Phương pháp giải bài tập Hóa học Lớp 11 - Phần 6

76 Thay (1) vào (3) : Þ a- b = 0 hay a= b (2) Þ a = b = 0,15 (mol) (1) Þ n + m = 5 15,0 75,0 = Xét tỉ lệ phân tử lượng giữa A và B ta có hai trường hợp : · MA : MB = 22 : 13 Þ 2 35 5.14 35 )(14 13 214 22 214 == + = - = + nmmn n = 3 (A : C3H8) và n =2 (B : C2H2) · MB : MA = 22 : 13 Þ 2 35 5.14 35 )(14 22 214 13 214 == + = - = + nmmn Þ n = 1,7 và m = 3,28 (loại) Vậy hai hydrocacbon đó là : î í ì 0,15:HC:B 0,15:HC:A 22 83 (mol) Tính khối lượng các chất trong hỗn hợp : mC3H8 = 0,15.44 = 6,6 (g) mC2H2 = 0,15.26 = 3,9 (g) b) Xác định tên và tính khối lượng sản phẩm : nBr2 = 0,5.0,2 = 0,1(mol) · Dung dịch Br2 bị mất màu hòan toàn chứng tỏ 0,1 mol Br2 trong dd đã phản ứng hết. · Số mol khí thoát ra khỏi dd Br2 là 5,04/22,4 = 0,225 (mol) trong đó có 0,15 mol C3H8. Þ nC2H2 pứ = 0,225 – 0,15 = 0,075 (mol) · Hai phản ứng có thể xảy ra : C2H2 + Br2 ® C2H2Br2 (lỏng) a ® a ® a (mol) C2H2 + 2Br2 ® C2H2Br4 (lỏng) b ® 2b ® b (mol) Ta có hệ phương trình : î í ì =+ =+ 0,075ba 0,12ba Þ î í ì = = 0,025b 0,05a Þ ïî ï í ì == == 8,65g0,025.346m 9,3g0,05.186m 422 222 BrHC BrHC Tên 2 sản phẩm : C2H2Br2 : 1,2- Dibrometen; C2H2Br4 : 1,1,2,2-Tetrabrometan. Bài 9 : Một hỗn hợp gồm một số hydrocacbon liên tiếp trong dãy đồng đẳng có khối lượng phân tử trung bình ( M ) = 64. 77 ở 100oC thì hỗn hợp này ở thể khí, làm lạnh đến nhiệt độ phòng thì một số chất bị ngưng tụ. các chất khí có khối lượng phân tử trung bình (= 54). Các chất lỏng có (=74). Tổng khối lương các chất trong hỗn hợp đầu là 252. Biết khối lượng phân tử chất nặng nhất gấp đôi chất nhẹ nhất. Tìm CTPT các chất và % thể tích các chất trong hỗn hợp. GIẢI : Ở bài này, áp dụng tính chất đồng đẳng trong toán học để giải Gọi a1, a2, , an là khối lượng phân tử của các hydrocacbon trên. * Áp dụng tính chất toán học : Các hydrocacbon liên tiếp thuộc cùng một dãy đồng đẳng sẽ tạo nên một cấp số cộng có công sai d = 14 an = a1 + (n-1)d S = n* 2 aa n1 + Với an = 2a1 Þ 2a1 = a1 + (n-1).14 Þ a1 = 14(n-1) Þ S = 1,5na1 = 252 Hay 15,5.14n(n-1) = 252 Þ 21n12 - 21n1 - 252 = 0 n = 4(nhận) hay n = -3 (loại) a1 = 14(4-1) = 42 đặt hydrocacbon đầu là A1 : CxHy M1 = 12x + y = 42 mà : y chẵn y £ 2x +2 x 1 2 3 ³ 4 y 30 18 6 < 0 Vậy A là C3H6, là hydrocacbon đầu tiên trong cấp số cộng trên. Các đồng đẳng kế tiếp của nó là C4H8, C5H10, C6H12 (M = 84) Tính % thể tích các chất trong hỗn hợp : Gọi a, b, c, d (mol) lần lượt là số mol các hydrocacbon tương ứng : C3H6, C4H8, C5H10, C6H12 . Ta có : 64 dcba 84d70c56b42aM = +++ +++ = (1) 54 ba 56b42aM ' = + + =khi Þ b = 6a (2) 74 dc 84d70cM l = + + = Þ c = 2,5d(3) Thay (2), (3) vào (1) : 78 64 d2,5d6aa 84d70.2,5d56.6a42aM = +++ +++ = Þ 64 d5,37a 259d378a = + + Þ d = 2a (4) Þ c= 2,5.2a = 5a (3’) nhh = a + b + c + d = a + 6a + 5a + 2a = 14a Ở cùng điều kiện, tỉ lệ về số mol bằng tỉ lệ về thể tích %C3H6 = %14,7%100*14a a = %C4H8 = %85,42%100*14a 6a = %C5H10 = %71,35%100*14a 5a = %C6H12 = %28,14%100*14a 2a = II.3 – BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HỖN HỢP CÁC HIDROCACBON ĐÃ BIẾT CTPT v II.3.1 MỘT SỐ LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TOÁN HỖN HỢP : - Khai thác tính chất hóa học khác nhau của từng loại hydrocacbon, viết các phương trình phản ứng. - Đặt a, b, c, lần lượt là thể tích (hoặc số mol) khí trong hỗn hợp. - Lập các phương trình đại số : bao nhiêu dữ kiện là bấy nhiêu phương trình. - Các thí nghiệm thường gặp trong toán hỗn hợp : + Đốt cháy hỗn hợp trong O2 : thường dùng lượng dư O2 (hoặc đủ) để phản ứng xảy ra hoàn toàn, nếu thiếu oxi bài toán sẽ trở nên phức tạp vì sản phẩm có thể là C, CO, CO2, H2O, hoặc sản phẩm chỉ gồm CO2, H2O đồng thời dư hydrocacbon. + Phản ứng cộng với H2 : cho hỗn hợp gồm hydrocacbon chưa no và H2 qua Ni, toC (hoặc Pd,to) sẽ có phản ứng cộng. - Độ giảm thể tích hỗn hợp bằng thể tích H2 tham gia phản ứng. Ta luôn có : - Số mol hỗn hợp trước phản ứng lớn hơn số mol hỗn hợp sau phản ứng. hhn T> hhn S - Khối lượng hỗn hợp trước và sau phản ứng bằng nhau (ĐLBTKL). mhh T = mhhS 79 Þ TM < SM Þ dT < dS + Phản ứng với dd brôm và thuốc tím dư, độ tăng khối lượng của dd chính là khối lượng của hydrocacbon chưa no. CnH2n+2-2k + kBr2 ® CnH2n+2-2kBr2k + Phản ứng đặc trưng của ankin-1 : 2R(C º CH)n + nAg2O ® 2R(C º CAg)n ¯ + nH2O Khi làm toán hỗn hợp do số mol các chất luôn thay đổi qua mỗi thí nghiệm do đó khi qua thí nghiệm mới ta nên liệt kê số mol của hỗn hợp sau và trước mỗi thí nghiệm. Lưu ý : trong công thức tính PV = nRT thì V là Vbình. Ví dụ : Một bình kín có dung tích 17,92 lít đựng hỗn hợp gồm khí hidro và axetilen (ở OoC và 1 atm) và một ít bột Ni xúc tác. Nung nóng bình một thời gian sau đó làm lạnh đến 0oC. a) Nếu cho ½ lượng khí trong bình qua dd AgNO3/NH3 sẽ sinh ra 1,2 gam kết tủa vàng nhạt. Tìm số gam axetilen còn lại trong bình. b) Cho ½ lượng khí còn lại qua dd Brom thấy khối lượng dung dịch tăng lên 0,41 gam. Tính số gam etilen tạo thành trong bình. c) Tính thể tích etan sinh ra và thể tích H2 còn lại sau phản ứng. Biết tỉ khối hỗn hợp đầu (H2 + C2H2 trước phản ứng) so với H2 = 4. Bột Ni có thể tích không đáng kể. GIẢI a) Tính lượng axetilen còn dư : v Phần 1 : Sản phẩm cháy tạo kết tủa vàng nhạt với ddAgNO3/NH3 chứng tỏ hỗn hợp còn axetilen dư Các ptpứ : C2H2 + Ag2O ¾¾¾¾ ®¾ 33/NHddAgNO C2Ag2 ¯ + H2O nC2Ag2 = 005,0240 2,1 = (mol) Lượng axetilen còn lại trong bình : nC2H2 dư = 2nC2H2 pứ = 2nC2Ag2 = 2.0,005 = 0,01 (mol) b) Tính số gam etilen tạo thành trong bình : v Phần 2 : Các ptpứ : C2H4 + Br2 ® C2H4Br2 b ® b ® b (mol) C2H2 + 2Br2 ® C2H2Br4 0,005 ® 2.0,005 (mol) Áp dụng ĐLBT khối lượng : mbình tăng = mC2H4 + mC2H2 Þ mC2H4 = mbình tăng – mC2H2 = 2(0,41- 0,005.26) = 0,56 (g) 80 nC2H4 = 02,028 56,0 = (mol) c) Thể tích etan sinh ra và thể tích H2 còn lại : v Phần 3 : nhh = 8,04,22 92,17 = (mol) Gọi x (mol) là số mol H2 trong 0,8 mol hỗn hợp ban đầu. M hh = 4.2 = 8 M hh = 88,0 )8,0(26.2 = -+ xx Þ x = 0,6 (mol) nC2H2 bđ = 0,2 (mol) Các ptpứ : C2H2 + H2 ¾¾ ®¾ C otNi, C2H4 0,02 ¬ 0,02 (mol) C2H2 + 2H2 ¾¾ ®¾ C otNi, C2H6 y ® 2y ® y (mol) Gọi y là số mol etan tạo thành. nC2H2 pứ tạo etan = y = 0,2 – (0,01 + 0,02) = 0,17 (mol) Þ nEtan = 0,17 (mol) nH2 còn lại = 0,6 – (0,02 + 2.0,17) = 0,24 mol Ghi chú : ta nên đặt các ẩn số ngay từ đầu và phải cùng đơn vị. Qua mỗi thí nghiệm sẽ giúp ta tìm một ẩn số. Lưu ý lượng hỗn hợp mang phản ứng trong mỗi thí nghiệm có thể khác nhau nhưng tỉ lệ thành phần các chất trong hỗn hợp không đổi. II.3.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HỖN HỢP CÁC HYDROCAC ĐÃ BIẾT CTPT Bài 1 : Đốt cháy hoàn toàn 100cm3 hỗn hợp A gồm : C2H6, C2H4, C2H2 và H2 thì thu được 90cm3 CO2. Nung nóng 100cm3 A có sự hiện diện của Pd thì thu được 80cm3 hỗn hợp khí B. Nếu cho B tiếp tục qua Ni, to thì thu được chất duy nhất. Tìm % các chất trong hỗn hợp. GIẢI : Đặt 100cm3 hh A gồm : C2H6 : a C2H4 : b 81 C2H2 : c H2 : d (cm3) Þ a + b + c + d = 100 (cm3) v TN1 : Các ptpứ : C2H6 + 7/2O2 ® 2CO2 + 3H2O a ® 2a (mol) C2H4 + 3O2 ® 2CO2 + 2H2O b ® 2b (mol) C2H2 + 5/2O2 ® 2CO2 + H2O c ® 2c (mol) H2 + 1/2O2 ® H2O d ® d (mol) Lưu ý : H2 cũng cháy trong Oxi, sản phẩm là H2O. VCO2 = 2(a + b + c) = 90 (cm3) Þ a + b + c = 45 (cm3) Þ d = 100 – 45 = 55(cm3) (1) v TN2 : xúc tác Pd,toC thì một liên kết p bị đứt, sản phẩm cộng là anken. C2H2 + H2 ¾¾ ®¾ CtPd, o C2H4 c ® c (cm3) Thể tích hỗn hợp giảm : Vkhí giảm = 2c – c = c = 100 – 80 = 20 (cm3) (2) Hỗn hợp khí B gồm : C2H6 : a C2H4 : b + c (cm3) H2 : d – c = 55 – 20 = 35 v TN3 : C2H4 + H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C2H6 b + c b + c (cm3) Vì chỉ thu được một khí duy nhất Þ C2H4 và H2 đều hết. Þ b + c = 35 Þb = 35 – c = 35 – 20 = 15 (cm3) a = 100 – (b + c + d) = 100 – (15 + 20 + 55) = 10 (cm3) % thể tích các chất trong hỗn hợp : %VC2H6 = %100.100 10%100. 100 = a =10% %VC2H4 = %100.100 15%100. 100 = b = 15% 82 %VC2H2 = %100.100 20%100. 100 = c = 20% %VH2 = %100.100 55%100. 100 = d = 55% Bài 2 : Cho 11 gam hỗn hợp gồm 6,72 lít hydrocacbon mạch hở A và 2,24 lít một ankin. Đốt cháy hỗn hợp này thì tiêu thụ 25,76 lít Oxi. Các thể tích đo ở đktc. a) Xác định loại hydrocacbon. b) Cho 5,5 gam hỗn hợp trên cùng 1,5 gam hidro vào một bình kín chứa sẵn một ít bột Ni (ở đktc) đun nóng bình để phản ứng xảy ra hoàn toàn rồi đưa về OoC. Tính thành phần % hỗn hợp cuối cùng và áp suất trong bình. GIẢI : Dựa vào ptpứ cháy, đặt số mol các chất và giải hệ phương trình để tìm các giá trị x, n. a) Xác định loại hydrocacbon : Số mol các chất : nA = 3,04,22 72,6 = (mol) nankin = 1,04,22 24,2 = (mol) nO2 = 15,14,22 76,25 = (mol) Gọi 11g hỗn hợp î í ì - 1,0:: 3,0:: 22nn yx HCAnkin HCA (mol) Các ptpứ : OH 2 yxCOO 4 yxHC 22 t 2yx 0 +¾®¾÷ ø ö ç è æ ++ 0,3® 0,3(x + y/4) (mol) O1)H(nnCOO 2 1-3nHC 2222-2nn -+¾®+ 0,1 ® 0,1(3n-1)/2 (mol) nO2 = 0,3(x + 4 y ) + 0,1( 2 1-3n ) = 1,15 mhh = (12x + y)0,3 + (14n - 2)0,1 = 11 Û 36x + 3y + 14n = 112 (1) 4x + y + 2n = 16 (2) (1) – 7.(2) Þ y = 2x Thay y = 2x vào (1), (2) : 83 36x + 6x +14n = 112 4x + 2x + 2n = 16 Û 3x + n = 8 Þ x < 66,2 3 8 = Þ x = 2 C2H4 n = 2 Û C2H2 b) Tính thành phần % hỗn hợp cuối cùng và áp suất trong bình : nH2 = 1,5/2 = 0,75 (mol) Hỗn hợp mới gồm C2H4 : 0,015 mol C2H2 : 0,05 mol H2 : 0,75 mol Các ptpứ : C2H4 + H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C2H6 0,15 ® 0,15 ® 0,15 C2H2 + 2H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C2H6 0,05 ® 0,1 ® 0,05 Sản phẩm thu được gồm : C2H6 : 0,2 mol H2 dư : 0,5 mol Tỉ lệ %thể tích chính là tỉ lệ % số mol : %VC2H6 = %6,28%100.5,02,0 2,0 = + %VH2 = %4,71%100.5,02,0 5,0 = + · Tính áp suất : PVbình = nRT Trước phản ứng n1 = nC2H4 + nC2H2 + nH2 = 0,15 + 0,05 + 0,75 = 0,95 (mol) Sau phản ứng n2 = nC2H6 + nH2dư = 0,7 (mol) Ở cùng điều kiện Vbình, T = const 1 2 1 2 n n P P = Þ P2 = 73,095,0 7,0 n n 1 2 @= (atm) (P1 = 1atm ) Bài 3 : Một hỗn hợp khí A gồm C2H2 và H2 có tỉ khối hơi so với không khí bằng 0,4. Đun nóng A với xúc tác Ni một thời gian thu được hỗn hợp khí B, tỉ khối của B so với không khí bằng 7 4 . Nếu cho toàn bộ lượng B qua dung dịch KMnO4 dư thì còn lại khí D thoát ra ngoài, tỉ khối của D so với H2 bằng 4,5. Các thể tích đo ở đktc. a) Tính thành phần % thể tích của hỗn hợp A. b) Tính tỉ số thể tích của A so với thể tích B. Giải thích sự thay đổi thể tích đó. c) Tính thành phần % thể tích của hỗn hợp khí D 84 d) Biết VB = 3,136 lít, hỏi nếu hấp thu hết lượng B này trong dd Brom dư thì khối lượng các sản phẩm thu được là bao nhiêu? Tóm tắt : hh A C2H2 H2 Ni,toC hh B dd KMnO4 dö khí D thoaùt ra dA/KK=0,4 dB/kk= 4/7 dD/KK= 4,5 hh B dd Br2 dö3,136 lít m sp? GIẢI : a. % thể tích của hỗn hợp A : Trong A, đặt C2H2 : a (mol) H2 : b (mol) Ahh M = 0,4.29 = 11,6 Þ ba 2b 26a + + = 11,6 Þ b = 1,5a %C2H2 = %100.ba a + = %100. 1,5aa a + = 40% %H2 = 100% - 40% = 60% b. Tỉ lệ thể tích của A so với B : Phản ứng có thể xảy ra : C2H2 + H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C2H4 C2H2 + 2H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C2H6 Phản ứng cộng H2 làm giảm số mol khí nhưng không làm thay đổi khối lượng khí Þ nB < nA Þ VB < VA. Ta có : mA = mB Þ Ahh M .nA = Bhh M .nB Þ B A n n = hhA hhB M M Với Bhh M = 29. 7 116 7 4 = (gam/mol) và Ahh M = 11,6 Þ 7 10 6,11 7 116 n n B A == Vì tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol khí nên VA : VB = 10 : 7 c. % thể tích hỗn hợp khí D : Hỗn hợp B gồm C2H4, C2H6, C2H2 dư và H2 dư khi cho qua dung dịch KMnO4 thì C2H4 và C2H2 dư bị oxi hóa và giữ lại trong dung dịch : C2H4 + [O] + H2O ® C2H4(OH)2 C2H2 + 4[O] ® HOOC–COOH 85 Hỗn hợp khí D thoát ra gồm C2H6 và H2 dư. Trong hỗn hợp D gọi C2H6 : x(mol) và H2 dư : y (mol). Ta có Dhh M = 4,5.2 = 9 Þ yx 2y 30x + + = 9 Þ y = 3x Þ %C2H6 = yx x + .100% = %100. 3xx x + = 25% %H2 = 100% - 25% = 75% d. Khối lượng các sản phẩm : C2H2 + H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C2H4 u u u (mol) C2H2 + 2H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C2H6 x 2x x (mol) Gọi u (mol) là số mol C2H4 thu được Þ B gồm : C2H4 : u (mol) C2H6 : x (mol) C2H2 dư : a – (u + x) (mol) H2 dư : 3x (mol) · nB = =4,22 136,3 0,14 (mol) Þ u + x + a – (u + x) + 3x = 0,14 Þ a + 3x = 0,14 (1) · nH2 ban đầu = 1,5a(mol) Þ u + 2x +3x = 1,5 Þ1,5a = u + 5x (2) · B A n n = Þ 7 10 7 10 0,14 2,5a = Þ a = 0,8 (mol) Từ (1) Þ x = 0,02 (mol) Từ (2) Þ u = 0,02 (mol) Trong B chỉ có C2H4 : 0,02 (mol) và C2H2 : 0,04 (mol) cho phản ứng cộng với dung dịch Br2 : C2H4 + Br2 ® C2H4Br2 0,02 ® 0,02 (mol) C2H2 + 2Br2 ® C2H2Br4 0,04 ® 0,04 (mol) Þ mC2H4Br2 = 0,02.188 = 3,76 (gam) mC2H2Br4 = 0,04.346 = 13,84 (gam) Bài 4 : Một bình kín 2 lít ở 27,3oC chứa 0,03 mol C2H2 ; 0,015 mol C2H4 và 0,04 mol H2 có áp suất P1. Tính P1 - Nếu trong bình đã có một ít bột Ni làm xúc tác (thể tích không đáng kể) nung bình đến nhiệt độ cao để phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau đó đưa về nhiệt độ ban đầu được hỗn hợp khí A có áp suất P2. - Cho hỗn hợp A tác dụng với lượng dư dd AgNO3/NH3 thu được 3,6 gam kết tủa. Tính P2. Tính số mol mỗi chất trong A.. 86 GIẢI : · Tính áp suất P1 : Tổng số mol các chất trước phản ứng : n1 = nC2H2 + nC2H4 + nH2 = 0,03 + 0,015 + 0,04 = 0,085 (mol) Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng : 05,1 2 3,300.082,0.085,011 1 ===Þ= V RTnPnRTPV atm · Tính áp suất P2 và số mol các chất : Các ptpứ : C2H2 + H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C2H4 a ® a ® a (mol) C2H4 + H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C2H6 b ® b ® b (mol) Vì số mol H2 = 0,04 < nC2H2 + nC2H4 = 0,045 (mol) nên phản ứng hết H2 Đặt a, b là số mol H2 tham gia hai phản ứng trên Þ a + b = 0,04 (1)(mol) C2H2 còn dư sau phản ứng trên tác dụng với lượng dư dd AgNO3/NH3 : HC º CH + Ag2O ¾¾¾¾ ®¾ 33/NHddAgNO C2Ag2 ¯ + H2O 0,015 ¬ 0,015 (mol) nC2Ag2 = 015,0240 6,3 = (mol) Þ nC2H2 dư = 0,015 mol Þ nC2H2 phản ứng = a = 0,03 – 0,015 = 0,015 (mol) b = 0,04 – a = 0,04 – 0,015 = 0,025 (mol) å nC2H4 = nC2H4 bđ + a = 0,015 + 0,015 = 0,03 (mol) nC2H4 d ư = 0,03 – b = 0,03 – 0,025 = 0,005 (mol) Áp suất P2 : å n2 = nC2H2 dư + nC2H4 dư + nC2H6 = 0,015 + 0,005 + 0,025 = 0,045 (mol) 554,0 2 3,300.082,0.045,02 2 === V RTnP (atm) Bài 5 : Cho a gam CaC2 chứa b% tạp chất trơ tác dụng với nước thì thu được V lít C2H2 (đktc) 1) Lập biểu thức tính b theo a và V 2) Nếu cho V lít trên vào bình kín có than hoạt tính nung nóng làm xúc tác,to trong bình toC áp suất P1. Sau phản ứng thu được hỗn hợp khí, trong đó sản phẩm phản ứng chiếm 60%V, nhiệt độ không đổi, áp suất P2 Tính hiệu suất của phản ứng. 3) Giả sử dung tích bình không đổi, thể tích chất rắn không đáng kể. Hãy