Chuyên đề: Toán hidrocacbon

CHUYÊN ĐỀ: TOÁN HIĐROCACBON

Công thức phân tử tổng quát và công thức phân tử của chất tương đương với hỗn hợp.

1/ Phản ứng cộng:

Hiđrocacbon có nối , Xiclopropan, xiclobutan mới có phản ứng cộng.

Cộng H₂: với chất xúc tác là Ni hoặc Pt nung nóng.

Hệ quả:

Độ giảm số mol của hỗn hợp luôn luôn bằng số mol H₂ tham gia phản ứng.

Tổng số mol hiđrocacbon sản phẩm và số mol hiđrocacbon nguyên liệu (dư) luôn luôn bằng số mol hiđrocacbon nguyên liệu ban đầu.

2/ Phản ứng cộng Br₂:

3/ Phản ứng cháy:

*) Chú ý:

- Hỗn hợp hiđrocacbon ở thể khí thì:

- Chỉ có những Ankyn – 1 (có nối 3 ở đầu mạch) mới có phản ứng thế AgNO₃/NH₄OH.

- Ngoại trừ CH CH, các ankyn còn lại khi bị hyđrat hoá cho sản phẩm chính là xêtôn.

- Nếu hiđrôcacbon bị hyđrat hoá mà tạo ra rượu đơn chức no thì hiđrocacbon này chính là anken (hay olefin)

Bài tập áp dụng:

Bài 1:

1. Hỗn hợp A gồm mêtan, axêtylen theo tỷ lệ thể tích là 1:1

a/ Tinh chế CH₄ từ hỗn hợp

b/ Tinh chế C₂H₂ từ hỗn hợp

2. Hỗn hợp A gồm axêtylen và hidro có tỷ khối so với hidro bằng 4.

a/ Tính % về thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp A,

b/ Đốt nóng hỗn hợp trong bình kín có ít bột Ni làm xúc tác thu được hỗn hợp khí B.

- Cho 1/2 khối lượng B đi qua dung dịch AgNO₃ trong NH₃ thấy tạo thành 0,12g kết tủa màu vàng. Tính khối lượng của C₂H₂ trong hỗn hợp B.

- Cho 1/2 lượng khí B qua dung dịch nước Brôm thấy bình nặng thêm 0,041(g). Tính khối lượng của êtylen có trong hỗn hợp B.

Hướng dẫn:

a/ Cho hỗn hợp đi qua nước Br₂ dư:

C₂H₂ + 2Br₂ --> C₂H₂Br₄

Tinh chế được CH₄

b/ Cho hỗn hợp đi qua dung dịch Ag₂O (NH₂)

C₂H₂ + Ag₂O ---> C₂Ag₂ + H₂O

- Lọc lấy kết tủa hoàn tan bằng HNO₃

C₂Ag₂ + HNO₃---> AgNO₃ + C₂H₂

a. Gọi một số mol của C₂H₂ là x -> nH₂ = 1 - x

-> x = 0, 25

Ta có: C₂H₂ chiếm 25%; và H₂Chiếm 75%

b. Đốt nóng hỗn hợp

C₂H₂ + H₂ ----> C₂H₄

C₂H₂ + 3H₂ ---> C₂H₆

Hỗn hợp khí B; C₂H₂; C₂H₄; C₂H₆

Cho 1/2B đi qua dung dịch Ag₂O (NH₃)

C₂H₂ + Ag₂O ----> C₂Ag₂ + H₂O

nC₂H₂ = nC₂Ag₂ = 0,0005 (mol)

Khối lượng C₂H₂ có trong hỗn hợp B: 0,0005.2. 26 = 0,026(g)

- Cho 1/2 B đi qua dung dịch Br₂

Các phản ứng:

C₂H₄ + Br₂---> C₂H₄ Br₂

C₂h₂ + 2Br₂---> C₂H₂ Br₄

- Khối lượng của C₂H₄ trong hỗn hợp B là: 0,056 (g)

Bài 2: Các hiđrocacbon A, B, C đều ở trạng thái khí ở điều kiện thường, xác định công thức của chúng bằng kết quả của từng thí nghiệm sau:

a, 1,4g chất A làm mất màu vừa đủ một dung dịch chứa 8g brôm.

b, Một thể tích V của B cháy cần 2,5V khí ôxi.

c, Tổng thể tích C và thể tích ô xi vừa đủ bằng tổng thể tích của khí CO₂ và hơi nước tạo thành, thể tích hơi nước đúng bằng thể tích CO₂.

a, theo TN ta có : M_A = 28 (g)

Xét các trường hợp :- hiđrocacbon C_nH_2n+2 và C_nH_2n-2 không có trường hợp nào có M = 28g

- hiđrocacbon C_nH_2n : chỉ có C₂H₄ là thoả mãn M=28g vậy A là C₂H₄ (1đ)

b, Gọi công thức B là C_xH_y và đặt V_B = V₀

Bài 3: Hỗn hợp A gồm các khí mêtan, êtylen và axêtylen.

a. Dẫn 2,8 lít hỗn hợp A ở đktc qua bình đựng dung dịch nước Brôm thấy bình bị nhạt màu đi một phần và có 20g brôm phản ứng.

b. Mặt khác đốt cháy hoàn toàn 5,6 lit A đktc rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy qua bình đựng 175,2 gam dung dịch NaOH 20% sau thí nghiệm thu được dung dịch chứa 1,57% NaOH.

Tính % theo thể tích của mỗi khí có trong hỗn hợp A.

Hướng dẫn:

Gọi x, y, z lần lượt là các số mol của CH₄ , C₂H₄ và C₂H₂ có trong 2,8 lít hỗn hợp:

n_hh = 0, 125 mol

Khi cho 2,8 lít hỗn hợp đi qua bình đựng nướcBrôm chỉ có C₂H₄ và C₂H₂ phản ứng

Phương trình phản ứng:

C₂H₄ + Br₂ -> C₂H₄Br₂

C₂H₂ + 2 Br₂ -> C₂H₂Br

Ta có: nBr₂ = y + 2z = 0, 125

Đốt cháy 5,6 lít hỗn hợp

CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2h₂O

2x 2x

C₂H₄ + 3O₂-> 2CO₂ + 2H₂O

2y 4y

2C₂H₂ + O₂ -> 4 CO₂ + 2 H₂O

2z 4z

Ta có: n CO₂ = 2x + 4y + 4z = 0,375 + y

n NaOH = 0,876 mol

CO₂ + 2NaOH -> Na₂CO₃ + H₂O

1mol 2mol

n NaOH phản ứng = 2n CO₂ = 0,75 + 2y

n NaOH dư = 0, 876 - 0,75 - 2y = 0,126 - 2y

Giải hệ ta được: y = 0,025

x = z = 0, 05

% CH₄ = 40%

% C₂H₄ = 20%

% C₂H₂ = 40%

Bài 4: Hỗn hợp A gồm CH₄, C₂H₂ và một hiđrocacbon X có công thức

C_nH_{2n +2}. Cho 0,896 lít hỗn hợp A đi qua dung dịch Brom dư để phản ứng xảy rảy ra hoàn toàn, thấy thoát ra 0,448 lít hỗn hợp hai khí .

Biết rằng tỷ lệ số mol CH₄ và C_nH_{2n+ 2} trong hỗn hợp là 1:1, khi đốt cháy 0,896 lit A thu được 3,08gam CO₂ (ở ĐKTC).

a- Xác định công thức phân tử của Hiđrocacbon X

b- Tính thành phần % theo thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp A.

Hướng dẫn:

a- Khi cho hỗn hợp A qua dung dịch brom dư, có phản ứng:

C₂H₂ + 2Br₂ ---> C₂H₂Br₄

Vì phản ứng xảy ra hoàn toàn và có hai khí thoát ra khỏi dung dịch brom, nên hai khí đó là CH₄ và C_nH_{2n+ 2}

Theo đề bài, VC₂H₂ tham gia phản ứng là: 0,896 - 0,448 = 0,448 (lít)

Vậy số mol C₂H₂ là: 0,448 = 0,02 (mol)

22,4

Gọi số mol của CH₄ là x. Theo bài => số mol của C_nH_{2n + 2} cũng là x.

Vậy ta có: x + x = 0,448 = 0,02 => x = 0,01.

22,4

Phương trình hoá học của phản ứng đốt cháy hỗn hợp:

2C₂H₂ + 5O₂ ---> 4CO₂ + 2H₂O

0,02 mol 0,04 mol

CH₄ + 2O₂ ---> CO₂ + 2H₂O

0,01 mol 0,01mol

2C_nH_{2n + 2} + (3n + 1) O₂ ---> 2nCO₂ + 2 (n +1)H₂O

0,01 mol 0,01n mol

Vậy ta có: n_CO2 = 0,04 + 0,01 +0,01n = 3,08 => n = 2

Vậy công thức phân tử của hiđrocacbon X là C₂H₆

b- Tính % thể tích các khí:

% VC₂H₂ = 0,448: 0,896 x 100% = 50%

% VCH₄ = % VC₂H₆ = (100% - 50%) : 2 = 25%

Bài 5: Người ta đốt cháy một hidrôcacbon no bằng O₂ dư rồi dẫn sản phẩm cháy đi lần lượt qua H₂SO₄ đặc rồi đến 350ml dung dịch NaOH 2M thu được dung dịch A. Khi thêm BaCl₂ dư vào dung dịch A thấy tác ra 39,4gam kết tủa BaCO₃ còn lượng H₂SO₄ tăng thêm 10,8gam. Hỏi hiđrô các bon trên là chất nào ?

Hướng dẫn:

- Sản phẩm cháy khi đốt Hiđrô cac bon bằng khí O₂ là Co₂; H₂O; O₂ dư. Khi dẫn sản phẩm cháy đi qua H₂SO₄ đặc thì toàn bộ H₂O bị giữ lại (do H₂SO₄đặc hút nước mạnh), do vậy lượng H₂SO₄ tăng 10,8gam, chính bằng lượng nước tạo thành khí còn lại là CO₂, O₂ dư tiếp tục qua dung dịch NaOH, xảy ra phản ứng giữa CO₂ và NaOH

Co₂ + 2NaOH ® Na₂CO₃ + H₂O (1)

CO₂ + NaOH ® NaHCO₃ (2)

Tuỳ thuộc vào số mol của CO₂ và NaOH mà có thể tạo ra muối trung hoà Na₂CO₃ lẫn muối axit NaHCO₃)

NaOH dư, sản phẩm của phản ứng giữa CO₂ và NaOH chỉ là muối trung hoà. Dung dịch A gồm Na₂CO₃ + H₂O

* Trường hợp 1:

Khi phản ứng với dung dịch BaCl₂, toàn bộ muối gốc cacbonat bị chuyển thành kết tủa BaCO₃.

Na₂CO₃ + BaCl₂ ® BaCO₃ + 2NaCl (3)

* Trường hợp 2:

- Như vậy NaOH không dư. Nghĩa là NaOH phản ứng hết. Đồng thời tạo ra cả muối axít và muối trung hoà (cả phản ứng (1) và (2) đều xảy ra, lượng CO₂ phản ứng hoàn toàn, lượng CO₂ bị giữ lại hoàn toàn)

- Theo phương trình (1) n_NaOHban đầu = 0,35 . 2 = 0.7 (mol)

Lượng NaOH còn lại: 0,7 - 0,4 = 0,3 (mol). Tham gia phản ứng (2)

Gọi CTHH hiđrô các bon no là C_nH_2n+2(n ³ 1)

Phản ứng cháy;

Vậy hiđrô các bon cần tìm có công thức hoá học C₅H₁₂

Bài 6: Cho biết X chứa 2 hoặc 3 nguyên tố trong số các nguyên tố C; H; O.

1/ Trộn 2,688lít CH₄ (đktc) với 5,376lít khí X (đktc) thu được hỗn hợp khí Y có khối lượng 9,12g. Tính khối lượng phân tử X.

2/ Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợpY. Cho sản phẩm cháy hấp thụ hết vào dung dịch chứa 0,48 mol Ba(OH)₂ thấy tạo ra 70,92g kết tủa. Xác định CTPT và viết CTCT của X.

Hướng dẫn: