Phương pháp giải bài tập Hóa học Lớp 11 - Phần 7

87 a) Lập biểu thức tính áp suất P2 theo P1 và hiệu suất h. b) Tính khoảng giá trị của P2 theo P1 GI ẢI : 1) Lập biểu thức tính b theo a và V : · Cách 1 : CaC2 + 2H2O ® Ca(OH)2 + C2H2 22,4 V 22,4 V (mol) Gọi V là thể tích C2H2 sinh ra. nC2H2 = 22,4 V mCaC2 = 64. 22,4 V mtạp chất = (a- 22,4 64V ) b% = %100. 7a 20V-a7%100. a 22,4 64V-a = · Cách 2 : CaC2 + 2H2O ® Ca(OH)2 + C2H2 64(g) 22,4(lít) a – 0,01b(g) V(lít) b(%) Ta lập được tỉ l ệ : baV 224,04,2264 V 22,4 0,01b-a 64 -=Þ= Þb = 7 207 0,224 64V-22,4a Va - = Þ b%= %100. 7a 20V-a7 2) Tính hiệu suất phản ứng : Xét phản ứng : 3C2H2 ¾¾¾¾¾ ®¾ C,600hoat tinh C o C6H6 x ® x/3 (lít) Gọi x là thể tích C2H2 đã tham gia phản ứng trên Tổng số mol các chất sau phản ứng : ïî ï í ì - 3 : : 66 22 xHC xVHC (lít) å n = V – x + x/3 = V – 2/3x (l) VC6H6 = 60%Vhh 88 Cách 1 : Tính theo chất tham gia : Û VxxVx 11 9) 3 2(6,0 3 =Þ-= Hiệu suất phản ứng h = %81,81%100. 11 9%100.11 9 %100. === V V V x Cách 2 : Tính hiệu suất phản ứng theo sản phẩm : xxVx 9 11V) 3 2(6,0 3 =Þ-= Theo phản ứng : 3C2H2 ¾¾¾¾¾ ®¾ C,600hoat tinh C o C6H6 V ® V/3 (theo lý thuyết) h% = %100. 11 9%100. 3 11x/9 x/3%100. V/3 3/%100. t) thuyê'V(lý ) tê'V(thuc === x = 81,81% 3) a) Lập biểu thức tính áp suất P2 theo P1 và hiệu suất h : Ta có pt TTKLT : PVbình = nRT Ở Vbình, T = const Þ 1 2 1 2 1 2 V V n n P P == V2, V1 : Số mol các chất trong bình. Và V2 = V – 2/3x V1 = V Þ 3.100 h21 V3 21 V 3 2-V V V P P 1 2 1 2 -=-=== xx Þ 12 1 2 P 300 h2300P 300 h2300 P P - =Þ - = b) Tính khoảng giá trị của P2 theo P1 : Ta có 0 < h £ 100 h = 0 Þ 300 h2300 - = 1 h = 100 Þ 300 h2300 - = 3 1 Þ 3 1 P1 £ P2 £ P1 89 Bài 6 : Khi sản xuất đất đèn ta thu được hỗn hợp rắn gồm CaC2, Ca và CaO (hh A). Cho hỗn hợp A tác dụng hết với nước thì thu được 2,5 lít hỗn hợp khí khô X ở 27,0oC và 0,9856atm. Tỉ khối của X so với metan bằng 0,725. a) Tính % khối lượng mỗi chất trong A b) Đun nóng hỗn hợp khí X với bột Ni xúc tác một thời gian thì thu được hỗn hợp khí Y, chia Y làm hai phần bằng nhau. - Phần thứ nhất cho lội từ từ qua bình nước Brom dư thấy còn lại 448 ml hỗn hợp khí X (đktc) và tỉ khối so với Hidro là 4,5. Hỏi khối lượng bình nuớc Brom tăng bao nhiêu gam? - Phần thứ hai đem trộn với 1,68 lít O2 (đktc) trong bình kín dung tích 4 lít. Sau khi bật tia lửa điện để đốt cháy, giữ nhiệt độ bình ở 109,2oC. Tính áp suất bình ở nhiệt độ đó biết dung tích bình không đổi. GIẢI : a) Tính % khối lượng mỗi chất trong A : Gọi 5,52g hh A CaC2 : a Ca : b CaO : c (mol) mhh X = 64a + 40b + 56c = 5,52 (1) Lưu ý : hỗn hợp A tác dụng với nước, cả Ca và CaO cũng có phản ứng. CaC2 + 2H2O ® Ca(OH)2 + C2H2 a a (mol) Ca + H2O ® Ca(OH)2 + H2 b b (mol) CaO + H2O ® Ca(OH)2 c (mol) 2,5 lít khí thu được gồm : C2H2 : a H2 : b XM = 0,725.16 = 11,6 nhhX = a + b = RT PV = 1,0 0,082.300 2,5.0,9856 = (mol) (2) XM = 0,725.16 = 11,6 (gam/mol) Þ mX = XM .nX = 11,6.0,1 = 1,16 (gam) Þ 26a + 2b = 1,16 (3) (2), (3) Þ î í ì = = 0,06b 0,04a (mol) Theo các phản ứng trên : nCaC2 = nC2H2 = 0,04 mol Þ %CaC2 = %38,46%100.52,5 04,0.64 = 90 nCa = nH2 = 0,06 mol Þ %Ca = %48,43%100.52,5 06,0.40 = % CaO = 100% - (46,38 + 43,48)% = 10,14% b) Độ tăng khối lượng bình Brom : * Khi nung nóng hỗn hợp X với xúc tác Ni, có thể xảy ra 2 phản ứng : C2H2 + H2 ® C2H4 C2H2 + 2H2 ® C2H6 Þ hỗn hợp khí Y có thể gồm C2H4, C2H6, C2H2 dư, H2 dư. * Khi cho ½ hỗn hợp Y qua bình đựng dd Br2 dư thì C2H2, C2H4 bị hấp thu : C2H2 + 2Br2 ® C2H2Br4 (lỏng) C2H4 + Br2 ® C2H4Br2 (lỏng) Þ hỗn hợp khí Z thoát ra gồm C2H6 và H2. nZ = 0,02 mol và zM = 4,5.2 = 9 Þ mZ = 9.0,02 = 0,18 gam * Áp dụng ĐLBT khối lượng, ta có : m1/2hh Y = m1/2hh X = 1,16/2 = 0,58gam So sánh hỗn hợp Y và Z, ta thấy độ tăng khối lượng bình đựng dung dịch Br2 là tổng khối lượng của C2H2 và C2H4 tức là mY - mZ Vậy độ tăng khối lượng bình Brom = 0,58 – 0,18 = 0,4 gam v Tính áp suất bình sau phản ứng cháy : So sánh hỗn hợp X với Y và áp dụng ĐLBT nguyên tố, ta có : å Cn trong ½ hỗn hợp Y = å Cn trong ½ hỗn hợp X = 2.0,02 = 0,04 (mol) å Hn trong ½ hỗn hợp Y = å Hn trong ½ hỗn hợp X = 2.0,02 + 2.0,03 = 0,1 (mol) * Sản phẩm cháy gồm : nCO2 = nC = 0,04 (mol); nH2O = ½ nH = 0,05 (mol) Mặt khác, å On trong CO2 và trong H2O = 0,04.2 + 0,05 = 0,13 (mol) nO ban đầu là 0,075.2 = 0,15 (mol) Þ nO dư = 0,15 – 0,13 = 0,02 (mol) Þ nO2 dư = 0,02/2 = 0,01 (mol) ån các khí trong bình sau khi đốt = 0,04 + 0,05 + 0,01 = 0,1 (mol) Vậy áp suất bình là : P 784,0 4.273 )2732,109.(4,22.1,0 V nRT = + == atm 91 II.4 – BÀI TẬP TỔNG HỢP VỀ HYDROCACBON v Một số lưu ý khi giải bài tập tổng hợp về hydrocacbon : Bài tập tổng hợp là một dạng bài tập trong đó có cả phần tính toán kèm theo câu hỏi lý thuyết hoặc câu hỏi thí nghiệm. Bài tập hỗn hợp thường có các dạng sau : Tìm CTPT của một hay nhiều hydrocacbon sau đó yêu cầu : - Xác định CTCT đúng của các chất đó qua thí nghiệm cho chất đó tác dụng với một chất nào đó thu được sản phẩm cụ thể. - Xác định CTCT rồi viết phương trình phản ứng điều chế một chất hydrocacbon khác hoặc điều chế chất đó từ nguyên liệu chính ban đầu là gì. - Đưa ra phương pháp phân biệt các hydrocacbon mới tìm được hoặc nêu cách tách riêng, tinh chế từng chất trong hỗn hợp các chất mới tìm được. Về phương pháp làm bài tập loại này, chúng ta vận dụng các phương pháp đã hướng dẫn trong phần bài tập lý thuyết và bài tập tìm CTPT, bài tập hỗn hợp để giải. Sau đây là một số bài tập ví dụ : Dạng 1 : Đề bài yêu cầu xác định CTPT của sản phẩm thế, từ đó giả thiết đề cho xác định đúng CTCT của hydrocacbon ban đầu. Bài 1 : Khi tiến hành phản ứng thế giữa ankan B với hơi Br2 có chiếu sáng người ta thu được hỗn hợp X chỉ gồm 2 sản phẩm phản ứng (một chất vô cơ và một chất hữu cơ) ở thể hơi. Tỉ khối hơi của X so với không khí bằng 4. a) Lập CTPT của B và chọn cho M một CTCT thích hợp. b) Nếu tiến hành phản ứng thế 3 nguyên tử hidro trong phân tử B bằng Clo thì có thể thu được mấy đồng phân? GIẢI : Đề bài cho tỉ khối hơi của sản phẩm thế nên ta tìm CTPT sản phẩm rồi suy ra CTCT B a. Lập CTPT của B và chọn CTCT đúng của B. Gọi k là số nguyên tử Brom đã thế vào phân tử B : CnH2n+2 + kBr2 ® CnH2n+2-kBrk + kHBr a ® a ak (mol) Gọi a (mol) là số mol B đã tham gia phản ứng Sản phẩm phản ứng gồm : CnH2n+2-kBrk : a mol và HBr : ak mol Xhh M = 29.4 = 116 Þ 116 8)80214( = + +--+ aka akakkn Þ 14n + 44k = 114 92 n = 14 44114 k- k 1 2 3 n 5 1,8 < 0 Þ CTPT B : C5H12 và dẫn xuất của B : C5H11Br k = 1 : phản ứng xảy ra theo tỉ lệ mol 1:1 và thu được duy nhất một sản phẩm C5H11Br Þ B phải có cấu tạo đối xứng. Þ CTCT B : CH3 C CH3 CH3 CH3 Neopentan hay 2,2 – dimetylpropan b. Ta thu được 3 đồng phân của dẫn xuất 3 clo của B : CH3 C CH3 CCl3 CH3 CH3 C CH2Cl CHCl2 CH3 CH3 C CH2Cl CH2Cl CH2Cl Dạng 2 : Sau khi tìm được CTPT, CTCT của các hydrocacbon đề bài yêu cầu viết ptpứ điều chế các chất Bài 2 : Hỗn hợp khí X gồm 4 hydrocacbon A, B, C, D ở điiều kiện chuẩn. Trộn X với O2 vừa đủ để đốt cháy hết X trong một bình kín nhiệt độ T1 > 100oC và áp suất 0,8amt. Bật tia lửa điện để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp rồi đưa bình về nhiệt độ T1, đo lại áp suất trong bình vẫn được trị số 0,8atm. Làm lại thí nghiệm với các hỗn hợp X có thành phần A, B, C, D khác nhau vẫn thu được kết quả như cũ. a) Lập CTPT A, B, C, D biết rằng MA < MB < MC < MD. b) Viết ptpư điều chế D từ A và B từ C GIẢI : Nhiệt độ sau khi đốt T1 > 100oC Þ H2O ở thể hơi Ở cùng điều kiện nhiệt độ, thể tích áp suất bình trước và sau khi đốt không đổi Þ số mol khí trong bình trước và sau phản ứng bằng nhau. Khi thay đổi thành phần của hỗn hợp X mà kết quả không thay đổi Þ khi đốt cháy từng chất thì tổng số mol trước và sau phản ứng cũng bằng nhau. Đặt công thức của một chất trong hỗn hợp là : CxHy OH 2 yxCOO 4 yxHC 22 t 2yx 0 +¾®¾÷ ø ö ç è æ ++ a ® a(x + y/4) ® ax ® ay/2 (mol) 93 Ta có : nT = nS Þ a + a(x + 0,25y) = ax + 0,5ay Þ1 + x + 0,25y = x + 0,5y Þ 0,25y = 1 Þ y = 4 Þ Vậy cả 4 hydrocacbon trên đều có 4 nguyên tử H trong phân tử. Mặt khác do A, B, C, D đều ở thể khí nên x £ 4 Þ Vậy 4 hydrocacbon trong X là CH4, C2H4, C3H4, C4H4 Theo thứ tự MA < MB < MC < MD thì A : CH4, B: C2H4, C: C3H4, D: C4H4. b. Viết các ptpứ điều chế : · Điều chế D từ A : 2CH4 ¾¾¾ ®¾ ln,1500 lc O C2H2 + 3H2 2C2H2 ¾¾¾¾ ®¾ CHClCuCl o100,, C4H4 (vinylaxetilen) · Điều chế B từ C : C3H4 + 2H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C3H8 C3H8 ¾®¾ Ct o CH4 + C2H4 Dạng 3 : Tìm CTPT của các hydrocacbon sau đó nêu cách nhận biết hoặc tinh chế hoặc tách các chất trong hỗn hợp hydrocacbon đó. Bài 3 : Đốt cháy một số mol như nhau của 3 hydrocacbon L, L, M ta thu được lượng CO2 như nhau và tỉ lệ số mol H2O và CO2 đối với K., L, M tương ứng bằng 0,5; 1, 1,5. a) Xác định CTPT K, L, M b) Nêu cách nhận biết 3 khí trên đựng trong 3 lọ mất nhãn c) Hãy tách riêng 3 chất trong hỗn hợp trên. GIẢI Đặt công thức chung cho 3 hydrocacbon là CnH2n +2-2k với k là số liên kết p trong phân tử các hydrocacbon trên. Ok)H-1(nnCOO 2 k-13nHC 2222k-22nn ++¾® + ++ a an ® a(n+1-k) (mol) 3 hydrocacbon đốt với số mol như nhau thu được lượng CO2 như nhau nên K, L, M có cùng số C trong phân tử. T = n kn n n CO OH -+= 1 2 2 · K thì T = 0,5 Þ 0,5n = n + 1 – k Þ n = 2(k – 1) 0 £ n £ 4 và k ³ 0 Þ n = 2, k = 2 Þ K : C2H2 · L thì T = 1 Þ n = 2 và k = 1 Þ CTPT L : C2H4 · M thì T = 1,5 Þ n = 2 và k = 0 Þ CTPT M : C2H6 94 b) Nhận biết 3 khí trên đựng trong 3 lọ mất nhãn : - Lấy mỗi khí một ít làm mẫu thử. - Dẫn lần lượt 3 khí vào dd AgNO3/NH3, khí nào tạo được kết tủa vàng nhạt là C2H2. ddAgNO3/NH3 + H2OAgC CAgAg2O+C2H2 (vaøng) - Hai khí còn lại không có hiện tượng gì được dẫn tiếp qua ddBr2 dư, khí nào làm mất màu nâu đỏ của dd Br2 là C2H4, khí còn lại không có hiện tượng gì thoát ra ngoài là C2H6 H2C=CH2 + Br2 ® BrH2C–CH2Br c) Cách tách 3 chất trên ra khỏi hỗn hợp của chúng : - Cũng thực hiện qua các thí nghiệm như trên ta thu được khí C2H6 thoát ra ngoài. - Tinh chế lại C2H2 bằng cách cho dd axít HCl vào kết tủa bạc axetilua, khí axetilen được hoàn nguyên sẽ bay ra ngoài : C2Ag2 + 2HCl ® C2H2­ + 2AgCl¯ - Tinh chế lại C2H4Br2 bằng cách cho thêm ddKOHđặc/ancol vào dd Br2 bị mất màu thì khí C2H4 được hoàn nguyên sẽ bay ra ngoài : C2H4 + 2KBrC2H4Br2 ancol + KOHñ Hoặc : C2H4 + ZnBr2 Zn/röôïuC2H4Br2 Ghi chú : Trên đây chỉ là một số bài tập ví dụ nhỏ, nếu các em làm tốt bài tập phần II.1& II.2 thì sẽ làm được bài tập phần này.