IV. NGUỒN KỸ NGHỆ
B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN
VẤN ĐỀ 1: PHẢN ỨNG HYDRO HểA ALKIIN Phản ứng khụng định lượng: CnH2n-2 + 2H2 , CnH2n+2 CnH2n-2 + H2 , CnH2n Trong phản ứng khụng định lượng C2H2 + H2 , C H C H C H H
Đối với dạng toỏn phản ứng hydro húa alkin chỳng ta cần nhớ những điều cơ bản sau:
Dựng định luật bảo toàn khối lượng:
mt = ms
Túm tắt sơ đồ dạng toỏn của phản ứng hydro húa alkin như sau:
dd Br2
Dựa vào sơ đồ túm tắt trờn ta cú cỏc cụng thức đỏng nhớ sau, giải quyết được với mọi bài toỏn cho cỏc dạng phản ứng hydrogen húa alkin.
VẤN ĐỀ 2: HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG HYDROGEN HểA ALKEN
Dựng phương phỏp 3 bước: CnH2n + H2 , CnH2n+2 x (mol) y(mol) a a a
x-a y-a a (mol)
X Y
Z
T
m = m = m + m
Gọi x, y là số mol ban đầu alken và hydrogen tham gia phản ứng, a là số mol phản ứng của phương trỡnh.
Hiệu suất phản ứng hydrogen phản ứng:
Nếu x ≤ y Nếu y ≤ x
Phản ứng hydrogen húa alken luụn cú
Đốt chỏy hỗn hợp sau cũng giống như đốt chỏy hỗn hợp khớ ngược lại.
VẤN ĐỀ 3 PHẢN ỨNG CỘNG Br2
Hỗn hợp alken tỏc dụng với dung dịch Br2
CnH2n + Br2 CnH2nBr2
Số mol alken tham gia phản ứng với Br2:
Khối lượng bỡnh brom tăng
Độ giảm số mol:
Một sốlưu ý:
Dung dịch mất màu: dd Br2 thiếu, alken dư Dung dịch phai màu: Br2dư, alken hết.
VẤN ĐỀ 4 HỖN HỢP ALKEN VÀ ALKAN ĐỐT CHÁY
Cho một hỗn hợp gồm alkan và alken đem đốt chỏy, thu được khớ CO2, H2O đểxỏc định cỏc hydrocarbon cú trong hỗn hợp. H = .100% H = *100% mT = ms n ứ = nt – ns n = nalken pứ Δm = malken pứ Δn = nt - ns = nalken pứ
Gọi CnH2n+2 (x mol), CmH2m(y mol). Dựng định luật bảo toàn nguyờn tố C nx + my = n
Dựa vào bài toỏn ta xỏc định được mối liờn hệ, ngoài phương phỏp thụng thường (phương phỏp 3 bước). Ta cũng cú thể ỏp dụng cụng thức tớnh chất giỏ trị trung bỡnh.
C. BÀI TẬP
Bài 1 Đun núng hỗn hợp khớ gồm 0,12 mol C2H2 và 0,18 mol H2 với xỳc tỏc Ni, sau một thời gian thu được hỗn Y. Dẫn toàn bộ hỗn hợp Y lội từ từ qua dung dịch brom
dư thỡ cũn lại khớ Z gồm 0,06 mol C2H6 và 0,02 mol H2. Khối lượng dung dịch brom
tăng lờn là bao nhiờu?
Giải
Đõy là dạng toỏn mà đó trỡnh bày ở trờn (cỏc bạn xem lại phương phỏp giải). Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: mX = mY = Δm + mZ
Khối lượng dung dịch brom tăng lờn: Δm = mX – mZ
Thế số vào ta cú: Δm = 0,12*26 + 0,18*2 – (0,06*30 + 0,02*2) = 1,64 gam.
Bài 2 [Khối A – 2008] Đun núng hỗn hợp khớ gồm 0,06 mol C2H2 và 0,04 mol H2 với xỳc tỏc Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khớ Y. Dẫn toàn bộ hỗn hợp Y lội qua bỡnh đựng dung dịch Brom dư thỡ cũn lại 0,448 lớt hỗn hợp khớ Z (ởđktc) cú tỉ khối so với O2 là 0,5. Khối lượng bỡnh dung dịch brom tăng là bao nhiờu
Giải
Dựa vào phương phỏp giải trờn ta cú thể giải nhanh chúng được bài này: Khối lương bỡnh dung dịch Br2tăng lờn:
Δm =0,06*24 + 0,04*2 - ,
, *0,5*32 = 1,32 gam
Bài 3 [Khối A – 2010] Đun núng hỗn hợp X gồm 0,02 mol C2H2 và 0,03 mol H2 với xỳc tỏc Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp Y. Dẫn toàn bộ hỗn hợp Y lội từ từ
qua dung dịch Br2 dư thỡ cũn lại 280 mL hỗn hợp khớ Z cú tỉ khối so với H2 là 10,08. Khối lượng dung dịch Brom tăng lờn là bao nhiờu?
Giải
Bài này cũng tương tựnhư bài khối A – 2008 ta cú thể giải quyết nhanh chúng Khối lượng bỡnh dung dịch Br2tăng lờn là:
Δm = 0,02*26 + 0,03*2 -
, ∗ *10,08*2 = 0,328gam
Bài 4 Hỗn hợp X gồm C4H8 và H2 cú tỉ khối hơi so với H2 bằng 10. Dẫn hỗn hợp qua Ni, t0thu được hỗn hợp Y cú tỉ khối hơi so với H2 bằng 14. Tớnh hiệu suất phản ứng cộng H2.
Giải
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: mX = mY
Dựng quy tắc đường chộo đểxỏc định chất nào hết trước khi tham gia phản ứng C4H8 56 18
20
H2 2 36
( )
= = ⇒ Alken sẽ hết trước Hydro
Gọi x là số mol C4H8⇒ 2x là số mol H2, a là số mol alken tham gia phản ứng.
= = = = → = ⇒ H% = *100% = 85,71%
Bài 5 Cracking hoàn toàn hỗn hợp 6,6 gam propan thu được hỗn hợp A gồm hai hydrocarbon. Cho qua bỡnh chứa 125mL dung dịch Br2 cú nồng độ a mol/L, dung dịch brom sẽ bị mất màu. Khớ thoỏt ra sẽ cú tỉ khối hơi so với metan là 1,1875. Tớnh a
Giải
Phõn tớch: Theo đề bài hỗn hợp A chứa hai khớ hydrocarbon, vậy hai hydrocarbon là: C2H4 và CH4
Phương trỡnh phản ứng cracking: C3H8
, ,
Khớ A đi qua dung dịch brom thỡ C2H4 bị giữ lại, nếu dd Br2dư thỡ C2H4 phải hết, khớ thoỏt ra là CH4, và hiển nhiờn khớ CH4 cú tỉ khối so với CH4 bằng 1 < 1,1875
Điều này chứng tỏ C2H4 cũn dư và dd Br2 thiếu
Từ những phõn tớch trờn ta dễ dàng giải quyết được bài toỏn này một cỏch nhanh chúng.
npropan = , = 0,15 mol = netylen = nmetan
Dựng phương phỏp đường chộo tỡm ra số mol khớ thoỏt ra C2H4 28 3
19
CH4 16 9
Từsơ đồđường chộo ta nhận thấy = ⇔ ,
, = ↔ x = 0,1
Vậy số mol C2H4 tham gia phản ứng với dd Br2 là 0,1 mol ⇒ a = ,
, = 0,8mol/L
Bài 6 Hỗn hợp X gồm 1 alkan và 1 alken. Đốt chỏy hoàn toàn X sản phẩm thu được dẫn qua bỡnh đựng nước vối trong dư, thấy bỡnh tăng lờn 7,98gam, và cú 12 gam kết tủa. Tỡm khối lượng hỗn hợp X và cụng thức phõn tử của cỏc hydrocarbon. Biết rằng alkan chiếm 60% thể tớch của hỗn hợp.
Giải
Phõn tớch: Khối lượng bỡnh dung dịch nước vụi trong tăng lờn chớnh là khối lượng của nước và khớ CO2. Do bỡnh đựng vụi trong dư nờn số mol khớ CO2 chớnh bằng số
mol CaCO3.
Dựa vào phương phỏp giải như trờn ta cú thể nhanh chúng tỡm ra được số mol alkan tham gia phản ứng đốt chỏy.
Theo bài ra ta cú: n = = 0,12 mol ⇒m = , , ∗ = 0,15 mol
nalkan = 0,15 – 0,12 = 0,03 mol ⇒ nalken = ,
, * 0,03 = 0,02 mol
Gọi n là số C trong alkan, m là số C trong alken (m≥ 2). Áp dụng định luật bảo toàn nguyờn tố C ta cú: 0,03n + 0,02m = 0,12 (n, m nguyờn) Vậy chỉ cú giỏ n = 2 và m = 3 là cặp nghiệm phự hợp. Cụng thức của alkan là: C2H6 Cụng thức của alken là: C3H6
Bài 7 Hỗn hợp khớ A gồm H2 và olefin CnH2n cú tỉ lệ sốmol là 3:2. Đun núng hỗn hợp A gồm xỳc tỏc bột Ni được hỗn hợp B, cú tỉ khối so với H2 là 11,25. Hiệu suất phản
ứng là h%.
a. Lập biểu thức tớnh hiệu suất của h theo n
b. Biết h > 40% . Xỏc định cụng thức phõn tử của olefin và h.
Giải
nalken < n → số mol phải tớnh theo alken. Giả sử trong hỗn hợp khớ A cú chứa 3 mol H2 và 2 mol Alken. Phương trỡnh phản ứng: CnH2n + H2 , CnH2n+2 Ban đầu: 2 3 (mol) Phản ứng: a a a Sau phản ứng: 2-a 3-a a Hiệu suất phản ứng: h = *100% (1) (h≤1) Hỗn hợp khớ B cú MB = 11,25*2 = 22,5 g/mol = = = ∗ ∗ = ⇒ a = - , (2) ( ),( ) h = - , (n≥2) b/ Với h > 40% = 0,4 thếvào ta được 2,19 ≤ n < 3,16 ⇒ n =3 ⇒ Công thức olefin: C3H6⇒ h = 50%
Bài 8 Hỗn hợp X gồm ankan và anken cú tỉ lệ số mol 3:2 .Đốt chỏy hoàn toàn X , dẫn
dụng với Ca(OH)2 dư xuất hiện thờm 4 g kết tủa nữa . Tỡm cụng thức phõn tử mỗi chất .
Giải
Phõn tớch: Đối với dạng bài toỏn này cỏi khú là phần cho sản phẩm chỏy tỏc dụng với dung dịch Ca(OH)2. Tựy vào tỉ lệ số mol CO2 với Ca(OH)2 mà phản ứng tạo ra muối CaCO3 (trung hũa), và muối Ca(HCO3)2 (muối acid). Phần này xin cỏc bạn đọc dành chỳt thời gian xem lại ởbài đầu ở mục xử lý số liệu khi cho CO2 tỏc dụng với Ca(OH)2.
Gọi cụng thức của Alkan là CnH2n+2, Alken là CmH2m (n≥1, m≥2) (1)
Theo bài ra ta cú: = ⇒ nalkan = x (mol) ⇒ nalken = 1,5x (mol) Khối lượng dung dịch tăng lờn: mb↑ = m + m
CO2
( ) CaCO
Ca(HCO)
( )
CaCO3↓
Áp dụng định luật bảo toàn nguyờn tốn (CO2) = n ( ) + n ( )
⇒ nC = + = 0,12 mol ( )m = 7,8 – 0,12*44 = 2,52 gam
⇒ n = , = 0,14 mol ⇒ nalkan = 0,14 – 0,12 = 0,02 mol ⇒nalken = 0,03 mol
Áp dụng địn luật bảo toàn nguyờn tố C ta cú: 0,02n + 0,03m = 0,12 ⇔ 2n + 3m = 12
Vậy chỉ cú n = 3, m = 2 là giỏ trị phự hợp. ⇒ C3H8 ; C2H4
Bài 9 Lấy hai thể tớch bằng nhau của 1 anken ở thể khớ cho phản ứng riờng lẻ với dung dịch clo , brom . Khối lượng của hai sản phẩm cộng khỏc nhau 44 ,5 g
a. Tớnh thểtớch anken đó dựng ở 27,3 0 C và 1 at . Giả sử hiệu suất p ư đều đạt 80 %
b. Viết cụng thứa cấu tạo cú thể cú của anken biết rằng khối lượng sản phẩm cộng
brom thu được là 108 g và nếu cho phản ứng với HCl chỉthu được 1 sản phẩm duy nhất.
Phõn tớch: Dạng toỏn này là cho cựng một alken tham gia phản ứng cộng với
halogen. Đối với dạng này ta dựng phương phỏp tăng giảm khối lượng để giải quyết bài toỏn. (cỏc bạn xem lại phần giỏo khoa phần phản ứng cộng halogen).
a. Bằng kiến thức sỏch giỏo khoa ta cú thể tớnh nhanh ra số mol ra của alken
⇒ nalken = , = 0,5 mol. Áp dụng phương trỡnh khớ lý tưởng: p.V = nRT
⇒ V = = , ∗
,
∗( , )
, = 5,5 lớt.
b. Vỡ thể tớch của hai phần của alken là như nhau nờn số mol của alken bằng nhau.
⇔ (14n + 160)*0,5 = 108 ⇔ n = 4 ⇒ Alken: C4H8
Vỡ alken tỏc dụng HCl tạo ra 1 sản phẩm, nờn alken mang tớnh đối xứng.
⇒ CH3 – CH = CH – CH3 :(Z) – but – 2 – en.
Bài 10 Cho một lượng anken X tỏc dụng với nước được chất hữu cơ Y , thấy khối
lượng bỡnh đựng nước ban đầu tăng 4,2 g .nếu cho lượng X như trờn tỏc dụng với
HBr thu được chất Z thấy khối lượng Y , Z khỏc nhau 9,45 g .Tỡm cụng thức phõn tử
và gọi tờn X , giả sử cỏc phản ứng xảy ra hoàn toàn.
Giải
Phõn tớch: Bài này cũng tương tựnhư bài 9, cú nghĩa rằng dựng phương phỏp tăng
giảm khối lượng giải quyết bài này nhanh chúng. (Cỏc bạn cú thể tham khảo thờm trong cuốn Kĩ Thuật Giải Nhanh Toỏn Húa Học - Dương Thế - 2011, để hiểu thờm phần phương phỏp tăng giảm khối lượng, hoặc cỏc sỏch viết vềphương phỏp này).
+ HBr CnH2n+1Br (Y)
CnH2n
+ H2O CnH2n+1OH (Z)
Khối lượng bỡnh nước tăng lờn chớnh là khối lượng của alken ⇒ malken = 4,2 gam Áp dụng phương phỏp tăng giảm khối lượng dễ dàng tớnh ra được số mol alken (vỡ phản ứng cộng với tỉ lệ 1:1).
nalken = = , = 0,15 mol ⇒ Malken = ,
, = 28 ⇔ n = 2 ⇒ C2H4 (etylen)
Bài 11 Hỗn hợp khớ A gồm H2và alken X. Đốt chỏy 6 gam hỗn hợp A thu được 17,6 gam khớ CO2. Mặt khỏc cho 6 gam A tỏc dụng với dung dịch Brom dư thỡ thấy cú 32 gam Br2 tham gia phản ứng. Tỡm cụng thức của X và tớnh % thể tớch mỗi chất trong A.
Giải
Phõn tớch: Dạng bài toỏn này là sự kết hợp của phản ứng đốt chỏy và phản ứng cộng halogenur. Alken đốt chỏy thu được CO2, H2O cộng với halogen với tỉ lệ 1:1 ta tỡm
được số mol alken (H2 khụng tham gia vào phản ứng cộng Halogenur).
Áp dụng định luật bảo toàn nguyờn tố C (alken) ta cú: n = nC (alken) = , = 0,4 mol
Phản ứng của alken với Br2: n = = 0,2 mol = nalken⇒ số Calken = ,
, = 2
⇒ Công thức phõn tử của alken là: C2H4⇒ n = , ∗ = 0,2 mol
⇒%V = %V = 50%
Bài 12 Hỗn hợp X gồm 1 alkan và 1 alken. Cho 1,68 lớt hỗn hợp X qua dung dịch
Brom dư, bỡnh brom tăng lờn m gam, khớ thoỏt ra cú thể tớch 1,12 lớt. Nếu đốt chỏy 1,68 lớt X rồi dẫn sản phẩm qua nước vụi trong dư thỡ cú 12,5 gam kết tủa. Cỏc khớ đo được ở(đktc). Xỏc định cỏc hydrocarbon trong X.
Giải
Phõn tớch: Dạng bài toỏn đốt chỏy, bài này chỉ cần lưu ý: alkan khụng tỏc dụng với dung dịch Brom.
Khi cho X tỏc dụng với dung dịch Brom thỡ alken bị giữ lại, khớ thoỏt ra là alkan
⇒ bỡnh tăng brom tăng lờn chớnh là khối lượng của alken bị giữ lại. nalkan = ,
, = 0,05 mol ⇒ nalken = ,
, – 0,05 = 0,025 mol.
Sản phẩm đốt chỏy X dẫn qua nước vôi trong dư ⇒ = , = 0,125 mol
Gọi n là số C của alkan (n≥1), m là sụ C của alken (m≥2). Áp dụng định luật bảo toàn nguyờn tố C trong X ta cú: 0,05n + 0,025m = 0,125 ⇔ 2n + m = 5
Chỉ cú n = 1, m = 3 là cặp nghiệm phự hợp ⇒ CH4, C3H6 là cỏc hydrocarbon trong X.
Bài 13 Trong bỡnh kớn chứa cú thể tớch là 5,6 lớt chứa 0,15 mol H2 và 0,1 mol C2H4
cựng một ớt bột Ni. Nung núng bỡnh một thời gian rồi làm lạnh bỡnh đến 00C, ỏp suất trong bỡnh lỳc đú là p. Hỗn hợp sau phản ứng tỏc dụng vừa đủ với 0,8 gam Br2 trong dung dịch. Tỡm % thể tớch H2đó tham gia phản ứng, tớnh hiệu suất phản ứng hydro húa và ỏp suất p.
Giải
Phõn tớch: Bài toỏn này liờn quan đến phản ứng hydrogen húa alken (xem lại
phương phỏp giải), và cú liờn quan đến phương trỡnh khớ lý tưởng.
Phương trỡnh hydro húa alken: CnH2n + H2
,
CnH2n+2
nalken < n ⇒ số mol phải tớnh theo alken
Vỡ hỗn hợp sau phản ứng tỏc dụng với dung dịch Br2⇒ alken cũn dư
nalken dư = n = , = 0,005 mol ⇒ nalken pứ = 0,1 – 0,005 = 0,095 mol = n ứ
⇒ H = , , ∗100% = 95% ⇒ % V = , , *100% = 63,33% ∑ ứ = 0,1 + 0,15 – 0,095 = 0,155 mol ⇒ p = . = , ∗ , ∗ , = 0,62 atm
Bài 14 Hỗn hợp A gồm anken và hidro cú tỉ khối so với hidro bằng 9 ,dẫn hỗn hợp đi
qua bột niken nung núng đến khi phản ứng hoàn toàn thu được khớ B cú tỉ khối so với H2 bằng 15 . Tỡm CTPT của X và tớnh % thể tớch của khớ trong A và B .
Giải
Phõn tớch: Bài này dựng phương phỏp tự chọn lượng chất và bảo toàn khối lượng dễ dàng suy ra đỏp ỏn. Nhưng cỏi khú là ta khụng biết H2 hay alken hết ⇒ dạng bài toỏn
này đỏnh mạnh vào yếu tố giữa hai chất phản ứng cỏi nào hết, cỏi nào dư.
Giả sử trong hỗn hợp A chứa 1 mol hỗn hợp khớ gồm alken và H2 (tự chọn lượng chất) ⇒ nA = 1 mol
Trường hợp 1: Alken dư và H2 tham gia phản ứng hết (vỡ phản ứng xảy ra hoàn toàn ⇒ H = 100%).
n ứ= nX – nY = 1 – 0,6 = 0,4 mol = n đ⇒ nalken = 1 – 0,4 = 0,6 mol MX = 14n.0,6 + 2.0,4 = 9.2 = 18 ⇒ n = 2,048 ⇒ loại (vỡ n nguyờn)
Trường hợp 2: Alken hết và H2dư ⇒ nalken = 0,4 mol ⇒n = 0,6 mol
MX = 14n.0,4+ 2.0,6 = 9.2 = 18 ⇒ n = 3 (thỏa món) ⇒ CTPT alken: C3H6
⇒% = 40% ⇒ % = 60%.
Bài 15 Một hỗn hợp gồm 3 anken C3H6,C4H8 , C5H10 . Nếu đốt chỏy hỗn hợp cho 6,72 l
hơi nước (đktc) . Nếu cho hỗn hợp phản ứng với hydro dư cú xỳc tỏc, đốt chỏy sản phẩm rồi dẫn sản phẩm chỏy vào nước vụi trong dư , thỡ khối lượng kết tủa sinh ra là bao nhiờu.
Giải
Phõn tớch: Bài toỏn này thực chất là lấy 3 alken trờn đem đốt chỏy rồi dẫn vào nước
vụi trong dư hỏi cú bao nhiờu gam kết tủa. Mục đớch đưa ra bài toỏn này nhằm nhắc lại một lần nữa: Trong hữu cơ phương phỏp mạnh để giải toỏn là phương phỏp bảo