8 BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HỖN HỢP CÁC HIDROCACBON ĐÃ BIẾT CTPT
8.2PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HỖN HỢP CÁC HYDROCAC ĐÃ BIẾT CTPT
HYDROCAC ĐÃ BIẾT CTPT
Bài 1 :
Đốt cháy hoàn toàn 100cm3 hỗn hợp A gồm : C2H6, C2H4, C2H2 và H2 thì thu được 90cm3 CO2. Nung nóng 100cm3 A có sự hiện diện của Pd thì thu được 80cm3 hỗn hợp khí B. Nếu cho B tiếp tục qua Ni, to thì thu được chất duy nhất.
Tìm % các chất trong hỗn hợp. GIẢI : Đặt 100cm3 hh A gồm : C2H6 : a C2H4 : b C2H2 : c H2 : d (cm3) => a + b + c + d = 100 (cm3)
v TN1 : Các ptpứ :
C2H6 + 7/2O2 => 2CO2 + 3H2O a => 2a (mol) C2H4 + 3O2 => 2CO2 + 2H2O b => 2b (mol) C2H2 + 5/2O2 => 2CO2 + H2O c => 2c (mol) H2 + 1/2O2 => H2O
d => d (mol)
Lưu ý : H2 cũng cháy trong Oxi, sản phẩm là H2O. VCO2 = 2(a + b + c) = 90 (cm3)
=> a + b + c = 45 (cm3)
=> d = 100 – 45 = 55(cm3) (1)
v TN2 : xúc tác Pd,toC thì một liên kết bị đứt, sản phẩm cộng là anken. C2H2 + H2 C2H4 c => c (cm3) Thể tích hỗn hợp giảm : Vkhí giảm = 2c – c = c = 100 – 80 = 20 (cm3) (2) Hỗn hợp khí B gồm : C2H6 : a C2H4 : b + c (cm3) H2 : d – c = 55 – 20 = 35 v TN3 : C2H4 + H2 C2H6 b + c b + c (cm3)
Vì chỉ thu được một khí duy nhất => C2H4 và H2 đều hết. => b + c = 35 =>b = 35 – c = 35 – 20 = 15 (cm3) a = 100 – (b + c + d) = 100 – (15 + 20 + 55) = 10 (cm3) % thể tích các chất trong hỗn hợp : %VC2H6 = =10% %VC2H4 = = 15% %VC2H2 = = 20% %VH2 = = 55% Bài 2 :
Cho 11 gam hỗn hợp gồm 6,72 lít hydrocacbon mạch hở A và 2,24 lít một ankin. Đốt cháy hỗn hợp này thì tiêu thụ 25,76 lít Oxi. Các thể tích đo ở đktc.
a) Xác định loại hydrocacbon.
b) Cho 5,5 gam hỗn hợp trên cùng 1,5 gam hidro vào một bình kín chứa sẵn một ít bột Ni (ở đktc) đun nóng bình để phản ứng xảy ra hoàn toàn rồi đưa về OoC. Tính thành phần % hỗn hợp cuối cùng và áp suất trong bình.
GIẢI :
Dựa vào ptpứ cháy, đặt số mol các chất và giải hệ phương trình để tìm các giá trị x, n. a) Xác định loại hydrocacbon : Số mol các chất : nA =(mol) nankin = (mol) nO2 = (mol) Gọi 11g hỗn hợp (mol) Các ptpứ :
0,3=> 0,3(x + y/4) (mol) 0,1 => 0,1(3n-1)/2 (mol) nO2 = 0,3(x + ) + 0,1() = 1,15 mhh = (12x + y)0,3 + (14n - 2)0,1 = 11 Û 36x + 3y + 14n = 112 (1) 4x + y + 2n = 16 (2) (1) – 7.(2) => y = 2x Thay y = 2x vào (1), (2) : 36x + 6x +14n = 112 4x + 2x + 2n = 16 Û 3x + n = 8 => x < => x = 2 C2H4 n = 2 Û C2H2
b) Tính thành phần % hỗn hợp cuối cùng và áp suất trong bình : nH2 = 1,5/2 = 0,75 (mol) Hỗn hợp mới gồm C2H4 : 0,015 mol C2H2 : 0,05 mol H2 : 0,75 mol Các ptpứ : C2H4 + H2 C2H6 0,15 => 0,15 => 0,15 C2H2 + 2H2 C2H6 0,05 => 0,1 => 0,05
Sản phẩm thu được gồm : C2H6 : 0,2 mol H2 dư : 0,5 mol Tỉ lệ %thể tích chính là tỉ lệ % số mol : %VC2H6 = %VH2 = • Tính áp suất : PVbình = nRT Trước phản ứng n1 = nC2H4 + nC2H2 + nH2 = 0,15 + 0,05 + 0,75 = 0,95 (mol) Sau phản ứng n2 = nC2H6 + nH2dư = 0,7 (mol)
Ở cùng điều kiện Vbình, T = const => P2 = (atm) (P1 = 1atm )
Bài 3 :
Một hỗn hợp khí A gồm C2H2 và H2 có tỉ khối hơi so với không khí bằng 0,4. Đun nóng A với xúc tác Ni một thời gian thu được hỗn hợp khí B, tỉ khối của B so với không khí bằng . Nếu cho toàn bộ lượng B qua dung dịch KMnO4 dư thì còn lại khí D thoát ra ngoài, tỉ khối của D so với H2 bằng 4,5. Các thể tích đo ở đktc.
a) Tính thành phần % thể tích của hỗn hợp A.
b) Tính tỉ số thể tích của A so với thể tích B. Giải thích sự thay đổi thể tích đó. c) Tính thành phần % thể tích của hỗn hợp khí D
d) Biết VB = 3,136 lít, hỏi nếu hấp thu hết lượng B này trong dd Brom dư thì khối lượng các sản phẩm thu được là bao nhiêu?
Tóm tắt : GIẢI :
a. % thể tích của hỗn hợp A : Trong A, đặt C2H2 : a (mol) H2 : b (mol) = 0,4.29 = 11,6 => = 11,6 => b = 1,5a %C2H2 = = = 40% %H2 = 100% - 40% = 60% b. Tỉ lệ thể tích của A so với B : Phản ứng có thể xảy ra : C2H2 + H2 C2H4 C2H2 + 2H2 C2H6
Phản ứng cộng H2 làm giảm số mol khí nhưng không làm thay đổi khối lượng khí => nB < nA => VB < VA. Ta có : mA = mB => .nA = .nB => = Với = 29.(gam/mol) và = 11,6 => Vì tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol khí nên VA : VB = 10 : 7 c. % thể tích hỗn hợp khí D :
Hỗn hợp B gồm C2H4, C2H6, C2H2 dư và H2 dư khi cho qua dung dịch KMnO4 thì C2H4 và C2H2 dư bị oxi hóa và giữ lại trong dung dịch :
C2H4 + [O] + H2O => C2H4(OH)2 C2H2 + 4[O] => HOOC–COOH
Hỗn hợp khí D thoát ra gồm C2H6 và H2 dư. Trong hỗn hợp D gọi C2H6 : x(mol) và H2 dư : y (mol). Ta có = 4,5.2 = 9 => = 9 => y = 3x => %C2H6 = .100% = = 25% %H2 = 100% - 25% = 75% d. Khối lượng các sản phẩm : C2H2 + H2 C2H4 u u u (mol) C2H2 + 2H2 C2H6 x 2x x (mol)
Gọi u (mol) là số mol C2H4 thu được => B gồm : C2H4 : u (mol)
C2H6 : x (mol)
C2H2 dư : a – (u + x) (mol) H2 dư : 3x (mol)
• nB = 0,14 (mol) => u + x + a – (u + x) + 3x = 0,14 => a + 3x = 0,14 (1)
• nH2 ban đầu = 1,5a(mol) => u + 2x +3x = 1,5 =>1,5a = u + 5x (2) • = => a = 0,8 (mol)
Từ (1) => x = 0,02 (mol) Từ (2) => u = 0,02 (mol)
Trong B chỉ có C2H4 : 0,02 (mol) và C2H2 : 0,04 (mol) cho phản ứng cộng với dung dịch Br2 : C2H4 + Br2 => C2H4Br2 0,02 => 0,02 (mol) C2H2 + 2Br2 => C2H2Br4 0,04 => 0,04 (mol) => mC2H4Br2 = 0,02.188 = 3,76 (gam)
mC2H2Br4 = 0,04.346 = 13,84 (gam) Bài 4 :
Một bình kín 2 lít ở 27,3oC chứa 0,03 mol C2H2 ; 0,015 mol C2H4 và 0,04 mol H2 có áp suất P1. Tính P1
- Nếu trong bình đã có một ít bột Ni làm xúc tác (thể tích không đáng kể) nung bình đến nhiệt độ cao để phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau đó đưa về nhiệt độ ban đầu được hỗn hợp khí A có áp suất P2.
- Cho hỗn hợp A tác dụng với lượng dư dd AgNO3/NH3 thu được 3,6 gam kết tủa. Tính P2. Tính số mol mỗi chất trong A..
GIẢI :
• Tính áp suất P1 :
Tổng số mol các chất trước phản ứng :
n1 = nC2H2 + nC2H4 + nH2 = 0,03 + 0,015 + 0,04 = 0,085 (mol) Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng :
atm • Tính áp suất P2 và số mol các chất : Các ptpứ : C2H2 + H2 C2H4 a => a => a (mol) C2H4 + H2 C2H6 b => b => b (mol)
Vì số mol H2 = 0,04 < nC2H2 + nC2H4 = 0,045 (mol) nên phản ứng hết H2 Đặt a, b là số mol H2 tham gia hai phản ứng trên
=> a + b = 0,04 (1)(mol)
C2H2 còn dư sau phản ứng trên tác dụng với lượng dư dd AgNO3/NH3 : HCCH + Ag2O C2Ag2 (kết tủa) + H2O
0,015 ¬ 0,015 (mol) nC2Ag2 = (mol) => nC2H2 dư = 0,015 mol => nC2H2 phản ứng = a = 0,03 – 0,015 = 0,015 (mol) b = 0,04 – a = 0,04 – 0,015 = 0,025 (mol) nC2H4 = nC2H4 bđ + a = 0,015 + 0,015 = 0,03 (mol) nC2H4 d ư = 0,03 – b = 0,03 – 0,025 = 0,005 (mol) Áp suất P2 :
n2 = nC2H2 dư + nC2H4 dư + nC2H6 = 0,015 + 0,005 + 0,025 = 0,045 (mol) (atm)
Bài 5 :
Cho a gam CaC2 chứa b% tạp chất trơ tác dụng với nước thì thu được V lít C2H2 (đktc) 1) Lập biểu thức tính b theo a và V
2) Nếu cho V lít trên vào bình kín có than hoạt tính nung nóng làm xúc tác,to trong bình toC áp suất P1. Sau phản ứng thu được hỗn hợp khí, trong đó sản phẩm phản ứng chiếm 60%V, nhiệt độ không đổi, áp suất P2
Tính hiệu suất của phản ứng.
3) Giả sử dung tích bình không đổi, thể tích chất rắn không đáng kể. Hãy a) Lập biểu thức tính áp suất P2 theo P1 và hiệu suất h.
b) Tính khoảng giá trị của P2 theo P1 GI ẢI :
• Cách 1 :
CaC2 + 2H2O => Ca(OH)2 + C2H2 (mol) Gọi V là thể tích C2H2 sinh ra.
nC2H2 =
mCaC2 = 64. mtạp chất = (a-) b% =
• Cách 2 :
CaC2 + 2H2O => Ca(OH)2 + C2H2 64(g) 22,4(lít) a – 0,01b(g) V(lít) b(%) Ta lập được tỉ l ệ : =>b = => b%= 2) Tính hiệu suất phản ứng : Xét phản ứng : 3C2H2 C6H6 x => x/3 (lít)
Gọi x là thể tích C2H2 đã tham gia phản ứng trên Tổng số mol các chất sau phản ứng :
(lít)
n = V – x + x/3 = V – 2/3x (l) VC6H6 = 60%Vhh
Cách 1 : Tính theo chất tham gia : Û
Hiệu suất phản ứng h =
Cách 2 : Tính hiệu suất phản ứng theo sản phẩm : Theo phản ứng :
3C2H2 C6H6
V => V/3 (theo lý thuyết) h% = = 81,81%
3)
a) Lập biểu thức tính áp suất P2 theo P1 và hiệu suất h : Ta có pt TTKLT : PVbình = nRT Ở Vbình, T = const => V2, V1 : Số mol các chất trong bình. Và V2 = V – 2/3x V1 = V => =>
b) Tính khoảng giá trị của P2 theo P1 : Ta có 0 < h < 100
h = 0 => = 1 h = 100 => = => P1 < P2 < P1 Bài 6 :
Khi sản xuất đất đèn ta thu được hỗn hợp rắn gồm CaC2, Ca và CaO (hh A). Cho hỗn hợp A tác dụng hết với nước thì thu được 2,5 lít hỗn hợp khí khô X ở 27,0oC và 0,9856atm. Tỉ khối của X so với metan bằng 0,725.
a) Tính % khối lượng mỗi chất trong A
b) Đun nóng hỗn hợp khí X với bột Ni xúc tác một thời gian thì thu được hỗn hợp khí Y, chia Y làm hai phần bằng nhau.
- Phần thứ nhất cho lội từ từ qua bình nước Brom dư thấy còn lại 448 ml hỗn hợp khí X (đktc) và tỉ khối so với Hidro là 4,5. Hỏi khối lượng bình nuớc Brom tăng bao nhiêu gam?
- Phần thứ hai đem trộn với 1,68 lít O2 (đktc) trong bình kín dung tích 4 lít. Sau khi bật tia lửa điện để đốt cháy, giữ nhiệt độ bình ở 109,2oC. Tính áp suất bình ở nhiệt độ đó biết dung tích bình không đổi.
GIẢI :
a) Tính % khối lượng mỗi chất trong A : Gọi 5,52g hh A CaC2 : a
Ca : b
CaO : c (mol) mhh X = 64a + 40b + 56c = 5,52 (1)
Lưu ý : hỗn hợp A tác dụng với nước, cả Ca và CaO cũng có phản ứng. CaC2 + 2H2O => Ca(OH)2 + C2H2
a a (mol) Ca + H2O => Ca(OH)2 + H2
b b (mol) CaO + H2O => Ca(OH)2
c (mol) 2,5 lít khí thu được gồm : C2H2 : a H2 : b = 0,725.16 = 11,6 nhhX = a + b = = (mol) (2) = 0,725.16 = 11,6 (gam/mol) => mX = .nX = 11,6.0,1 = 1,16 (gam) => 26a + 2b = 1,16 (3) (2), (3) => (mol) Theo các phản ứng trên :
nCaC2 = nC2H2 = 0,04 mol => %CaC2 = nCa = nH2 = 0,06 mol => %Ca =
% CaO = 100% - (46,38 + 43,48)% = 10,14% b) Độ tăng khối lượng bình Brom :
* Khi nung nóng hỗn hợp X với xúc tác Ni, có thể xảy ra 2 phản ứng : C2H2 + H2 => C2H4
C2H2 + 2H2 => C2H6
=> hỗn hợp khí Y có thể gồm C2H4, C2H6, C2H2 dư, H2 dư.
* Khi cho ½ hỗn hợp Y qua bình đựng dd Br2 dư thì C2H2, C2H4 bị hấp thu : C2H2 + 2Br2 => C2H2Br4 (lỏng) C2H4 + Br2 => C2H4Br2 (lỏng) => hỗn hợp khí Z thoát ra gồm C2H6 và H2. nZ = 0,02 mol và = 4,5.2 = 9 => mZ = 9.0,02 = 0,18 gam * Áp dụng ĐLBT khối lượng, ta có : m1/2hh Y = m1/2hh X = 1,16/2 = 0,58gam
So sánh hỗn hợp Y và Z, ta thấy độ tăng khối lượng bình đựng dung dịch Br2 là tổng khối lượng của C2H2 và C2H4 tức là mY - mZ
Vậy độ tăng khối lượng bình Brom = 0,58 – 0,18 = 0,4 gam v Tính áp suất bình sau phản ứng cháy :
So sánh hỗn hợp X với Y và áp dụng ĐLBT nguyên tố, ta có : trong ½ hỗn hợp Y = trong ½ hỗn hợp X = 2.0,02 = 0,04 (mol)
trong ½ hỗn hợp Y = trong ½ hỗn hợp X = 2.0,02 + 2.0,03 = 0,1 (mol) * Sản phẩm cháy gồm :
nCO2 = nC = 0,04 (mol); nH2O = ½ nH = 0,05 (mol)
Mặt khác, trong CO2 và trong H2O = 0,04.2 + 0,05 = 0,13 (mol) nO ban đầu là 0,075.2 = 0,15 (mol)
=> nO dư = 0,15 – 0,13 = 0,02 (mol) => nO2 dư = 0,02/2 = 0,01 (mol)
các khí trong bình sau khi đốt = 0,04 + 0,05 + 0,01 = 0,1 (mol) Vậy áp suất bình là :
Patm