Bài tập Hidrocacbon (Phần 5) pot

II.2 – BÀI TOÁN LẬP CTPT HYDROCACBON II.2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA HYDROCACNON II.2.1.1 Phương pháp khối lượng hay % khối lượng.. Có nhiều cách để tìm khối lượng phâ

II.2 – BÀI TOÁN LẬP CTPT

HYDROCACBON

II.2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA

HYDROCACNON II.2.1.1 Phương pháp khối lượng hay % khối lượng

1) Phương pháp giải :

Bước 1 : Tìm MA : tùy theo giả thiết đề bài cho mà sử dụng các cách tính sau để tìm MA

Tìm MA dựa trên các khái niệm cơ bản, các định luật cơ bản Có nhiều cách để tìm khối lượng phân tử, tùy từng giả thiết đề bài cho mà dùng cách tính thích hợp

1 Dựa vào khối lượng riêng DA (đktc)

ÞMA = 22,4 DA với DA đơn vị g/l

2 Dựa vào tỉ khối hơi của chất hữu cơ A

MA = MB dA/B

MA = 29 dA/KK

3 Dựa vào khối lượng (mA ) của một thể tích VA khí A ở đktc

MA = (22,4 mA)/ VA

mA: khối lượng khí A chiếm thể tích VA ở đktc

4 Dựa vào biểu thức phương trình Mendeleep – Claperon:

Cho mA (g) chất hữu cơ A hóa hơi chiếm thể tích VA (l) ở nhiệt độ T

(oK) và áp suất P(atm)

PV = nRT Þ

pV

mRT

M= (R = 0,082 atm/ oKmol)

5 Dựa vào định luật Avogadro:

Định luật: Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, mọi thể tích khí bằng

nhau đều chứa cùng một số phân tử khí

VA = VB => nA = nBÞ

B

B A

A M

m M

m

=

=> MA = mA

B

B m M

Bước 2 : Đặt CTPT chất A: CxHy

Xác định thành phần các nguyên tố trong hydrocacbon

Cách 1 :Dùng khi đề bài

-Không cho khối lượng hydrocacbon đem đốt cháy

-Tính được mC, mH từ mCO2, mH2O

* Tính khối lượng các nguyên tố có trong A và mA (g) chất A

- Xác định C:

22,4

V 12

n 12 44

m 12

) CO (trong mC A) (trong

CO2

CO2

=

- Xác định H

O

n

2 2

18

m 2 2

1 H2O) (trong mH A)

- Xác định mA

Þ mA = mH + mA

* Xác định CTPT chất hữu cơ A: CxHy

Dựa trên CTTQ chất hữu cơ A: CxHy

12.m

m M x m

M m

y m

12

A

C A A

A H

C

A

H A m

m M

y=

Cách 2 : Khi đề bài cho biết thành phần % các nguyên tố trong hỗn hợp

* Dùng công thức sau:

12.100

C %

M x 100%

M

%H

y C

%

=

=>

=

100

H %

M

y= A

Þ CTPT A

Cách 3 : * Tìm CTĐG nhất => CTN => CTPT A

α:β

1

m : 12

m y :

1

%H : 12

%C y :

- CTĐG nhất : CaHb

=> CTTN : (CaHb)n

- Xác định n: biện luận từ CTTN để suy ra CTPT đúng của A :

y £ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ³ 1, nguyên dương

Þ Từ đó xác định được CTPT đúng của chất hữu cơ A

Lưu ý: Khi bài tóan yêu cầu xác định CTĐG nhất của chất hữu cơ A (hay CTN của A)

hoặc khi đề không cho dữ kiện để tìm MA thì ta nên làm theo cách trên

2) Các ví dụ :

Ví dụ 1 :

Một hydrocacbon A có thành phần nguyên tố: % C = 84,21; %H = 15,79; Tỉ khối hơi đối với không khí bằng dA/KK = 3,93 Xác định CTPT của A

GIẢI

Bước 1: Tính MA:

Biết dA/KK => MA = MKK dA/KK = 29.3,93 = 114

Bước 2 : Đặt A : CxHy

100

M

%H

y

%C

=

=

12.100

114.84,21 12.100

.%C M

1.100

114.15,79 1.100

.%H M

Suy ra CTPT A: C8H18

Ví dụ 2 :

Một hydrocacbon A ở thể khí có thể tích gấp 4 lần thể tích của lưu huỳnh đioxit có khối lượng tương đương trong cùng điều kiện Sản phẩm cháy của A dẫn qua bình đựng nước vôi trong dư thì có 1g kết tủa đồng thời khối lượng bình tăng 0,8g Tìm CTPT A

GIẢI

* Tìm MA :

1VA = 4VSO2(ở cùng điều kiện )

ÞnA = 4nSO2

Þ

2 2

4

SO A

SO

SO

A

A

M M M

m M

m = Þ = (A và SO2 có khối lượng tương đương nhau)

4

64 4

M

Cách 1 : giải theo phương pháp khối lượng hay % khối lượng :

Đặt A : CxHy

Bình đựng Ca(OH)2 hấp thụ CO2 và H2O

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

m¯ = mCaCO3 = 1g

nCO2 = nCaCO3 = 1/100= 0,01mol

ÞnC = nCO2 = 0,01mol ÞmC = 12.0,01=0,12g

mCO2 = 0,01.44 = 0,44g

rmbình = mCO2 + mH2O

ÞmH2O= 0,8-0,44 = 0,36g

m H m H O 0,04g

18

36 , 0 2 18

=

ĐLBT khối lượng (A) :mA = mC + mH = 0,12 +0,04 = 0,16

Ta có 1

16 , 0 12

12 , 0 16 12.m

m M x m

M m

y m

12

A

C A A

A H

C

4

16 , 0

04 , 0 16 m

m M y

A

H

Vậy CTPT A : CH4

Cách 2 : Biện luận dựa vào điều kiện y £ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ³ 1, nguyên

Þ x =1 và y = 4 àCTPT A

Ví dụ 3:

Đốt cháy hoàn toàn 2,64g một hydrocacbon A thu được 4,032 lít CO2 (đktc) Tìm CTPT A?

GIẢI

* Tìm thành phần các nguyên tố :

mC (trong A) = mC (trong CO2) = (4,032/ 22,4)*12 = 2,16g

mH = mA – mC = 2,64 – 2,16 = 0,48g

m m 2,16 0,48

Þ CTN : C3H8Þ CTTN : (C3H8)n

Biện luận :

Số H £ 2 số C +2 Þ 8n £ 6n + 2 Þ n £ 1 mà n nguyên dương Þn = 1

àCTPT A : C3H8

II.2.1.2) Phương pháp dựa vào phản ứng cháy:

Dấu hiệu nhận biết bài toán dạng này : đề bài đốt cháy một chất hữu cơ có đề cập đến khối lượng chất đem đốt hoặc khối lượng các chất sản phẩm (CO2, H2O) một cách trực tiếp hoặc gián tiếp (tức tìm được khối lượng CO2, H2O sau một số phản ứng trung gian)

1) Phương pháp giải:

Bước 1 : Tính MA (ở phần II.2.1.1)

Bước 2 : Đặt A : CxHy

* Viết phương trình phản ứng cháy

O H 2

y xCO O

4

y x H

2 y

x

0

+

¾®

¾

÷ ø

ö ç è

æ + +

MA(g) 44x 9y

mA(g) mCO2 mH2O

* Lập tỉ lệ để tính x,y

O H CO

A A

2

9y m

44x m

M

=

2pu

x+

A

O H A A

CO A

9m

.m M y , 44m

.m M

* Từ đó suy ra CTPT A

Một số lưu ý:

1) Nếu đề bài cho: oxi hóa hòan tòan một chất hữu cơ A thì có nghĩa là đốt cháy hòan tòan chất hữu cơ A thành CO2 và H2O

2) Oxi hóa chất hữu cơ A bằng CuO thì khối lượng oxy tham gia phản ứng đúng bằng độ giảm khối lượng a(g)của bình đựng CuO sau phản ứng oxi hóa Thông thường trong bài toán cho lượng oxi tham gia phản ứng cháy, để tìm khối lượng chất hữu cơ A nên chú ý đến định luật bảo toàn khối lượng

mA + a = mCO2 + mH2O

3) Sản phẩm cháy (CO2, H2O) thường được cho qua các bình các chất hấp thụ chúng 4) Bình đựng CaCl2 (khan), CuSO4 (khan), H2SO4 đặc, P2O5, dung dịch kiềm, … hấp thụ nước

Bình đựng các dung dịch kiềm…hấp thụ CO2

Bình đựng P trắng hấp thụ O2

5) Độ tăng khối lượng các bình chính là khối lượng các chất mà bình đã hấp thụ

6) Nếu bài toán cho CO2 phản ứng với dung dịch kiềm thì nên chú ý đến muối tạo thành để xác định chính xác lượng CO2

7) Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ với oxy nên để oxy lại cân bằng sau từ vế sau đến vế trước Các nguyên tố còn lại nên cân bằng trước, từ vế trước ra vế sau phương trình phản ứng

2) Bài tập ví dụ :

Ví dụ 1 :

Đốt hoàn toàn 0,58g một hydrocacbon A được 1,76g CO2 và 0,9g H2O Biết A có khối lượng riêng DA @ 2,59g/l Tìm CTPT A

Tóm tắt :

0,58g X + O2 ® (1,76g CO2; 0,9 g H2O)

DA @ 2,59g/l Tìm CTPT A?

GIẢI :

* Tìm MA :

Biết DA => MA = 22,4.2,59 @ 58

* Viết phương trình phản ứng cháy, lập tỉ lệ để tìm x,y

O H 2

y xCO O

4

y x H

2 y

x

0

+

¾®

¾

÷ ø

ö ç è

æ + +

MA(g) 44x 9y

mA(g) mCO2 mH2O

O H CO

A A

2

9y m

44x m

M

=

0,9

9y 1,76

44x 0,58

Þ x = 4

y =10

Vậy CTPT A : C4H10

Ví dụ 2 : Khi đốt cháy hịan tịan 0,42 g một Hydrocacbon X thu tịan bộ sản phẩm qua

bình 1 đựng H2SO4 đặc, bình 2 đựng KOH dư Kết quả, bình 1 tăng 0,54 g; bình 2 tăng 1,32 g Biết rằng khi hĩa hơi 0,42 g X chiếm thể tích bằng thể tích của 1,192 g O2 ở cùng điều kiện Tìm CTPT của X

Tĩm tắt đề:

0,42g X (CxHy) +O2 CO2

H2O

Bình 1đựng ddH2SO4 đ -H2O, m1=0,54g CO2 Bình 2 đựng KOHdư-CO

2, m2=1,32g Tìm CTPT X?

GIẢI

* Tính MX :

0,42g X cĩ VX = VO2 của 0,192g O2 (cùng điều kiện)

=> nX = nO2 =>

2

O

O2 X

X M

m M

=> 70

0,192

0,42.32 m

.M m M

2

2

O

O X

* Gọi X : CxHy

O H 2

y xCO O

4

y x H

2 y

x

0

+

¾®

¾

÷ ø

ư ç è

ỉ + +

MX 44x 9y (g) 0,42 mCO2 mH2O (g)

Ta cĩ :

H2O CO2

X

X

m

9y m

44x m

M

=

= (1)

Đề bài cho khối lượng CO2, H2O gián tiếp qua các phản ứng trung gian ta phải tìm khối lượng CO2, H2O

* Tìm mCO2, mH2O :

- Bình 1 đựng dd H2SO4 đ sẽ hấp thụ H2O do đĩ độ tăng khối lượng bình 1 chính là khối lượng của H2O :

rm1 = mH2O=0,54g (2)

- Bình 2 đựng dd KOH dư sẽ hấp thụ CO2 do đĩ độ tăng khối lượng bình 2 chính là khối lượng của CO2 :

rm2 = mCO2 =1,32g (3)

(1), (2), (3) Þ

0,54

9y 1,32

44x 0,42

70

=

=

Þ x = 5

y = 10

Vậy CTPT X : C5H10 (M = 70đvC)

II.2.1.3 Phương pháp thể tích (phương pháp khí nhiên kế):

v Phạm vi ứng dụng : Dùng để xác định CTPT của các chất hữu cơ ở thể khí hay ở thể lỏng dễ bay hơi

v Cơ sở khoa học của phương pháp : Trong một phương trình phản ứng có các chất khí tham gia và tạo thành (ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất) hệ số đặt trước công thức của các chất không những cho biết tỉ lệ số mol mà còn cho biết tỉ lệ thể tích của

chúng

1) Phương pháp giải

Bước 1 : Tính thể tích các khí VA, VO2, VCO2, VH2O (hơi)…

Bước 2 : Viết và cân bằng các phương trình phản ứng cháy của hydrocacbon A dưới dạng CTTQ CxHy

Bước 3 : Lập các tỉ lệ thể tích để tính x,y

O H 2

y xCO O

4

y x H

2 y

x

0

+

¾®

¾

÷ ø

ö ç è

æ + +

1(l) ÷

ø

ö ç è

æ +

4

y

x (l) x(l) ÷

ø

ö ç è

æ

2

y (l)

VA(l) VO2 (l) VCO2 (l) VH2O (hơi)(l)

O H CO

Ò

2 y V

x V

4

y x V

1 = + = = hay

O H CO O

y n

x n

y x n

2 2

2 4

1

2

=

=

+

=

n

n V

V x

A

CO A

CO 2 = 2

= Þ

A

O H

n

n 2

V

2V y

A

O

H =

= Þ

Cách khác : Sau khi thực hiện bước 1 có thể làm theo cách khác:

- Lập tỉ lệ thể tích VA: VB : VCO2 : VH2O rồi đưa về tỉ lệ số nguyên tối giản m:n:p:q

- Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ A dưới dạng:

mCxHy + nO2¾¾®t o pCO2 + qH2O

- Dùng định luật bảo toàn nguyên tố để cân bằng phương trình phản ứng cháy sẽ tìm được

x và y =>CTPT A

* Một số lưu ý:

- Nếu VCO2 : VH2O = 1:1 => C : H = nC : nH = 1: 2

- Nếu đề tĩan cho oxy ban đầu dư thì sau khi bật tia lửa điện và làm lạnh (ngưng tụ hơi nước) thì trong khí nhiên kế cĩ CO2 và O2 cịn dư Bài tĩan lý luận theo CxHy

- Nếu đề tĩan cho VCxHy = VO2 thì sau khi bật tia lửa điện và làm lạnh thì trong khí nhiên

kế cĩ CO2 và CxHy dư Bài tĩan lý luận theo oxy

- Khi đốt cháy hay oxi hĩa hịan tồn một hydrocacbon mà giả thiết khơng xác định rõ sản phẩm, thì các nguyên tố trong hydrocacbon sẽ chuyển thành oxit bền tương ứng trừ:

N2® khí N2

Halogen ® khí X2 hay HX (tùy bài)

2 Bài tập ví dụ

Ví dụ 1:

Trộn 0,5 l hỗn hợp C gồm hydrocacbon A và CO2 với 2,5 l O2 rồi cho vào khí nhiên

kế đốt cháy thì thu được 3,4 l khí, làm lạnh chỉ cịn 1,8 l Cho hỗn hợp qua tiếp dung dịch KOH (đặc) chỉ cịn 0,5 l khí Các V khí đo cùng điều kiện Tìm CTPT của hydrocacbon A Tĩm tắt đề :

CxHy : a (l)

Gọi 0,5 l hỗn hợp

CO2 : b (l)

0,5l hỗn hợp + 2,5l O2 đốt CO2 ,O2 dư,H2O ll(- H2O) CO

2,O2dư KOHđ(- CO2) O

2 dư

GIẢI :

* O2 dư , bài tĩan lý luận theo Hydrocacbon A

O H 2

y xCO O

4

y x H

2 y

x

0

+

¾®

¾

÷ ø

ư ç è

ỉ + +

a a ÷

ø

ư ç

è

ỉ +

4

y

x ax a

2

y (lít)

CO2 ® CO2

b b (lít)

Ta cĩ Vhh = a + b = 0,5 (1)

VCO2 = ax + b = 1,8 – 0,5 = 1,3 (2)

VH2O = a

2

y = 3,4 – 1,8 = 1,6 (3)

VO2 dư = 2,5 - a ÷

ø

ư ç

è

ỉ +

4

y

x = 0,5

Þ ax + a

4

y = 2 (4)

Þ ax + 3,2/4 = 2 Þ ax = 1,2 (5)

(2), (3) VCO2 = b = 0,1

Vhh = a + b = 0,5 Þ a = 0,4

Þ x = ax /a = 3

Þ y = ay/a = 8

Vậy CTPT của A là C3H8

Ví dụ 2 :

Trộn 12 cm3 một hydrocacbon A ở thể khí với 60 cm3 oxi (lấy dư)

rồi đốt cháy Sau khi làm lạnh để nước ngưng tụ rồi đưa về điều kiện ban đầu thì thể tích khí cịn lại là 48 cm3, trong đĩ cĩ 24cm3 bị hấp thụ bởi KOH, phần cịn lại bị hấp thụ bởi

P

Tìm CTPT của A (các thể tích khí đo trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất)

Tĩm tắt :

12cm3 CxHy 60cm3 O2 (dư)

đốt COH 2

O2dư

làm lạnh -H2O

CO2

O 2 dư (V=48cm3)

24cm3 khí bị hấp thụ bởi KOH khí còn lại bị hấp thụ bởi P

(- CO2) (-O2)

GIẢI :

* Tính các V:

VCO2 = 24cm3

VO2 dư = 48 – 24 = 24cm3Þ VO2 pứ = 60 – 24 = 36 cm3

* Tìm CTPT :

Cách 1: Tính trực tiếp từ phương trình phản ứng đốt cháy:

O H

y xCO O

y x

x

2 4

ø

ư ç è

ỉ + +

12 ® ÷

ø

ư ç

è

ỉ +

4

y

x 12 ® 12x (cm3) VCO2 =12x = 24 => x = 2

VO2 dư = 60 – 12 ÷

ø

ư ç è

ỉ +

4

y

x = 24 => y = 4

Þ CTPT của A: C2H4

Cách 2: Lập tỉ lệ thể tích

O H CO O

2 y V

x V

4

y x V

1

=

=

+

=

O H 2

y xCO O

4

y x H

2 y

x

0

+

¾®

¾

÷ ø

ư ç è

ỉ + +

1 ÷

ø

ư ç è

ỉ +

4

y

x x

2

y (cm3)

12 36 24 (cm3)

2

O

x V

4

y x V

24

x 36 4

y x 12

Û => x = 2 và y = 4

Þ CTPT của A: C2H4

Cách 3:

Nhận xét: đốt 12 cm3 A đã dùng 36 cm3 oxy và tạo ra 24 cm3 CO2

Suy ra 12C H 36O t 24CO2 ?H2O

2 y

x

0

+

¾®

¾ +

ĐLBT (O): =>12C H 36O t 24CO2 24H2O

2 y

x

0

+

¾®

¾ +

ĐLBT (C): 12x = 24 => x = 2

ĐLBT (H) :12y = 48 => y = 4

àVậy CTPT của A là C2H4

Ví dụ 3 :

Trong một bình kín thể tích 1dm3 cĩ một hỗn hợp đồng thể tích gồm hydrocacbon A

và O2 ở 133,5 oC, 1 atm Sau khi bật tia lửa điện và đưa về nhiệt độ ban đầu (133,5 oC) thì

áp suất trong bình tăng lên 10% so với ban đầu và khối lượng nước tạo ra là 0,216 g Tìm CTPT A

Tĩm tắt :

V = 1dm3

CxHy(A)

O2

t=133,5oC,P1=1atm

đốt sp cháy

V=1dm3 t=133,5oC, P2 tăng 10%

(lượng H2O tạo ra là 0,216g)

GIẢI :

Tìm CTPT A?

133,5) 0,082.(273

1.1 RT

PV

+

=

=

Vì hỗn hợp đồng thể tích nên nA = nO2 = 0,03/2 = 0,015 mol

=> CxHy dư, biện luận theo O2

Sau khi đưa về nhiệt độ ban đầu, các khí tạo áp suất cĩ trong bình gồm H2O, CO2,

CxHy dư cĩ số mol là :

n2 = n1 P2/P1 = 0,03.110/100 = 0,033 mol

nH2O = 0,216/18 = 0,012 mol

ĐLBT khối lượng (O) : nO2 = nCO2 + 1/2nH2O

=> nCO2 = nO2 – 1/2nH2O = 0,015-0,012/2 = 0,009mol

nCxHydư = n2 - nCO2 - nH2O = 0,033-0,012-0,009 =0,012mol

=>nCxHyphản ứng = 0,015-0,012 = 0,003 mol

O H 2

y xCO O

4

y x H

2 y

x

0

+

¾®

¾

÷ ø

ư ç è

ỉ + +

1 ÷

ø

ö ç è

æ +

4

y

x x

2

y (mol) 0,003 0,015 0,009 0,012 (mol)

Ta có :

012 , 0

2 009 , 0 015 , 0

4 003

, 0 1

y x

y x

=

=

+

=

=> x = 3

y = 8

Vậy CTPT A : C3H8

II.2.1.4 Phương pháp giá trị trung bình (xác định CTPT của hai hay nhiều chất hữu cơ trong hỗn hợp):

Là phương pháp chuyển hỗn hợp nhiều giá trị về một giá trị tương đương, nhiều chất

về một chất tương đương

v Đặc điểm Phương pháp giá trị trung bình được dùng nhiều trong hóa hữu cơ khi giải bài tóan

về các chất cùng dãy đồng đẳng Một phần bản chất của giá trị trung bình được đề cập đến

ở việc tính phần trăm đơn vị và khối lượng hỗn hợp khí trong bài tóan tỉ khối hơi ở chương đầu lớp 10 Do đó, học sinh dễ dàng lĩnh hội phương pháp này để xác định CTPT của hai hay nhiều chất hữu cơ trong hỗn hợp

II.1.4.1 Phương pháp khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp (Mhh)

Chất tương đương có khối lượng mol phân tử Mhhlà khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp Các bước giải :

Bước cơ bản : Xác định CTTQ của hai chất hữu cơ A,B

Bước 1 : Xác định CTTB của hai chất hữu cơ A, B trong hỗn hợp

Bước 2 : Tìm Mhh qua các công thức sau :

100

M

%A 100

%A.M 100

%B.M

%A.M n

n

.M n M n n

m

B A

B B A A hh

hh

-=

+

= +

+

=

=

Hoặc

100

M

%A 100

%A.M V

.M V M V V

V

.M V M V M d

B A

B B A A X hh/X

-=

+

= +

+

=

=

Giả sử MA< MB => MA<Mhh< MB

Bước 3 : Biện luận tìm MA, MB hợp lý => CTPT đúng của A và B

Phạm vi ứng dụng: sử dụng có lợi nhiều đối với hỗn hợp các chất cùng dãy đồng đẳng

1) Phương pháp CTPT trung bình của hỗn hợp:

v Phạm vi áp dụng : Khi có hỗn hợp gồm nhiều chất, cùng tác dụng với một chất

khác mà phương trình phản ứng tương tự nhau (sản phẩm, tỉ lệ mol giữa nguyên liệu và