NaOH dƣ cần thêm vào 100 ml dung dịch HCl 1M, đƣợc dung dịch D. Cô cạn cẩn thận D đƣợc 22,89 gam chất rắn khan. Mặt khác đốt cháy hoàn toàn A rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình đựng lƣợng dƣ dung dịch NaOH đặc, khối lƣợng bình tăng thêm 26,72 gam. Xác định công thức phân tử của các chất trong A.
Lời giải
Gọi công thức của 3 axit là CnH2n+1COOH, CmH2m-1COOH, Cm+1H2m+1COOH với số mol tương ứng là x, y, z.
Cách 1. Phương pháp thông thường Các phản ứng hóa học xảy ra:
CnH2n+1COOH + NaOH CnH2n+1COONa + H2O x x
CmH2m-1COOH + NaOH CmH2m-1COONa + H2O y y
Cm+1H2m+1COOH + NaOH Cm+1H2m+1COONa + H2O z z
CnH2n+1COOH +
2 1 3n
O2 (n+1) CO2 + (n + 1) H2O x (n+1)x (n + 1) x CmH2m-1COOH +
2
3mO2 (m+1) CO2 + m H2O y (m+1)x my
Cm+1H2m+1COOH +
2 3 3m
O2 (m+2) CO2 + (m + 1) H2O z (m+2)z (m + 1)z NaOH + HCl NaCl + H2O
0,1 0,1 0,1
Số mol NaOH dư là: 100.1/1000 = 0,1 mol
Số mol NaOH phản ứng với axit là : 0,15.2 – 0,1 = 0,2 mol Khối lượng muối hữu cơ là : 22,89 – 0,1.58,5 = 17,04 gam Theo bài ra ta có hệ
x + y + z = 0,2
(14n + 68)x + (14m + 66)y + (14m + 80)z = 17,04
[(n + 1)x + (m + 1)y + (m + 2)z].44 + [(n + 1)x + my + (m+1)z].18 = 26,72 Rút gọn lại ta có :
x + y + z = 0,2 (1) 14(nx + my + mz) + 2x + 14z = 3,84 (2) 62(nx + my + mz) + 18x + 62z = 17,92 (3)
x = 0,1; y + z = 0,1.
Đến nhiều học sinh tỏ ra bế tắc vì không giải được cụ thể m, n. Tuy nhiên, từ (2) ta có thể giới hạn được m, n.
(2) 14(0,1n + 0,1m) + 2.0,1 + 14z = 3,84
z = 0,26 – 0,1n – 0,1m vì z > 0 nên n + m < 2,6 mà m 2
n = 0, m = 2
Vậy công thức của 3 axit là : HCOOH, C2H3COOH, C3H5COOH.
Cách 2. Gọi công thức của axit no là CnH2n+1COOH : x mol Công thức chung của hai axit không no là C
mH
1
2m COOH : y mol CnH2n+1COOH + NaOH CnH2n+1COONa + H2O x x
CmH
1
2m COOH + NaOH C
mH
1
2m COONa + H2O CnH2n+1COOH +
2 1 3n
O2 (n+1) CO2 + (n + 1) H2O x (n+1)x (n + 1)x CmH
1
2m COOH +
2
3mO2 (m+1) CO2 + m H2O y (m+1)x my Ta có hệ:
x + y = 0,2
(14n + 68)x + (14m + 68)y = 17,04
44[(n + 1)x + (m + 1)y] + [(n + 1)x + my]18 = 26,72
x = 0,1
y = 0,1
n + m= 2,457
Vì m>2 , n nguyên n = 0, m = 2,457 m1= 2, m2 = 3.
Vậy công thức của 3 axit là : HCOOH, C2H3COOH, C3H5COOH.
Cách 3. Gọi công thưc chung của ba axit là CnH2n12kCOOH CnH
k n1 2
2 COOH + NaOH C
nH
k n12
2 COONa + H2O 0,2 0,2
Theo định luật tăng giảm khối lượng ta có:
Khối lượng axit là: 17,04 – 0,2.22 = 12,64 gam Phản ứng đốt cháy:
CnH2n12kCOOH + tO2 (n+1) CO2 + (n1k )H2O 0,2 0,2(n+1) 0,2(n1k ) Ta có hệ:
0,2(14n -2k + 46) = 12,64 n = 1,3 44.0,2. (n+1) + 18.0,2. (n1k) = 26,72 k = 0,5
n = 1,3 một trong 2 axit có n = 0 (HCOOH) hoặc n = 1(CH3COOH).
k = 0,5 mà k1 = 0, k2=k3 = 1 axit no có số mol là: 0,1 2
2 ,
0 mol Xét 2 trường hợp xảy ra:
Trường hợp 1: HCOOH: 0,1 mol
CmH2m1COOH: 0,1 mol m axit = 0,1.46 + 0,1(14m + 46) = 12,64
m= 2,457 m1= 2, m2 = 3.
Vậy công thức của 3 axit là : HCOOH, C2H3COOH, C3H5COOH.
Trường hợp 2: . CH3COOH: 0,1 mol CmH2m1COOH: 0,1 mol m axit = 0,1.60 + 0,1(14m + 46) = 12,64
m= 1,457 (loại vì m < 2)
Trong 3 cách, cách số 3 là nhanh nhất, nhưng không phải học sinh nào cũng làm được. Học sinh phải vận dụng linh hoạt 2 chiều nhận xét nếu
2
2
1 t
t t
thì số mol t1 = t2 và ngược lại.
III. BÀI TẬP ÁP DỤNG
Bài 1. Đốt cháy hoàn toàn 11 gam hỗn hợp A chứa axetilen, propilen và metan thu được 12,6 gam H2O. Mặt khác 5,6 lít hỗn hợp trên phản ứng vừa đủ với dung dịch chứa 40 gam brom. Xác định thành phần % về thể tích của hỗn hợp ban đầu biết thể tích các khí đo ở đktc.
Đáp ố : % C2H2 = 50; % CH4 = % C3H6 = 25%
Bài 2. Hỗn hợp X gồm C2H4, C3H4 và C3H8. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X thu được 14,4 gam nước. Mặt khác 0,3 mol hỗn hợp này tác dụng vừa đủ với 270 gam dd Br2 20%.
Tính thành phần phần trăm thể tích mỗi khí trong hỗn hợp.
Đáp ố : % C2H4 = % C3H4 = % C3H8 = 33,33%
Bài 3. Hỗn hợp X gồm C2H4, C3H4 và C3H8. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X thu được 35,2 gam CO2. Mặt khác 0,3 mol hỗn hợp này tác dụng vừa đủ với 270 gam dd Br2 20%.
Tính thành phần phần trăm thể tích mỗi khí trong hỗn hợp.
Đáp ố : % C2H4 = % C3H4 = % C3H8 = 33,33%
Bài 4. Hỗn hợp X gồm axetilen, etan và propen. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X thu được 79,2 gam nước. Mặt khác 0,5 mol hỗn hợp này tác dụng vừa đủ với 500 gam dd Br2 20%.
Tính thành phần phần trăm thể tích mỗi khí trong hỗn hợp.
Đáp ố : % C2H2 = 50; % C2H6 = % C3H6 = 25%
Bài 5. Đốt cháy hoàn m gam toàn hỗn hợp X gồm C2H4, C3H4 và C3H8, thu được 4,4 gam CO2 và 25,2 gam H2O. Tính m.
Đáp ố : m = 4 gam
Bài 6. Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X gồm C2H4, C3H4 và C3H8. Sản phẩm thu được hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ca(OH)2 dư thu được 20 gam kết tủa. Tính khối lượng của hỗn hợp X ban đầu.
Đáp ố : 3 gam
Bài 7. Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 27,8 gồm butan, metylxiclopropan, but-2-en, đivinyl. Khi đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol X thu được m gam CO2 và nước. Tính m.
Đáp số : 36,66 gam
Bài 8. Hỗn hợp A chứa 0,06 mol hỗn hợp CH3OH và một ancol cùng dãy đồng đẳng có khối lượng là 4,02 gam. Cho toàn bộ hỗn hợp trên tác dụng vừa đủ với 6 gam CH3COOH (có H2SO4 đặc làm xúc tác, giả sử hiệu suất của phản ứng đạt 100%). Tính khối lượng este thu được.
Đáp ố: 6,54 gam
Bài 9. Cho 0,1 mol axit đơn chức X phản ứng với 0,15 mol ancol đơn chức Y thu được 4,5 gam este A với hiệu suất của phản ứng este hóa là 75%. Xác định tên gọi của X và Y.
Đáp ố: X là axit focmic ; Y là ancol metylic.
Bài 10. Hỗn hợp A gồm một axit no đơn chức và hai axit không no đơn chức chứa một liên kết đôi, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng. Cho A tác dụng hoàn toàn với 150 ml dung dịch NaOH 2M. Để trung hòa vừa hết lượng NaOH dư cần thêm vào 100 ml dung dịch HCl 1M, được dung dịch D. Cô cạn cẩn thận D được 22,89 gam chất rắn khan. Mặt khác đốt cháy hoàn toàn A thu được 26,72 gam CO2 và H2O. Xác định công thức phân tử của các chất trong A.
Đáp ố : HCOOH, C2H3COOH, C3H5COOH.