Xem mẫu
- SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ TĨNH
TRƯỜNG THPT LÝ TỰ TRỌNG
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM:
"RÈN LUYỆN KỸ NĂNG GIẢI BÀI TẬP VỀ
PHẢN ỨNG CỘNG HIĐRO
VÀO HIĐROCACBON KHÔNG NO"
Họ và tên: Nguyễn Thị Hồng Hương
Tổ: Hóa học
1
- Năm học 2012 – 2013
A. PHẦN ĐẶT VẤN ĐỀ:
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
̣
Hiên nay vơi hinh th
́ ̀ ưc thi trăc nghiêm đoi hoi hoc sinh phai co kiên th
́ ́ ̣ ̀ ̉ ̣ ̉ ́ ́ ức sâu,
̣
rông thì mới hoan thanh bai kiêm tra trong môt th
̀ ̀ ̀ ̉ ̣ ơi gian ngăn. Do đo ngoai viêc giup
̀ ́ ́ ̀ ̣ ́
̣
hoc sinh lĩnh h ội kiên th
́ ưc, giao viên cân h
́ ́ ̀ ướng dẫn hoc sinh cách ti
̣ ếp cận cać
phương phap giai quyêt cac dang bai tâp môt cach nhanh chong, chinh xac.
́ ̉ ́ ́ ̣ ̀ ̣ ̣ ́ ́ ́ ́
Trong hệ thống kiến thức hóa học phổ thông thì hóa học hữu cơ là nội dung
kiến thức khó đối với hầu hết học sinh vì vậy việc giải các bài tập luôn là thách thức
đối với các em. Qua thực tế giảng dạy hóa học 11, tôi nhận thấy khi giải các bài tập
hữu cơ học sinh thường gặp những khó khăn vì mỗi bài toán thường có nhiều phản
ứng và chiều hướng của các phản ứng phụ thuộc vào các điều kiện khác nhau của bài
toán. Do đó học sinh thường giải rất dài dòng, nặng về mặt thuật toán, thậm chí không
giải được vì quá nhiều ẩn số. Vì vậy khi dạy phần kiến thức hiđrocacbon không no,
tôi đã hệ thống các bài tập về phản ứng cộng H2 vào liên kết pi và đưa ra phương pháp
giải chúng để rèn luyện kĩ năng giải bài tập, nâng cao tính sáng tạo và tạo hứng thú
học tập cho các em. Xuất phát từ thực tế đó, tôi nghiên cứu đề tài "Rèn luyện kỹ
năng giải bài tập về phản ứng cộng hiđro vào hiđrocacbon không no".
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
Học sinh THPT lớp 11, học sinh ôn thi đại học, cao đẳng.
III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:
Làm rõ tầm quan trọng của việc giải các bài tập hóa học trong việc dạy học Hóa
học.
Tìm ra phương pháp giải nhanh một số bài toán cộng H 2 vào liên kết pi của
hiđrocacbon không no và các bài toán liên quan.
2
- IV. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU:
Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến phản ứng cộng hiđro vào hiđrocacbon
không no (phản ứng hiđro hóa) và các phản ứng có liên quan.
Nghiên cứu cơ sở lý luận về các phản ứng hóa học của các loại hiđrocacbon.
Sắp xếp, phân dạng hệ thống câu hỏi, bài tập TNKQ về phản ứng cộng hiđro vào
hiđrocacbon không no và các phản ứng liên quan .
B. PHẦN GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ:
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
Trong phân tử của các hiđrocacbon không no có chứa liên kết đôi C = C (trong đó có
1 liên kết σ và một liên kết π ) hoặc liên kết ba C C (1 σ và 2 π ). Liên kết π là liên
kết kém bền vững nên khi tham gia phản ứng, chúng dễ bị đứt ra để tạo thành sản
phẩm chứa các liên kết σ bền vững hơn. Trong giới hạn của đề tài tôi chỉ đề cập đến
phản ứng cộng hiđro vào liên kết π của hiđrocacbon không no, mạch hở và dạng bài
tập chủ yếu là hỗn hợp hiđrocacbon không no và hiđro (hỗn hợp X) qua xúc tác Ni
nung nóng thu được hỗn hợp Y.
Khi có mặt chất xúc tác như Ni, Pt, ... ở nhiệt độ thích hợp, hiđrocacbon không no
cộng hiđro vào liên kết pi.
Ta có sơ đồ:
Cn H 2 n + 2
Cn H 2 n + 2 − 2 k 0
Hỗn hợp khí X gồm Ni ,t Hỗn hợp Y gồm Cn H 2 n + 2− 2 k dư
H2
H 2 du ,
Phương trình hoá học tổng quát:
CnH2n+22k + kH2 xuc tac
t0 CnH2n+2 (k là số liên kết π trong phân tử)
Tuỳ vào hiệu suất của phản ứng mà hỗn hợp Y có chứa hiđrocacbon không no dư
hoặc hiđro dư hoặc cả hai còn dư.
Dựa vào phương trình phản ứng tổng quát trên ta thấy:
1 liên kết pi phản ứng với 1 phân tử H2. Vậy 1 mol liên kết pi sẽ phản ứng với 1mol
phân tử H2.
Trong phản ứng cộng H2, số mol khí sau phản ứng luôn giảm (nX > nY) và số mol khí
giảm chính bằng số mol khí H2 phản ứng:
3
- nH 2 phản ứng = n X nY (1)
Thật vậy, đặt nC H = a mol; nH 2 ban đầu = b mol
n 2 n + 2− 2 k
xuc tac
CnH2n+22k + kH2 t0 CnH2n+2
Ban đầu: a b
Phản ứng: x kx x
Sau phản ứng: a x b kx x
nX = a + b; nY = a + b kx => n X nY = kx = nH phản ứng
2
=> Số mol hỗn hợp giảm bằng số mol H2 phản ứng.
Mặt khác, theo định luật bảo toàn khối lượng thì tổng khối lượng các chất trước
phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng. Tức khối lượng hỗn hợp X
bằng khối lượng hỗn hợp Y (mX = mY).
mY m
Ta có: MY = ; MX = X
nY nX
mX
M n m n n
d X/Y = X = X = X × Y = Y n Y )
M Y mY n X mY n X
nY
M X nY
Từ đó ta có : d X/Y = = (2)
MY nX
Theo bảo toàn nguyên tố: Hai hỗn hợp X và Y chứa cùng số mol C và H nên:
+ Khi đốt cháy hỗn hợp X hay hỗn hợp Y đều cho ta các kết quả sau:
nO2 (dùng để đốt cháy X) = nO2 (dùng để đốt cháy Y)
nCO2 (đốt cháy X) = nCO2 (đốt cháy Y) (3)
nH 2O (đốt cháy X) = nH 2O (đốt cháy Y)
Do đó khi làm toán, nếu gặp hỗn hợp sau khi đi qua Ni/to đem đốt cháy (hỗn hợp
Y) thì thay vì tính toán trên hỗn hợp Y (thường phức tạp hơn trên hỗn hợp X) ta có thể
dùng phản ứng đốt cháy hỗn hợp X để tính số mol các chất như: n O2 pư, n CO2 , n H 2O .
4
- + Số mol hiđrocacbon trong X bằng số mol hiđrocacbon trong Y:
nhiđrocacbon(X) = nhiđrocacbon(Y) (4)
1) Xét trường hợp hiđrocacbon trong X là anken
Ta có sơ đồ:
CnH2n+2
CnH2n
Hçn hî p khÝX gåm xóc t¸ c, t0 CnH2n d
Hçn hî p Y gåm
H2
H2 d
Phương trình hoá học của phản ứng:
xuc tac
CnH2n + H2 t0 CnH2n+2
Đặt n Cn H 2n = a; n H2 = b
Nếu phản ứng cộng H2 hoàn toàn thì:
+ TH1: Hết anken, dư H2
n H2 pu = n Cn H 2n = n Cn H 2n +2 = a mol 
�� n Y = n Cn H 2n +2 + n H2 du = b
n H2 du = b a
Vậy: n H2 (X) = n Y (5)
+ TH2: Hết H2, dư anken
n H2 = n Cn H 2n pu = n Cn H 2n +2 = bmol 
�� n Y = n Cn H 2n +2 + n Cn H2n du = a
n Cn H 2n du = a b
Vậy: nanken (X) = n(Y) (6)
+ TH3: Cả 2 đều hết
n H2 = n Cn H 2n = n Cn H 2n +2 = a = bmol � n Y = n Cn H 2n +2 = a = b
Vậy: n H2 (X) = nanken (X) = n Y (7)
Nếu phản ứng cộng H2 không hoàn toàn thì còn lại cả hai:
xuc tac
CnH2n + H2 t0 CnH2n+2
Ban đầu: a b
Phản ứng: x x x
5
- Sau phản ứng: (ax) (bx) x
nX = a + b
nY = a – x + b – x + x = a + b – x = nX – x x = nX – nY .
Kết luận: Dù phản ứng xảy ra trong trường hợp nào đi nữa thì ta luôn có:
n H2 phản ứng = nanken phản ứng = nankan = nX – nY (8)
Hoặc : VH2 phản ứng = Vanken phản ứng = VX – VY
Do đó khi bài toán cho số mol hỗn hợp trước phản ứng là n X và số mol sau phản
ứng là nY thì ta sử dụng kết quả này để tính số mol anken phản ứng.
Nếu 2 anken có số mol a, b cộng hiđro với cùng hiệu suất h, ta có thể thay thế hỗn
hợp hai anken bằng công thức tương đương:
Ni
Cn H 2n + H 2 t0
Cn H 2n+2 .
Ví i: nanken ph¶n øng = n H
2 ph¶n øng (a+b).h
Lưu ý: Không thể dùng phương pháp này nếu 2 anken cộng H2 không cùng hiệu suất.
2) Xét trường hợp hiđrocacbon trong X là ankin
Phương trình phản ứng:
xt
CnH2n2 + H2 t0 CnH2n
xt
CnH2n2 + 2H2 t0 CnH2n+2
Nếu phản ứng không hoàn toàn, hỗn hợp thu được gồm 4 chất: anken, ankan, ankin dư
và hiđro dư.
Ta có sơ đồ :
�Cn H 2n + 2 �
� �
�Cn H 2n −2 � �Cn H 2n �
Hỗn hợp khí X gồm � � xt ,t 0
Hỗn hợp Y gồm � �
�H 2 �Cn H 2n −2 du �
�
�H 2 du �
Đặt nankin ban đầu = a, nH 2 = b và nanken = x, nankan = y thì nankin phản ứng = x + y;
nH 2 phản ứng = x + 2y => nankin dư = a (x + y); nH 2 dư = b (x + 2y)
nX = a + b; nY = nanken + nankan + nankin dư + nH 2 dư = (a + b) (x + 2y) = nX (x + 2y)
Lưu ý: Trong trường hợp này, nH 2 phản ứng = x + 2y = n X nY nankin phản ứng.
6
- Đồng thời với việc dựa vào điểm đặc biệt của phản ứng trên, khi giải dạng này
ta thường kết hợp thêm phương pháp tự chọn lượng chất để bài toán trở nên đơn giản
hơn khi tính toán nếu bài toán không cho lượng của các chất hoặc cho ở dưới dạng giá
trị tổng quát.
II. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN ÁP DỤNG:
Dạng 1: Bài tập về phản ứng hiđro hóa:
Sơ đồ bài toán có dạng:
C n H 2 n + 2− 2 k Ni,t o
ˆ
Cn H 2 n + 2− 2 k dﾭ, hidrocacbon khong no
X Y
H 2 Cn H 2 n + 2 , H 2 d ﾭ
Cách giải: Gồm các bước:
Nếu bài toán cho giá trị ở dưới dạng tổng quát như a (gam), V (lít), n (mol) hoặc cho
tỉ lệ thể tích hay tỉ lệ số mol hoặc tưởng như cho thiếu dữ kiện thì khi giải ta có thể
tự chọn lượng chất và ta thường chọn 1 mol chất hoặc 1 mol hỗn hợp các chất phản
ứng. Kết qủa giải bài toán không phụ thuộc vào lượng chất đã cho.
Áp dụng các công thức: + mX = mY
+ nH 2 phản ứng = số mol hỗn hợp giảm = nX nY.
M X nY
+ d X/Y = =
MY nX
+ Vhiđrocacbon (Y) = Vhiđrocacbon (X) hoặc nhiđrocacbon (X) = nhiđrocacbon (Y).
Nếu hiđrocacbon không no trong X là anken thì tùy vào từng bài toán mà có thể áp dụng
các công thức (5), (6), (7), (8).
Tính theo phương trình phản ứng nếu cần.
Ví dụ 1: Trộn hiđrocacbon A với H2 có dư thu được hỗn hợp X có tỉ khối so với H 2
bằng 4,8. Cho X đi qua Ni nung nóng đến phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp Y có
tỉ khối so với H2 bằng 8. Công thức phân tử của hiđrocacbon A là
A. C3H6. B. C3H4. C. C4H6. D. C2H4.
Hướng dẫn giải:
M X = 4,8.2 = 9,6; M Y = 8.2 = 16
7
- Vì phản ứng xảy ra hoàn toàn mà hiđro dư nên hiđrocacbon phản ứng hết.
Tự chọn lượng chất, ta chọn 1 mol hỗn hợp X (nX = 1 mol) mX = mY = 9,6 (g)
9, 6 nY
Từ công thức (2) ta có = => nY = 0,6 mol
16 1
nH 2 phản ứng = n X nY = 1 0,6 = 0,4 mol
Phương trình phản ứng:
xuc tac
CnH2n+22k + kH2 t0 CnH2n+2
0, 4 0, 4
0,4
k k
0, 4
mhidrocacbon = mX mH 2
= 9,6 2(1
k
)
0, 4 mhidrocacbon
nhidrocacbon = k
=> Mhidrocacbon =
nhidrocacbon
= 19k + 2 = 14n +2 2k
n 3
=> 14n = 21k => = => Hiđrocacbon là C3H4. Đáp án: B.
k 2
Ví dụ 2 (tương tự ví dụ 1): Trộn hỗn hợp gồm 1 hiđrocacbon khí A và H2 (dư) thu
được hỗn hợp X có tỉ khối so với H 2 bằng 6,1818. Cho X qua Ni đun nóng đến khi
phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 bằng 13,6. Xác
định công thức phân tử của hiđrocacbon A? (Đáp án: C3H4).
Ví dụ 3: Hỗn hợp khí X chứa H2 và hai anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng. Tỉ
khối của X đối với H2 là 8,3. Đun nóng X có mặt xúc tác Ni thu được hỗn hợp Y không
83
làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là . Công thức phân tử của hai
6
anken và phần trăm thể tích của H2 trong X là
A. C2H4 và C3H6; 60% B. C3H6 và C4H8; 40%
C. C2H4 và C3H6; 40% D. C3H6 và C4H8; 60%
Hướng dẫn giải:
83 83
M X = 8,3.2 = 16,6; .2 =
M Y =
6 3
Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có anken
Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol) mX = 16,6 (g)
8
- 16,6 n Y 16,6.3
= n Y = n H2 (X) = = 0,6(mol)
Dựa vào công thức (2) ta có: 83 1 83
3
n2 anken = 1 0,6=0,4 mol
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X:
Ta có: m2 anken = mX m H2 = 16,6 – 0,6.2 = 15,4 (g).
15, 4
Suy ra M 2anken = = 38, 5 14 n = 38,5 2
- 34 34
M X = 3,4.2 = 6,8; .2 =
M Y =
6 3
Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có hiđrocacbon không
no.Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol) mX = 6,8 (g)
6,8 n Y 6,8.3
= nY = = 0,6 (mol)
Dựa vào công thức ta có: 34 1 34 ;
3
n phản ứng = 1 0,6 = 0,4 mol
H2
xt
CnH2n2 + 2H2 t0 CnH2n+2
1 1
Theo phương trình phản ứng: nankin (X) = n H 2 phản ứng = x 0,4 = 0,2
2 2
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: (14n 2) × 0,2 + 2 × (1 0,2) = 6,8 .
n = 2. CTPT: C2H2. Chọn đáp án: A.
Ví dụ 6: Hỗn hợp khí X chứa H2 và một hiđrocacbon A mạch hở. Tỉ khối của X đối
với H2 là 4,6. Đun nóng X có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp Y không làm
mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 11,5. Công thức phân tử của
hiđrocacbon là
A. C2H2 B. C3H4 C. C3H6 D. C2H4
Hướng dẫn giải:
M X = 4,6.2 = 9,2; M Y = 11,5.2 = 23
Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có hiđrocacbon không
no.
Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol) mX = 9,2 (g) .
9,2 n Y 9,2
Dựa vào (2) ta có: = nY = = 0,4mol ;
23 1 23
Dựa vào (1) nH 2 phản ứng = 1 0,4 = 0,6 mol.
Vậy A không thể là anken vì nanken = n hiđro pư = 0,6 mol (vô lý vì nX = 1 mol) loại C, D.
Ta thấy phương án A, B đều có CTPT dạng CnH2n2.
Với công thức này thì
10
- 1 1
nA (X) = n H 2 phản ứng = x 0,6 = 0,3 mol n H 2(A) = 1 0,3 = 0,7 mol
2 2
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: (14n 2) × 0,3 + 2 × 0,7 = 9,2 .
=> n = 2. CTPT: C2H2. Chọn đáp án: B
Ví dụ 7: (Đề TSCĐ năm 2009) Hỗn hợp khí X gồm H2 và C2H4 có tỉ khối so với He là
3,75. Dẫn X qua Ni nung nóng, thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He là 5. Hiệu
suất của phản ứng hiđro hoá là
A. 25% B. 20% C. 50% D. 40%
Hướng dẫn giải:
M X = 3,75.4 = 15; M Y = 5.4 = 20
Tự chọn lượng chất, chọn nX = 1 mol
15 n Y 15
Dựa vào (2) ta có: = nY = = 0,75mol ;
20 1 20
nH 2 phản ứng = nanken phản ứng = n X nY = 1 0,75 = 0,25 mol
Áp dụng sơ đồ đường chéo :
a mol C2H4 (28) 152=13
a 13
a=b=0,5 mol
M=15 b 13
b mol H2 (2) 2815=13
0,25
H= ×100% = 50% . Đáp án: C.
0,5
Ví dụ 8: Trong một bình kín dung tích không đổi ở điều kiện tiêu chuẩn chứa etilen và
H2 có bột Ni xúc tác. Đun nóng bình một thời gian sau đó đưa bình về nhiệt độ ban
đầu. Cho biết tỉ khối hơi của hỗn hợp đầu và hỗn hợp sau phản ứng so với H 2 lần
lượt là 7,5 và 9. Phần trăm thể tích của khí C2H6 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là
A. 40% B. 20% C. 60% D. 50%
Hướng dẫn giải:
M X = 7,5.2 = 15; M Y = 9.2 = 18
Tự chọn lượng chất, ta chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (n X = 1 mol) mX = mY = 15
(g)
11
- 15 n Y 15 5
Từ công thức (2) ta có: = n Y = n H2 (X) = = (mol)
18 1 18 6
5 1
n C2H6 = 1 −
= (mol)
6 6
%VC2H6 = (1/6 : 5/6) .100% = 20%. Chọn đáp án B.
Ví dụ 9: Hỗn hợp X gồm 3 khí C3H4, C2H2 và H2 cho vào bình kín dung tích 8,96 lít ở
điều kiện tiêu chuẩn, chứa một ít bột Ni. Nung nóng bình một thời gian thu được hỗn
hợp khí Y. Biết tỉ khối của X so với Y là 0,75. Số mol H2 tham gia phản ứng là
A. 0,75 mol B. 0,30 mol C. 0,10 mol D. 0,60 mol
Hướng dẫn giải:
8,96
nX = = 0,4 (mol)
22,4
MX n Y nY
Dựa vào (2) ta có: d X/Y = = = = 0,75 n Y = 0,3 (mol)
M Y n X 0,4
=> nH 2 phản ứng = 0,4 0,3 = 0,1 mol. Đáp án: C
Ví dụ 10: Cho 4,48 lit hôn h
́ ̃ ợp khi X gôm CH
́ ̀ 4, C2H2, C2H4, C3H6, C3H8 và V lit khí H
́ 2
qua xuc tác Ni nung nóng đ
́ ến phan
̉ ứng hoàn toàn. Sau phan
̉ ưng ta thu đ
́ ược 5,2 lít hỗn
hợp khi Y. Cac thê tích khí đo
́ ́ ̉ ở cùng điêu kiên. Th
̀ ̣ ể tích khí H2 trong Y là
A. 0,72 lit
́ B. 4,48 lit
́ C. 9,68 lit
́ D. 5,20 lit́
Hướng dẫn giải:
Ta có : Vhiđrocacbon (Y) = Vhiđrocacbon (X) = 4,48 lít
Thể tích H2 trong Y là: 5,2 4,48 = 0,72 lít. Chọn đáp án: A.
Dạng 2: Bài tập kết hợp phản ứng hiđro hóa với các phản ứng khác (phản ứng
cộng brom, phản ứng cháy, ...)
* Trường hợp kết hợp phản ứng hiđro hóa với phản ứng cộng brom:
Sơ đồ dạng bài toán tổng quát thứ nhất:
12
- a mol Cn H 2 n + 2− 2 k Ni,t o
ˆ
Cn H 2 n + 2−2 k dﾭ, hidrocacbon khong no Br2 ,d ﾭ
X Y
b mol H 2 Cn H 2 n + 2 , H 2 d ﾭ
ˆ
Z : H 2 dﾭ, Cn H 2 n + 2 (V lit , d) khong pu ,
brom
(k là số liên kết π )
mbinh = m Cn H2 n+2−2 k d ﾭ+ m hidrocacbon khoˆ ng no
Biết a, b trong X, biết VZ, dZ. Hỏi khối lượng bình dung dịch brom tăng bao nhiêu gam?
Cách giải:
Áp dụng phương pháp bảo toàn khối lượng: mX = mY = mtăng + mZ. Từ đó suy ra
mtăng = mX mZ
Sơ đồ dạng bài toán tổng quát thứ hai:
a mol Cn H 2 n + 2− 2 k Ni,t o
ˆ
Cn H 2 n + 2−2 k dﾭ, hidrocacbon khong no Br2 ,d ﾭ
X Y
b mol H 2 Cn H 2 n + 2 , H 2 d ﾭ
Tính lượng brom tham gia phản ứng?
Cách giải:
Tính số mol liên kết π trong hiđrocacbon không no ban đầu.
Tính số mol liên kết π phản ứng dựa vào số mol H2 phản ứng (theo công thức
nH 2 phản ứng = nX nY và 1 mol liên kết π phản ứng với 1 mol H2).
Tính số mol liên kết π dư sẽ phản ứng với Br 2 (1 mol liên kết π phản ứng 1 mol
Br2).
Ví dụ 1: (Đề TSĐH khối A – 2008) Đun nóng hỗn hợp khí gồm 0,06 mol C2H2 và 0,04
mol H2 với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y. Dẫn toàn bộ hỗn
hợp Y lội từ từ qua bình đựng dung dịch brom (dư) thì còn lại 0,448 lít hỗn hợp khí Z
(ở đktc) có tỉ khối so với O2 là 0,5. Khối lượng bình dung dịch brom tăng là
A. 1,04 gam. B. 1,64 gam. C. 1,20 gam. D. 1,32 gam.
Hướng dẫn giải:
* Cách thông thường: Viết phương trình phản ứng và tính theo phương trình phản
ứng:
C2H2 + H2 xt ,t 0
C2H4 (1)
0,01 0,01 0,01
C2H2 + 2H2 C2H6 (2)
0
xt ,t
13
- 0,01 0,02 0,01
Z gồm H2 dư và C2H6 có thể tích 0,448 lít (đktc) có d/O2 = 0,5.
0,448
M Z = 0,5× 32 = 16; n Z = = 0,02 (mol) .
22,4
Từ đó tính được: nH 2 dư = 0,01 mol; nC2 H 6 = 0,01 mol
Từ (2) tính được nH 2 phản ứng = 0,02 => nH 2 phản ứng ở (1) = 0,04 (0,02 + 0,01) =
0,01
nC2 H 2 dư = 0,06 (0,01 + 0,01) = 0,04 mol
Khối lượng bình đựng dung dịch brom tăng chính là khối lượng của 2 hi đrocacbon
không no trong Y (C2H4 và C2H2 dư)
mtăng = mC2 H 4 + mC2 H 2 dư = 0,01. 28 + 0,04.26 = 1,32 gam. Đáp án: D.
* Cách giải nhanh: Ta có sơ đồ:
Z : H 2 dﾭ , C 2 H 6
0, 06 mol C2 H 2 Ni,t o
C2 H 4 , C2 H 2 dﾭ Br2 ,d ﾭ
X Y (0, 448 lit, d Z/ O = 0,5)
0, 04 mol H 2 C 2 H 6 , H 2 d ﾭ 2
m = m C2 H 2d ﾭ+m C2H4
Khối lượng bình đựng dung dịch brom tăng m gam chính là khối lượng của 2
hiđrocacbon không no trong Y (C2H4 và C2H2 dư)
Theo định luật bảo toàn khối lượng: mX = mY = mtăng + mZ
0,448
M Z = 0,5× 32 = 16; n Z = = 0,02 (mol)
22,4
m Z = 0,02 ×16 = 0,32 (gam)
Ta có: 0,06.26 + 0,04.2 = mtăng + 0,32 mtăng = 1,64 – 0,32= 1,32 gam. Đáp án: D.
Ví dụ 2: (tương tự ví dụ 1) (Đề TSĐH khối A – 2010) Đun nóng hỗn hợp khí X gồm
0,02 mol C2H2 và 0,03 mol H2 trong một bình kín (xúc tác Ni), thu được hỗn hợp khí Y.
Cho Y lội từ từ vào bình nước brom (dư), sau khi kết thúc các phản ứng, khối lượng
bình tăng m gam và có 280 ml hỗn hợp khí Z (đktc) thoát ra. Tỉ khối của Z so với H 2 là
10,08.
Giá trị của m là
14
- A. 0,205 B. 0,585 C. 0,328 D. 0,620
Đáp án: C.
Ví dụ 3: (Đề TSCĐ năm 2009) Hỗn hợp khí X gồm 0,3 mol H 2 và 0,1 mol
vinylaxetilen. Nung X một thời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối
so với không khí là 1. Nếu cho toàn bộ Y sục từ từ vào dung dịch brom (dư) thì có m
gam brom tham gia phản ứng. Giá trị của m là
A. 32,0 B. 8,0 C. 3,2 D. 16,0
Hướng dẫn giải:
Vinylaxetilen có CTCT: CH 2 = CH C CH . Một phân tử vinylaxetilen có 3 liên kết π
. 1 mol vinylaxetilen có 3 mol liên kết π => 0,1 mol vinylaxetilen có 0,3 mol liên kết π
nX = 0,3 + 0,1 = 0,4 mol; mX = 0,3.2 + 0,1.52 = 5,8 gam mY = 5,8 gam
5,8
M Y =29 nY = = 0,2 mol .
29
Dựa vào (1) nH 2 phản ứng = nX nY = 0,4 0,2 = 0,2 mol.
1 mol liên kết π phản ứng với 1 mol H2
0,2 mol H2 phản ứng 0,2 mol liên kết π , còn lại 0,3 – 0,2 = 0,1 mol liên kết π sẽ phản
ứng với 0,1 mol Br2. m Br2 = 0,1×160 = 16 gam . Chọn đáp án D.
Ví dụ 4: (tương tự ví dụ 3) (Đề TSĐH khối B năm 2012) Hỗn hợp X gồm 0,15 mol
vinylaxetilen và 0,6 mol H2. Nung nóng hỗn hợp X (xúc tác Ni) một thời gian, thu được
hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 bằng 10. Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau
khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng là
A. 0 gam. B. 24 gam. C. 8 gam. D. 16 gam.
Giải tương tự ví dụ 3 ta được đáp án: B.
Nếu bài này giải theo cách thông thường là viết phương trình phản ứng thì phải
viết nhiều phương trình phản ứng nên việc giải rất phức tạp, tính toán khó khăn do
bài ra không cho hiệu suất phản ứng (hoàn toàn hay không hoàn toàn).
Vì vậy nếu biết được điểm đặc biệt của phản ứng thì việc giải bài toán sẽ trở
nên đơn giản hơn rất nhiều.
* Trường hợp kết hợp phản ứng hiđro hóa với phản ứng cháy:
15
- Sơ đồ:
C n H 2 n + 2− 2 k Ni,t o
ˆ
Cn H 2 n + 2− 2 k dﾭ, hidrocacbon khong no
X Y
H 2 Cn H 2 n + 2 , H 2 d ﾭ
Cách giải dạng bài này là áp dụng bảo toàn nguyên tố: Bảo toàn nguyên tố C và H
+ Đốt cháy Y cũng như đốt cháy X
nO2 dùng đốt cháy X = nO2 dùng đốt cháy Y
nCO2 sinh ra do X cháy = nCO2 sinh ra do Y cháy
nH 2O sinh ra do X cháy = nH 2O sinh ra do Y cháy
+ nhidrocacbon trong X = nhidrocacbon trong Y
Ví dụ 1: (Đề TSĐH khối A năm 2011) Hỗn hợp X gồm C2H2 và H2 có cùng số mol.
Lấy một lượng hỗn hợp X cho qua chất xúc tác nung nóng, thu được hỗn hợp Y gồm
C2H4, C2H6, C2H2 và H2. Sục Y vào dung dịch brom (dư) thì khối lượng bình brom tăng
10,8 gam và thoát ra 4,48 lít hỗn hợp khí (đktc) có tỉ khối so với H 2 là 8. Thể tích O2
(đktc) cần để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y là
A. 22,4 lít. B. 26,88 lít. C. 44,8 lít. D. 33,6 lít.
Hướng dẫn giải:
Ta có sơ đồ:
Z : H 2 dﾭ , C 2 H 6
a mol C2 H 2 Ni,t o
C2 H 4 , C2 H 2 dﾭ Br2 ,d ﾭ
X Y (4, 48 lit, d Z/ H 2 = 8)
a mol H 2 C2 H 6 , H 2 d ﾭ
m C2 H2d ﾭ+m C2 H4 = 10,8 g
nC2 H 2 = nH 2 = a
mX = mY = 10,8 + 0,2.16 = 14 gam
14
→ 28a = 14 → a = = 0,5
28
Áp dụng bảo toàn nguyên tố C và H => Đốt cháy Y cũng như đốt cháy X
5
C2H2 + O2 t0
2CO2 + H2O
2
2H2 + O2 t0
2H2O
16
- 5 1
=> nO2 = .0,5 + . 0,5 = 1,5 mol => VO2 = 1,5.22,4 = 33,6 lít. Đáp án: D.
2 2
Ví dụ 2: Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,06 mol C2H2, 0,05 mol C3H6 và 0,07 mol H2
với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y gồm C2H6, C2H4, C3H8, C2H2
dư, C3H6 dư và H2 dư. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y rồi cho sản phẩm hấp thụ hết
vào dung dịch nước vôi trong dư. Khối lượng bình dung dịch tăng thêm là
A. 5,04 gam. B. 11,88 gam. C. 16,92 gam. D. 6,84 gam.
Hướng dẫn giải:
Bảo toàn nguyên tố C và H => Đốt cháy Y cũng như đốt cháy X
C2H2 + 2,5O2 2CO2 + H2O
0,06 mol 0,12 0,06
C3H6 + 4,5O2 3CO2 + 3H2O
0,05 0,15 0,15
2H2 + O2 2H2O
0,07 0,07
Σn CO2 = 0,12 + 0,15 = 0,27 mol; Σn H2O = 0,06 + 0,15 + 0,07 = 0,28mol
Khối lượng bình tăng bằng khối lượng CO2 và khối lượng H2O
Δm = 0,27× 44 + 0,28×18 = 16,92 gam . Chọn đáp án: C.
Ví dụ 3: Cho 9,52 lít hỗn hợp khí A (đktc) gồm H2 và hai anken kế tiếp nhau trong dãy
đồng đẳng đi qua bột Ni, nung nóng hoàn toàn thu được hỗn hợp khí B, giả sử tốc độ
của hai anken phản ứng là như nhau. Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp B thu
được 43,56 gam CO2 và 20,43 gam H2O. Công thức phân tử của hai anken là
A. C2H4 và C3H6 B. C4H8 và C5H10
C. C5H10 và C6H12 D. C3H6 và C4H8
Hướng dẫn giải:
nA = 9,52 : 22,4 = 0,425 (mol); n CO2 = 43,56 : 44 = 0,99 (mol)
n H2O = 20,43 : 18 = 1,135 (mol)
17
- Vì hàm lượng của C, H trong A và B là như nhau nên để đơn giản khi tính toán thay vì
đốt B bằng đốt A.
Đặt công thức chung cho 2 anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng là Cn H 2 n
3n
Cn H 2n + O2 nCO 2 + nH 2O
2
x n x n x
2H2 + O2 → 2H2O
y y
Suy ra y = n H 2O n CO2 = 1,135 – 0,99 = 0,145 (mol)
x = nA n H2 = 0,425 – 0,145 = 0,28 (mol)
n = 0,99 : 0,28 = 3,53
3
- Suy ra nY = x + y = n H 2O n CO2 = 0,3 – 0,2 = 0,1 (mol) = > số mol khí trước phản
ứng là 0,3 mol. Ta có x + kx + y =0,3 => kx = 0,2
Mặt khác số mol CO2 sinh ra do Y cháy cũng bằng số mol CO 2 do hiđrocacbon X cháy
nCO2 0, 2
nên n = = . Từ đó suy ra: n = k. Chọn đáp án: A.
x x
Ví dụ 5: (Kết hợp 2 dạng trên) Một hỗn hợp A gồm 0,12 mol C 2H2 và 0,18 mol H2.
Cho A qua Ni nung nóng, phản ứng không hoàn toàn và thu được hỗn hợp B. Cho B
qua bình dung dịch Br2 dư, thu được hỗn hợp khí X thoát ra. Đốt cháy hoàn toàn X rồi
cho toàn bộ sản phẩm cháy vào bình chứa dung dịch Ca(OH)2 dư, thu được 12 gam kết
tủa và khối lượng bình tăng lên 8,88 gam. Tính độ tăng khối lượng của bình dung dịch
Br2?
Hướng dẫn giải:
Ta có sơ đồ:
0,12 mol C 2 H 2 Ni,t o
C2 H 4 , C2 H 2 dﾭ Br2 ,d ﾭ
X { H 2 dﾭ , C2 H 6
A B
0,18 mol H 2 C2 H 6 , H 2 d ﾭ m = mC2 H 4 + mC2 H 2 dﾭ
12
nCO2 = n CaCO 3
=
100
= 0,12 mol; bảo toàn khối lượng mA = mB
8,88 − 0,12.44
mCO2 + mH 2O = m bình dd Ca(OH) 2 tăng = 8,88 gam => nH 2O = = 0, 2mol
18
mX = mC + mH = 0,12.12 + 0,2.2 = 1,84 gam.
mbình dd brom tăng = mB mX = mA mX = 0,12.26 + 0,18.2 1,84 = 1,64 gam.
19
- III. MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP DỤNG TƯƠNG TỰ:
Bài 1: Hỗn hợp X gồm một anken A và H2 có khối lượng mol phân tử trung bình 10,67
đi qua Ni nung nóng thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H 2 bằng 8. Biết A phản ứng
hết. Công thức phân tử của A là
A. C3H6 B. C5H10 C. C4H8 D. C2H4
Bài 2: (Đề thi thử ĐH, CĐ 2011 của THPT Chuyên Hà Tĩnh)Hỗn hợp X gồm một
hiđrocacbon A và H2 có tỉ khối so với H 2 là 4,8. Đun nóng X (có xúc tác Ni) đến khi
phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 là 8. Hiđrocacbon A là
A. C4H8. B. C3H6. C. C3H4. D. C2H2.
Bài 3: Một hỗn hợp X gồm một hiđrocacbon mạch hở A có 2 liên kết π trong phân tử
và H2 có tỉ khối so với H2 bằng 4,8. Nung nóng X với xúc tác Ni để phản ứng xảy ra
hoàn toàn thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 bằng 8. Công thức và thành phần %
theo thể tích của A trong X là
A. C3H4, 80%. B. C3H4, 20%. C. C2H2, 20%. D. C2H2, 80%.
Bài 4: Một hỗn hợp X gồm một ankin và H2 có thể tích bằng 8,96 lít (đktc) và có khối
lượng bằng 4,6 gam. Cho hỗn hợp X qua Ni nung nóng, phản ứng hoàn toàn cho hỗn
hợp khí Y có tỉ khối so với hỗn hợp X bằng 2. Số mol H 2 phản ứng, khối lượng và
công thức phân tử của ankin là
A. 0,2 mol H2; 4g C3H4 B. 0,16 mol H2; 3,6g C2H2
C. 0,2 mol H2; 4g C2H2 D. 0,3 mol H2; 2g C3H4
Bài 5: Hỗn hợp khí X chứa H2 và một anken. Tỉ khối của X đối với H 2 là 9. Đun nóng
X có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp Y không làm mất màu nước brom và có
tỉ khối đối với H2 là 15. Công thức phân tử của anken là
A. C2H4 B. C3H6 C. C4H8 D. C4H6
Bài 6: (Bài 6.10 trang 43 sách bài tập Hoá 11)
Hỗn hợp khí A chứa H2 và một anken. Tỉ khối của A đối với H2 là 6,0. Đun nóng nhẹ
A có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp B không làm mất màu nước brom và có
tỉ khối đối với H2 là 8,0. Xác định công thức phân tử và phần trăm thể tích từng chất
trong hỗn hợp A và hỗn hợp B.
20
nguon tai.lieu . vn
