dư thì hơi nước bị giữ lại còn khí thoát ra là CO2 và N2 → khối lượng bình tăng chính là khối lượng của nước bị giữ lại.
- Phương trình thể hiện mối quan hệ về số mol giữa O2, CO2 và H2O: 2nO2 = 2nCO2 + nH2O
- VO2= 1
4 Vkk = 1
4. 5,824=1,456 lít → VN2 = 4,368 lít - Bảo toàn nguyên tố oxi ta có: 2nO2 = 2nCO2 + nH2O
2. 1,456
22,4 = 2nCO2 + 0,9
18 → nCO2 = 0,04 mol. → V = VN2 + V CO2 = 4,368 + 0,04.22,4 = 5,264 lít.
- Ta có nCO2 < nH2O→ hiđrocacbon trên thuộc dãy đồng đẳng ankan.
- Đặt CTPT ankan: CnH2n+2( n≥1). Ta có : 𝑛 2𝑛+2 = 𝑛𝑛 𝑛𝑚 = 𝑛𝑛𝑛2 2𝑛𝑚2𝑛 = 0,04 2.0,05 = 2 5→ n= 4 → CTPT : C4H10 . - CTCT có thể có của C4H10 CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH3
* Lưu ý cần nhớ:
- Khi đốt cháy một hiđrocacbon bất kì, nếu đề bài cho biết dữ kiện tính được số mol của 2 trong 3 chất là O2, CO2 và H2O thì áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố (O) để tính số mol chất còn lại.
- Khi giải bài toán đốt cháy hiđrocacbon chưa biết thuộc dãy đồng đẳng nào thì cần tìm rồi so sánh số mol CO2 và H2O để suy ra hiđrocacbon đó thuộc dãy đồng đẳng nào đã được học.
Bài 6. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp 2 hiđrocacbon là đồng đẳng của nhau tạo thành 1,12 lít khí CO2 (đktc) và 1,26 gam H2O. Xác định CTPT của 2 hiđrocacbon biết số nguyên tử cacbon trong hai phân tử gấp đôi nhau.
Vấn đề HS cần phát hiện:
- Hiđrocacbon trên thuộc dãy đồng đẳng nào? Giải thích.
- Giải bài toán đốt cháy 2 hiđrocacbon cùng dãy đồng đẳng có khác gì so với việc giải bài toán đốt cháy 1 chất không?
HS giải quyết vấn đề:
- Đây là bài toán đốt cháy 2 hiđrocacbon là đồng đẳng của nhau nên sử dụng công thức trung bình để giải.
- nCO2 = 0,05 mol < nH2O= 0,07 mol → 2 hiđrocacbon trên thuộc dãy đồng đẳng của ankan.
- Gọi CTPT 2 ankan lần lượt là: CnH2n+2 và CmH2m+2 ( m> n ≥1). - Gọi CTTB của 2 ankan: − −
+2 2n n H C - Ta có : 𝑛� 2𝑛�+2 = 𝑛𝑛𝑛2 2𝑛𝑚2𝑛 = 0,05 2.0,07→ 𝑛� = 2,5 - Ta có : n < 𝑛� < m và m = 2n (theo đề bài) → n = 2 và m = 4. Vậy CTPT của 2 ankan có thể có là: C2H6 và C4H10.
Bài 7. Khi crackinh hoàn toàn một thể tích ankan X thu được ba thể tích hỗn hợp Y (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất); tỉ khối của Y so với H2
Vấn đề HS cần phát hiện:
- Phản ứng crackinh là gì? Sau phản ứng thu được bao nhiêu sản phẩm?
- Để giải bài toán crackinh tìm CTPT có cần quan tâm sản phẩm gì tạo ra sau phản ứng hay không?
- Giữa mX và mY có mối quan hệ gì với nhau không?
HS giải quyết vấn đề:
- Khi thực hiện phản ứng crackinh ankan X → hỗn hợp Y thì không cần xác định hỗn hợp Y gồm chính xác những chất nào mà cần phải biết luôn có mX = mY (theo định luật bảo toàn khối lượng). Từ đó xác định Mx và CTPT của X.
- Đặt CTPT ankan: CnH2n+2 (n > 2).
- Ta có sơ đồ phản ứng : X 𝑚𝑐𝑎𝑚𝑎𝑐𝑛ℎ�⎯⎯⎯⎯⎯� Y
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: mX = mY→ nX.MX = nY.MY → 𝑛𝑛𝑛𝑛 = 𝑀𝑛
𝑀𝑛 (1)
- Vì X,Y ở thể khí nên theo định luật Avogadro tỉ lệ về thể tích chính là tỉ lệ về số mol Từ (1) ta có: 𝑛𝑛𝑛𝑛 = 𝑀𝑛 𝑀𝑛 = 𝑉𝑛 𝑉𝑛 = 1 3→ MX = 3. MY = 3.12.2 = 72 = 14n+2 → n = 5→ CTPT của X: C5H12. * Lưu ý cần nhớ:
- Phản ứng crackinh ankan thường tạo ra hỗn hợp các chất sau phản ứng nên phân tử khối các chất sau phản ứng thường tính dưới dạng phân tử khối trung bình.
- Khi giải bài toán crackinh ankan luôn nhớ áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: mtrước = mhh sau phản ứng.
- Số mol ankan tham gia phản ứng crackinh = độ giảm số mol ankan ban đầu và số mol hỗn hợp hiđrocacbon thu được sau phản ứng.
→ Tính hiệu suất phản ứng crackinh :
Hphản ứng = 𝑎ố 𝑚𝑐𝑚 𝑎𝑛𝑎𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑛 đầ𝑢−𝑎ố 𝑚𝑐𝑚 ℎ𝑐𝑖𝑐𝑐𝑚𝑎𝑚𝑏𝑐𝑛 𝑎𝑎𝑢 𝑝ℎả𝑛 ứ𝑛𝑛
𝑎ố 𝑚𝑐𝑚 𝑎𝑛𝑎𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑛 đầ𝑢 .100%
Bài 8. Cho một hỗn hợp khí X gồm ankan A, một anken B. Khi dẫn 1,12 lít hỗn hợp X qua dung dịch Br2 dư thấy thể tích hỗn hợp giảm còn 0,448 lít, khối lượng bình
Br2 tăng 1,68 gam. Khí thoát ra đem đốt cháy hoàn toàn thu được 1,344 lít khí CO2. Cho thể tích các khí đều đo ở đktc.
a/ Xác định CTPT của A, B và viết các CTCT có thể có của A, B.
b/ Biết khi cho B tác dụng với H2O chỉ tạo một sản phẩm duy nhất. Xác định CTCT đúng của B và gọi tên.
Vấn đề HS cần phát hiện:
- Ankan có bị giữ lại khi dẫn qua bình chứa dung dịch brom không? Tại sao?
- Tại sao khi dẫn hỗn hợp khí gồm một ankan và một anken qua bình đựng dung dịch brom thì khối lượng bình lại tăng và thể tích hỗn hợp khí ban đầu lại giảm? Khối lượng bình brom tăng là khối lượng của chất nào?
- Khí thoát ra khỏi bình đựng dung dịch brom là chất nào?
- Anken tác dụng với H2O chỉ tạo một sản phẩm duy nhất có đặc điểm cấu tạo như thế nào?
HS giải quyết vấn đề:
a/ - Khi dẫn hỗn hợp khí gồm một ankan và một anken qua bình đựng dung dịch brom thì:
+ Thể tích hỗn hợp giảm do anken phản ứng với brom nên bị giữ lại trong bình đồng thời làm khối lượng bình đựng dung dịch brom tăng lên
→ V khí giảm = V anken = 1,12 – 0,448 = 0,672 lít → nanken = 0,03 mol → Khối lượng bình tăng = m anken = 1,68 gam
→ Manken = 56→ CTPT anken là: C4H8.
+ Khí thoát ra là ankan do ankan không phản ứng với dung dịch brom (do ankan không có liên kết 𝜋).
→ V khí thoát ra = Vankan= 0,448 lít→ nankan = 0,02 mol. Xét phương trình hóa học đốt cháy ankan:
CnH2n+2 + 3𝑛+1 2 O2
𝑡0
→ n CO2 + (n+1) H2O
0,02 0,02n (mol)
b/ Vì anken C4H8 + H2O chỉ thu được 1 sản phẩm duy nhất nên anken phải có cấu tạo đối xứng → CTCT đúng của anken cần tìm là:
CH3CH=CHCH3
Tên gọi: But-2-en Phương trình hóa học: CH3CH=CHCH3 + H2O H+ CH3CH2CHCH3 OH * Lưu ý cần nhớ:
- Khi cho hỗn hợp gồm các chất có chứa liên kết 𝜋 (anken, ankin, ankadien) và chất không chứa liên kết 𝜋 (ankan) tác dụng với dung dịch Br2/CCl4 chỉ có những chất mang liên kết 𝜋 tham gia phản ứng và bị giữ lại trong bình làm cho khối lượng bình đựng dung dịch Br2 ban đầu tăng lên.
- Khi xảy ra phản ứng cộng luôn có:
Số mol liên kết 𝜋 bị bẻ gãy = tổng số mol các chất được cộng vào liên kết 𝜋
- Ankan không tham gia phản ứng cộng với dung dịch Br2.