IV. NGUỒN KỸ NGHỆ
2. Điều chế cỏc dóy đồng đẳng của acetylen
VẤN ĐỀ 3: PHẢN ỨNG CỘNG H
PHƯƠNG PHÁP
Cỏc bạn xem lại phần phương phỏp giải của alken
Ởđõy cần chỳ ý vận dụng linh hoạt định luật bảo toàn khối lượng
VẤN ĐỀ 4: PHẢN ỨNG CỘNG Br2
PHƯƠNG PHÁP
Phản ứng tổng quỏt của hydrocarbon khụng no núi chung và alkin núi riờng: CnH2n+2-2k + kBr2⇒ CnH2nBr2k (k là số liờn kết π)
Từ phản ứng ta cú nhận xột quan trọng:
C. BÀI TẬP
Bài 1 Trộn 28,2 gam một hỗn hợp gồm 3 hydrocarbon liờn tiếp thuộc dóy đồng đẳng của acetylen với một lượng dư H2 rồi thổi qua một ống Ni đốt núng để phản ứng xảy ra hoàn toàn, thể tớch của hỗn hợp sau phản ứng giảm đi 26,88 lớt (đktc). Xỏc định cụng thức của 3 hydrocarbon trờn.
Giải
Phõn tớch: Đề bài đó núi rất rừ là 3 hydrocarbon trờn thuộc dóy đồng đẳng của acetylen (CnH2n-2). Mấu chốt của bài toỏn này là hỗn hợp khớ giảm sau phản ứng chớnh sự giảm của khớ H2. Vỡ alkin tỏc dụng với H2 với xỳc tỏc Ni tạo alkan theo tỷ lệ
1:2 nờn dễdàng suy ra được số mol alkin.
Gọi cụng thức phõn tửtương đương cho 3 hydrocarbon trờn là: C H (n≥2)
Từ phõn tớch trờn ta cú thểtớnh được số mol của 3 hydrocarbon: nhh = ∗ ,
, = 0,6 mol ⇔ Mhh = ,
, = 47 g/mol ⇔ 14n – 2 = 47 ⇔ n = 3,5 Theo tớnh chất giỏ trị trung bỡnh ta cú 2 cặp nghiệm phự hợp với bài toỏn: Cặp nghiệm 1: C3H4, C4H6, C5H8; Cặp nghiệm 2: C2H2, C3H4, C4H6.
Bài 2 Trong bỡnh kớn thể tớch là 6,72 lớt (đktc) chứa hỗn hợp gồm hydrocarbon A và H2 nung núng với xỳc tỏc là Ni đưa về nhiệt độban đầu, ỏp suất trong bỡnh là p, thu
được 1 khớ B duy nhất cú tỉ khối hơi so với hỗn hợp ban đầu bằng 3. Đốt chỏy B thu
được 8,8 gam CO2 và 5,4 gam H2O. Xỏc định CTPT của A và p.
Giải
Phõn tớch: Bài toỏn này dựng định luật bảo toàn nguyờn tố C dễ dàng tỡm ra được CTPT của A. Mục đớch đưa ra bài toỏn này khụng phải đểxỏc định CTPT của A mà cỏi chớnh là ụn tập lại một sốđịnh luật khớ. Phương trỡnh khớ lý tưởng: pV = nRT (với R = , = 0,082) Ở trạng thỏi 1,2 ứng với: p1, T1, V1, n1; p2, T2, V2. Áp dụng phương trỡnh khớ lý tưởng: p1V1 = n1RT1 p2V2 = n2RT2 Ởđiều kiện đẳng nhiệt và đẳng ỏp: = Ởđiều kiện đẳng tớch và đẳng nhiệt
Bài toỏn đó núi rất rừ là sau phản ứng của hydcarbon A với hydrogen thu được khớ B là duy nhất ⇒ A là hợp chưa no ⇒ H2đó tham gia phản ứng vừa đủ với A⇒ B là Alkan nhh = ,
, = 0,3 mol; n = , = 0,2 mol; n = , = 0,3mol
⇒ nB = n - n = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol = nA⇒ n = 0,3 – 0,1 = 0,2 mol
Số CA = = ,
, = 2; Số liờn kết πA = k = = ,
, = 2 ⇒ CTPT của A là C2H2
Vỡ ởđiều kiện đẳng tớch và đẳng nhiệt ta ỏp dụng cụng thức như đó phõn tớch trờn
= = 3 ⇒p2 = p1 = (atm). (Giả sử hỗn hợp ban đầu cú ỏp suất p = 1atm)
Bài 3 Một hỗn hợp khớ gồm H2, 1 olefin, và 1 đồng đẳng của acetylen. Cho 135mL hỗn hợp khớ đi qua Ni nung núng thỡ sau phản ứng cũn lại 60mL một hydrocarbon no duy nhất. Mặt khỏc đốt chỏy hoàn toàn 60mL hỗn hợp thỡ thu được 180mL khớ CO2. Biết cỏc thể tớch khớ đo cựng ở điều kiện. Xỏc định cụng thức hai hydrocarbon và thành phần phần trăm khối lượng hỗn hợp khớ trờn.
Giải
Phõn tớch: Vỡ hỗn hợp sau khi nung núng thu được chỉ duy nhất một hydrocarbon no duy nhất ⇒ Ole in và alkin cú cựng số C ⇒ Tổng số mol của H2 bằng tổng số mol của hai hydrocarbon.
Cỏch 1 (Dựng phương phỏp thụng thường)
Như đó phõn tớch trờn thỡ ta gọi CTPT của olefin là CnH2n và của alkin là CnH2n-2 (n≥2)
Gọi x, y, z lần lượt là thể tớch của olefin, alkin và H2.
Phương trỡnh phản ứng: CnH2n + H2⇒ CnH2n+2 x x x CnH2n-2 + 2H2⇒ CnH2n+2 y 2y y Theo bài ra ta cú: x + y + z = 135 (mL) z = x+2y (mL) ⇒ x = 45 (mL), y = 15 mL, z = 75mL x + y = 60 (mL) Phản ứng chỏy: CnH2n + O2⇒ nCO2 + nH2O x nx CnH2n-2 + O2⇒ nCO2 + (n-1)H2O y ny
V = n(x+y) = 180mL ⇔ 60n = 180 ⇔ n =3 ⇒ Ole in: C3H6; alkin: C3H4
Cỏch 2 Vỡ hỗn hợp trờn cú số C là như nhau, nờn gọi CTPT tương đương cho hai
hydrocarbon trờn là: C H với thể tớch là a
Phương trỡnh phản ứng: C H + k H2⇒ CnH2n+2
a ka a
Theo bài ra ta cú: a + ka = 135mL ; Alkan cú thể tớch a = 60mL ⇒ka = 75mL
Phản ứng đốt chỏy Alkan:
CnH2n+2 + O2⇒nCO2 + (n+1)H2O
a na
Thể tớch khớ CO2 thoỏt ra: na = 180 ⇒ n = 3 ⇒ Olefin: C3H6; alkin: C3H4
Vận dụng tớnh chất giỏ trị trung bỡnh trong liờn kết π k =
( ) = = ⇒ x = 45 ⇒y = 15 (mL)
%m = 5,68% ; %m = 71,68%; %m = 22,72%
Bài 4 Hỗn hợp A gồm propin và 1 đồng đẳng trộn theo tỉ lệ mol là 1:1 . Cho 0,672 lớt hỗn hợp A (đktc) tỏc dụng vừa hết với 45mL dung dịch AgNO3/NH3 1M. Tỡm cụng thức phõn tử của alkin cũn lại.
Giải
Phõn tớch: Sử dụng phương phỏp giải ở trờn ta lập tỷ lệ: T =
Tỷ lệ này cú: 0 < T <1 : Khẳng định ngay trong hỗn chắc chắn cú chứa acetylen
n = 0,045.1 = 0,045 mol; nA = ,
, = 0,03 mol ⇒ T = ,
, = < 1
⇒ CTPT của alkin cũn lại: C2H2
Bài 5 Khi nung 15,68 lớt CH4(đktc) trong một bỡnh kớn thỡ thu được 26,88 lớt (đktc)
hỗn hợp khớ A gồm CH4, C2H2, C2H4, H2. Nếu cho hỗn hợp khớ A đi qua nước Brom thỡ
nước Brom bị nhạt màu, thu được hỗn hợp khớ B cú phõn tử gam trung bỡnh . Nếu cho hỗn hợp khớ A đi qua Pt nung núng thỡ thu được hỗn hợp khớ C. Bằng phương
phỏp thớch hợp, từ hỗn hợp C tỏch thành hai hỗn hợp C1 và C2, trong đú C1 gồm cỏc khớ khụng làm mất màu dung dịch Brom, cú khối lượng lớn hơn C2 là 0,48 gam. Hỗn hợp C2 cú phõn tử gam trung bỡnh 26,8. Tớnh thành phần phần trăm theo phõn tử
gam cỏc khớ trong hỗn hợp C.
Giải
Phõn tớch: Trước hết là bài toỏn này quỏ dài, khiến cho cỏc bạn đọc đó cảm thấy “ức chế” bởi vỡ đề bài toàn chữ. Nếu đề bài toàn “chữ” thỡ ta nờn phõn tớch theo dạng sơ đồ túm tắt cho dễ nhớ. Thứ hai bài toỏn này là bài toỏn vận dụng kiến thức tổng hợp vềhydrocarbon mà chỳng ta đó học. Do vậy để giải quyết bài toỏn cần vận dụng tất cả kiến thức tổng hợp giỏo khoa mà ta đó học. Bài này núi chung là khú, núi chung khụng “khộo lộo” dễ bị tỏc giả “đỏnh lừa” cho nờn chỳng ta phải hết sức “bỡnh tĩnh” để đối phú. Bài này tụi xin giải thớch kĩ từng bước vỡ sao lại ra như thế (xin quý độc giả lượng thứ vỡ sẽ cú nhiều người núi là khụng cần thiết. Nhưng mục đớch của tụi
đưa đến cho cỏc em học sinh hiểu thờm (đặc biệt là những em chưa hiểu) nắm bắt rừ
được vỡ sao lại ra như thế? Và tại sao lại ra như vậy? Túm tắt 15,68 lớt CH4 hh A: 26,88 lớt H C H C H CH B (M = ) CHH Pt C C ụ ấ à C : M = 26,8 (m − m = 0,48 g) Nhận thấy rằng số mol nA = , , = 1,2 mol; n = , , = 0,7 mol. Sau phản ứng của CH4 với nhiệt ta nhận thấy sốC trong A tăng lờn nhưng khối lượng của chỳng khụng
đổi (bảo toàn khối lượng) so với ban đầu. Từ những nhận xột đú ta cú một cụng thức: n đ = 2(n + n ) + n ư = 0,7mol (1)
Phõn tớch: Vỡ sao lại ra cụng thức (1)? (sẽ cú nhiều bạn đặt cõu hỏi này)
Như chỳng ta đó đọc qua kiến thức giỏo khoa phần điều chế acetylen từ Mờtan: 2CH4 C2H2 + 3H2 (I)
2CH4⇒ C2H4 + 2H2 (II).
Thấy ngay điều này nhờ bảo toàn nguyờn tố C thỡ cú thểsuy ra được cụng thức như
trờn.
Mặt khỏc: nA = n + n + n + n ư = 1,2 mol (2)
Theo phương trỡnh (I), (II) ta nhận thấy rằng: n = 3n +2n (3)
Hỗn hợp B: chứa H2 và CH4 dư dựng quy tắc đường chộo ta dễ dàng tỡm ra được mối liờn hệ của số mol n và n ư .
CH4 16
MB = ⇒ n = 8n ư (4)
H2 2
Giải (1), (2), (3), (4) : n = 0,8 mol, n ư = 0,1 mol = n , n = 0,2 mol Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: mA = mC = m đ = 0,7.16 = 11,2 gam Mặt khỏc mC = m + m = 11,2 (*) kết hợp với m − m = 0,48 g (**)
Giải ra ta được m = 5,68 gam gồm: C2H6, H2 và m = 5,36 gam gồm C2H2, C2H4.
m = 5,36 = 24n + 28n (***)
Dựng quy tắc đường chộo ta cú thể tỡm ra mối liờn hệ số mol của C2H2 và C2H4.
C2H2 26 1,2
M = 26,8 ⇒n = 1,5n (****)
C2H4 28 0,8
Từ (***), (****) giải ra ta được n ư = 0,12mol, n ư = 0,08 mol
⇒n pứ = 0,2 – 0,12 = 0,08 mol; n ư= 0,1 – 0,08 = 0,02 mol
⇒∑n = 0,1 mol + 0,62 mol+ 0,08mol + 0,12mol + 0,1mol = 1,02mol. %V = , , *100% = 60.78% ; %V = , , *100% = 9,80% = %V %V = , , *100% = 7,84% ; %V = , . *100% = 11,76%
Bài 6 Đốt chỏy hoàn toàn hỗn hợp 2 khớ hydrocarbon đồng đẳng X (cú thể tớch 2,24 lớt ở 00, 1at) và Y hấp thụ toàn bộ khớ CO2 bằng dung dịch Ba(OH)2dư được 133,96g kết tủa. Xỏc định cụng thức cấu tạo của X,Y, biết số mol cũng như số nguyờn tử
Carbon xủa X nhỏ hơn Y và hỗn hợp X,Y tạo với dung dịch Cu+ trong NH4OH 13,68gam kết tủa màu đỏ. Tớnh hiệu suất phản ứng biết nú phải trờn 70%.
Giải
Phõn tớch: Vỡ X, Y đều tỏc dụng được với Cu+ trong NH4OH ⇒X, Y đều cú thể chứa nối
ba đầu mạch. (Cú thể cả X và Y đều tỏc dụng được với Cu+ hoặc chỉ cú X hoặc Y tỏc dụng được với Y). Gọi nY là số mol của Y và n, m là số C của X và Y.
Theo bài ra ta cú: y > 0,1 m > n n≥2, m ≥3 nX = ,
, = 0,1 mol; n = , = 0,68 mol = 0,1n + ym ⇒y = , , > 0,1
⇒ 5 ≤ m+ n < 6,8 (n,m∊ Z)⇒ n + m = 5 n + m = 6
Với n + m = 5 ⇒ n = 2 và m = 3 ⇒ cặp nghiệm alkin: C2H2 và C3H4 Với n + m = 6 ⇒ n = 2 và m = 4 ⇒ Cặp nghiệm alkin: C2H2 và C4H6
Cỏch 1
Trường hợp 1 Với cặp nghiệm C2H2 và C3H4 ⇒ HC≡CH, HC≡C-CH3 từ đú suy ra được: y = 0,16 mol
Viết nhanh phản ứng với Cu+ta được kết tủa của cỏc alkin với đồng như sau:
2Cu+ + HC≡CH ⇒ CuC≡CCu↓
Cu+ + HC≡C-CH3⇒ CuC≡C-CH3
⇒ m↓ = 148.0,1 + 103.0,16 = 31,28 gam ⇒ H% = ,
Trường hợp 2 Với cặp nghiệm C2H2 và C3H4⇒ từđú suy ra được: y = 0,12 mol
Khả năng 1: X, Y đều tỏc dụng được với Cu+⇒ Y có cấu tạo: HC ≡ C-CH2-CH3
⇒m↓ = 0,1*148 + 0,12*117 = 28,84 gam ⇒ H% = ,
, *100% = 47,43 < 70% (loại)
Khả năng 2: Y khụng tỏc dụng được với Cu+⇒ Y có cấu tạo: H3C-C≡C-CH3 ⇒ m↓ = 152*0,1 = 15,2 gam ⇒ H% = ,
, *100% = 90% (thỏa món)
⇒Vậy X là C2H2 và Y là C4H6 cú CTCT: H3C-C≡C-CH3
Cỏch 2 (Giải quyết bài toỏn bằng phương phỏp suy luận)
Dựa vào tớnh chất của hiệu suất: H = ượ ự ế
ượ ý ế*100%>70%
⇒mlý thuyết < , ∗100 = 19,54 gam ⇒ mY↓ < 19,54 -13,68 = 5,86g ⇒ điều này chỉ đỳng khi Y khụng tỏc dụng được với Cu+
⇒ cặp nghiệm phự hợp chỉ cú thể X là C2H2 và Y là C4H6 cú CTCT: H3C-C≡C-CH3
Bài 7 Đốt chỏy hoàn toàn hydrocarbon A mạch hởthu được số mol CO2 gấp 2 lần số
mol H2O. Mặt khỏc, nếu lấy 0,1 mol A tỏc dụng với dung dịch AgNO3/NH3 dư thu được 15,9gam kết tủa. Tỡm cụng thức của A.
Giải
Vỡ đốt chỏy A thu được số mol n =2n và A tỏc dụng được với AgNO3 nờn chắc chắn A cú nối ba đầu mạch. (Lưu ý ta khụng được khẳng định là Alkin).
Gọi cụng thức phõn tử tổng quỏt của A là CxHx (vỡ theo giả thiết n =2n ).
Dựa vào khối lướng sản phẩm tạo thành của A tỏc dụng với AgNO3, ta nhận thấy rằng A khụng thể chứa hai nối ba đầu mạch, bởi vỡ nếu cú hai nối ba đầu mạch thỡ lỳc đú
khối lượng của Ag cú trong sản phẩm là 2.108.0,1 = 21,6gam > 15,9 gam.
Phương trỡnh phản ứng với AgNO3/NH3:
CxHx + Ag+⇒ CxHx -1Ag ↓
⇒ 13x + 107 = ,
Bài 8 Hỗn hợp Z cú 0,15 mol CH4, 0,09 mol C2H2 và 0,2 mol H2. Cho hỗn hợp Z đi qua
bỡnh đựng một ớt bột Ni nung núng, được hỗn hợp Y, sau đú dẫn hỗn hợp Y qua bỡnh
đựng nước Brom dư, thấy bỡnh brom tăng lờn 0,82gam. Hỗn hợp khớ T thoỏt ra cú tỉ
khối hơi so với H2 là 8. Tớnh số mol mỗi chất trong T.
Giải
Phõn tớch: Dạng bài toỏn này đó trỡnh bày rất kĩ ở phần phương phỏp giải toỏn Alken. Cỏc bạn dành chỳt thời gian ụn lại bài cũ với 2 mục đớch:
+ Thứ nhất: Cũng cố lại kiến thức, nắm vững và sõu hơn
+ Thứ hai: Nhằm tạo cho cỏc bạn một thúi quen xem lại bài trước khi chuyển sang bài mới.
Hỗn hợp Z cú: mZ = 0,15*16 + 0,09*26 + 0,2*2 = 5,14 gam = mY
Khối lượng bỡnh brom tăng lờn chớnh là khối lượng của cỏc Hydrocarbon chưa no. ⇒ m(C2H2, C2H4) = 0,82 gam ⇒ mT = 5,14 – 0,82 = 4,32 gam.(CH4, C2H6, H2)
Lưu ý: Số mol của CH4trước và sau luụn khụng đổi và bằng 0,15 mol
⇒nT = ,
. = 0,27 mol ⇒ n + n = 0,27 – 0,15 = 0,12 mol (1)
Mặt khắc mT = m + m + 0,15*16 = 4,32 ⇒ m + m = 1,92g (2)
Giải (1), (2) ta được n = n = 0,06 mol
⇒ hỗn hợp Z gồm
0,06 mol H 0,06 mol C H
0,15 mol CH
Bài 9 Đốt chỏy hỗn hợp A gồm hai hydrocarbon mạch hở X, Y cựng dóy đồng đẳng, sản phẩm thu được, dẫn qua bỡnh đựng dung dịch 105mL Ba(OH)22M thu được 39,4 gam kết tủa và dung dịch B cú khối lượng nhỏ hơn khối lượng dung dịch Ba(OH)2 ban đầu là 27,38 gam. Dung dịch B đun núng thấy cú khối lượng kết tủa. Tỡm cụng thức của X, Y biết rằng nX = nA. Tỡm khối lượng X, Y trong A.
Phõn tớch : Đềbài đó núi rất rừ và ta cú thể khẳng định được ngay : CO2 tỏc dụng với dung dịch Ba(OH)2thu được hai muối. Để tỡm được dóy đồng đẳng của X, Y ta phải dựa vào sự so sỏnh của số mol CO2 và H2O. Mấu chốt bài toỏn là làm sao tỡm được mối liờn hệ này. Dựa vào sự tăng giảm khối lượng dung dịch B so với Ba(OH)2 ban
đầu, và khối lượng kết tủa tạo thành. Ởđõy bài toỏn khụng núi rừ X, Y là số Carbon của X hay Y lớn nờn chỳng ta phải xột từng trường hợp. Từ những phõn tớch trờn chỳng ta sẽ tiến hành giải quyết bài toỏn một cỏch nhanh chúng.
Sản phẩm đốt chỏy dẫn qua bỡnh đựng dung dịch Ba(OH)2 tạo ra hai muối :
Ba(OH)2 + CO2⇒ BaCO3↓ + H2O
x x x
Ba(OH)2 + 2CO2⇒ Ba(HCO3)2
y 2y y
Theo bài ra ta suy ra được x, y + = 0,21
= . = 0,2⇒ x = 0,2 mol, y = 0,01 mol
⇒ ∑n = x + 2y = 0,2 + 2*0,01 = 0,22 mol ( 1)
Lưu ý : Để mởđược điểm mấu chốt bài toỏn này, cỏc bạn nờn đọc lại phương phỏp
giải toỏn ởbài đầu tiờn. Sẽ rất cú ớch cỏc bạn rất nhiều.
Theo bài : mdd B + 27,38 = m ( ) ⇒ m + m – m ↓ + 27,38 = 0
⇒m + m = 12,02 gam (2) ( ),( )m = 2,34 gam ⇒n = 0,13 mol.
⇒n > n ⇒ X, Y thuộc dóy đồng đẳng của alkin, hoặc alkadien cú CTPT : CnH2n-2
⇒ nA = n - n = 0,22 – 0,13 = 0,09 mol ⇒ n = ,
, =
Vỡ CTPT của alkadien muốn tồn tại phải cú n≥ 4 ⇒ X, Y là dóy đồng đẳng của alkin.
Trường hợp 1: X là C2H2 với số mol là 0,04 mol (vỡ nX = nA) ⇒ nY = 0,05 mol
⇒ 0,04*2 + 0,05n = 0,22 ⇒ n = 2,8 (loại)
Vậy X là C3H4 và Y là C2H2 với khối lượng X, Y là :
m = 0,05∗26 = 1,3 gam
m = 0,04∗40 = 1,6 gam
Bài 10 Cho hỗn hợp khớ A (đktc) gồm hai hydrocarbon mạch thẳng X, Y. Lấy 322,56