Các Phương pháp giải nhanh hydrocacbon

Cho sản phẩm cháy vào dung dịch CaOH2 dư thì khối lượng kết tủa thu được là A... đó giá trị trung bình là số nguyên tử của nguyên tố khác nhau giữa các chất trong hỗn hợp quy bài toán về

PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN ĐỐT CHÁY

HIĐROCACBON

I Một số lưu ý về phương pháp

Hiđrocacbon CxHy hoặc CnH2n +2 -2k ( n ≥ 1; k ≥ 0)

Với k là độ bất bão hòa (tổng số liên kết  và vòng no)

CxHy + ( + )

4

y

x O2 xCO2 +

2

y

H2O

Hay CnH2n + 2 - 2k + 3n + 1 - k

2 O2 nCO2 + (n + 1 – k)H2O

 Dựa vào sản phẩm của phản ứng đốt cháy hiđrocacbon

+

n  n suy ra chất đó là ankan CnH2n +2 và

+

n = n suy ra chất đó là anken (hoặc xicloankan) CnH2n

+

n < n suy ra chất đó là ankin (hoặc ankađien) CnH2n-2 và

n  n  n + Đốt cháy ankylbenzen và dẫn xuất CnH2n-6 (n ≥ 6) cho:

n < n và

1

3

 Thường áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng

BTKL: + = +

BTNT:

x y

x y



=> = mC + mH = 12

2

CO

n + 2

2

H O

n

=

1

2



 Một số công thức cần nhớ

+ Khối lượng mol trung bình: hh

hh

m M n



+ Số nguyên tử C = CO 2

C H

n n

x y

+ Số nguyên tử CO 2

hh

n C n



C x H y (phản ứng)

2 (phản ứng)

2

2 O

m

CxHy (phản ứng)

m

O 2 (pư)

n

+ n a + n b1 2

n

a + b

 trong đó, n1, n2 là số nguyên tử C của chất 1, chất 2

a, b là số mol của chất 1, chất 2

Khi số nguyên tử C trung bình bằng trung bình cộng của 2 số nguyên tử C thì 2 chất có

số mol bằng nhau Tức là, n + n1 2

2



 Thường cho sản phẩm cháy thu được dẫn qua bình (1) đựng chất hấp thụ H2O: P2O5,

H2SO4 đặc, CaCl2 khan,… bình (2) đựng chất hấp thụ CO2 như: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2,…

Khi đó, khối lượng bình (1) tăng =

2

H O

m , khối lượng bình (2) tăng =

2

CO

m Nếu cho ‘toàn bộ’ sản phẩm cháy qua dung dịch Ca(OH)2, Ba(OH)2 thì khối lượng bình tăng =

m + m Khi đó, khối lượng dung dịch tăng hoặc giảm so với khối lượng dung dịch ban đầu

+ Khối lượng dung dịch tăng:

+ Khối lượng dung dịch giảm:

+ Lọc bỏ kết tủa, đun nóng lại có kết tủa => trong dung dịch có muối hiđrocacbonat

0

M(HCO ) t  MCO  + CO + H O

II Một số bài toán

Bài toán 1: Bài toán đốt cháy cho từng loại hiđrocacbon

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol hỗn hợp 2 ankan thu được 9,45 gam H2O Cho sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH)2 dư thì khối lượng kết tủa thu được là

A 37,5 B 52,5 C 15 D 42,5

Suy luận:

2

CO

9, 45

18

n n 0, 375 mol

3

CaCO

=> m 0, 375.10037, 5 gam→ Đáp án A

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp 2 hirđrocacbon liên tiếp trong dãy đồng đẳng thu

được 22,4 lít CO2 (đktc) và 25,2 gam H2O Hai hiđrocacbon đó là

A C2H6 và C3H8 B C3H8 và C4H10

C C4H10 và C5H12 D C5H12 và C6H14

Suy luận:

2

H O

25, 2

18

2

CO

n 1 mol

n n => 2 chất thuộc dãy ankan Gọi n là số nguyên tử C trung bình

3n 1

2





Ta có: n 1 => n 2,5 C H à C H3 6 3 8

4

Hoặc

n n n 1, 4 1 0, 4 mol

hh

→ Đáp án A

Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn V lít (đktc) một ankin thể tích khí thu được CO2 và H2O có tổng khối lượng 25,2 gam Nếu cho sản phâm cháy đi qua dd Ca(OH)2 dư thu được 4,5 gam kết tủa

a) V có giá trị là:

A 6,72 lít B 2,24 lít C 4,48 lít D 3,36 lít

Suy luận:

45

100

2

H O

25, 2 0, 45.44

18



n n n 0, 45 0, 3 0,15 mol

Vậy Vankin = 0,15.22,4 = 3,36 lít → Đáp án D

b) Công thức phân tử ankin là

A C2H2 B C3H4 C C4H6 D C5H8

Suy luận:

Số nguyên tử C = CO 2

ankin

3 C H

Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn một lượng hiđrocacbon X Hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy

vào dung dịch Ba(OH)2 dư tạo ra 29,55 gam kết tủa, dung dịch sau phản ứng có khối lượng giảm 19,35 gam so với dung dịch Ba(OH)2 ban đầu Công thức phân tử của X là

A C3H4 B C2H6 C C3H6 D C3H8

(Trích ĐTTS vào các trường Đại học khối A, 2010)

Suy luận:

29, 55

197

Khối lượng dung dịch giảm =

m (m m )19, 35

=>

2

H O

m 19,35 0,15.44 29,55  3, 6 gam

=>

2

H O

n 0, 2 mol

n n => X là ankan và

n n n 0, 2 0,15 0, 05 mol

=> Số nguyên tử C (X) = CO 2

X

n 3

n  => X là: C3H8

→ Đáp án D

Ví dụ 5: Hỗn hợp hiđrocacbon X và oxi có tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 10 Đốt cháy

hoàn toàn hỗn hợp trên thu được hỗn hợp khí Y Cho Y qua dung dịch H2SO4 đặc, thu được hỗn hợp khí Z có tỉ khối so với H2 bằng 19 Công thức phân tử của X là

A C3H8 B C3H6 C C4H8 D C3H4

(Trích ĐTTS vào các trường Đại học, Cao đẳng khối A, 2007)

Suy luận:

Chọn số mol các chất theo đúng hệ số phản ứng

C H + (x + )O xCO + H O

x y



1 mol (x + )

4

y

mol x mol

2

y

mol

Hỗn hợp khí Z gồm: CO2 (x mol) và O2 dư [10 - (x + )] mol

4

y

2

2

CO O

x = 10 - x - 8x + y = 40

y

CO2 44 6

38

Chỉ có giá trị x = 4, y = 8 là thỏa mãn => Công thức phân tử của X là C4H8

→ Đáp án C

Bài toán 2: Đốt cháy hỗn hợp hiđrocacbon

Ví dụ 6: Đốt cháy hoàn toàn một thể tích khí thiên nhiên gồm metan, etan, propan bằng

oxi không khí (trong không khí oxi chiếm 20% về thể tích), thu được 7,84 lít khí CO2 (ở đktc) và 9,9 gam H2O Thể tích không khí (đktc) nhỏ nhất cần dùng để đốt cháy hoàn toàn lượng khí thiên nhiên trên là

A 70,0 lít B 78,4 lít C 84,0 lít D 56,0 lít

(Trích ĐTTS vào các trường Cao đẳng, 2007) Suy luận:

kk

100

=> V 0, 625.22, 4 70 lít

20

  ( Vì oxi chiếm 20% thể tích không khí)

→ Đáp án A

Ví dụ 7: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm: C3H8, C4H6, C5H10 và C6H6 thu

được 7,92 gam CO2 và 2,7 gam H2O m có giá trị là:

A 2,82 B 2,67 C 2,46 D 2,31

Suy luận:

Sơ đồ phản ứng:

X { C3H8, C4H6, C5H10, C6H6} 7,92g CO2 + 2,7g H2O

Theo bảo toàn nguyên tố C và H (C và H trong X chuyển hết thành C trong CO2 và H trong H2O) nên ta có: mX m + mC H 7, 92.12 2, 7.2 2, 46 gam

→ Đáp án C

Ví dụ 8: Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 21,2 gồm propan, propen và propin Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X, tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là

A 20,40 gam B 18,60 gam C 18,96 gam D 16,80 gam

(Trích ĐTTS vào các trường Đại học, Cao đẳng khối A, 2008) Suy luận:

Cách 1: Sử dụng phương pháp trung bình

* Chú ý: Khi đốt cháy hỗn hợp các chất hữu cơ có cùng số nguyên tử H nhưng khác số

nguyên tử C và ngược lại Ta đặt một công thức chung cho cả hỗn hợp các chất đó, trong

O2, t0

đó giá trị trung bình là số nguyên tử của nguyên tố khác nhau giữa các chất trong hỗn hợp (quy bài toán về 1 chất)

Công thức phân tử chung của propan, propen và propin là C H3 y

M42, 4 => 36 + y42, 4 => y6, 4

0

C H t 3CO + 3,2H O

0,1 → 0,3 0,32

m = 44.0,3 + 18.0,32 = 18,96 gam → Đáp án C

Cách 2: Sử dụng phương pháp quy đổi

Ta thấy hỗn hợp X chỉ gồm 2 nguyên tố C và H, ta quy 0,1mol hỗn hợp X về 0,3 mol C (

cả 3 chất đều có 3 nguyên tử C) và y mol H → nH = 4,24 – 0,3.12 = 0,64 mol

0,3 mol C → 0,3 mol CO2

0,64 mol H → 0,32 mol H2O

=> Khối lượng (CO2, H2O) = 44.0,3 + 18.0,32 = 18,96 gam

→ Đáp án C

Cách 3: Gọi công thức chung của propan, propen và propin là C3Hy

C3Hy → 3CO2

0,1 mol 0,3 mol

=> nC = 0,3 mol => mC = 0,3.12 = 3,6 gam

=> mH(X) = 4,42 – 3,6 = 0,64 gam =>

2

Vậy khối lượng (CO2, H2O) = 44.0,3 + 18.0,32 = 18,96 gam

Ví dụ 9: Đốt cháy hoàn toàn 2,24 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm CH4, C2H4, C2H6, C3H8

và C4H10 thu được 6,16 gam CO2 và 4,14 gam H2O Số mol C2H4 trong hỗn hợp X là

A 0,09 B 0,01 C 0,08 D 0,02

Suy luận:

Hỗn hợp X gồm anken C2H4 và các ankan

Với ankan,

n  n và

n  n  n Với anken,

4,14 6,16

2, 24

22, 4

→ Đáp án B

Đốt cháy hỗn hợp ankan và anken thì

Ví dụ 10: Hỗn hợp X gồm một ankan và một anken Tỉ khối của X so với H2 bằng 11,25 Đốt cháy hoàn toàn 4,48 lít X, thu được 6,72 lít CO2 (đktc) Công thức của ankan và anken lần lượt là:

A CH4 và C2H4 B C2H6 và C2H4

C CH4 và C3H6 D CH4 và C4H8

Suy luận:

X

4, 48

22, 4

X

M 11, 25.222, 5 => Ankan là CH4 (Vì chỉ có hiđrocacbon duy nhất có M < 22,5 là

CH4)

Áp dụng BTKL: mH mX mC 22, 5.0, 2 6, 72.44 0, 9 gam

22, 4

2

=>

n n n 0, 45 0, 3 0,15 mol

=> nanken = 0,2 – 0,15 = 0,05 mol

Gọi công thức tổng quát của anken là CnH2n (n ≥ 2)

Ta có: 0,15 mol CH4 → 0,15mol CO2

0,15 mol CnH2n → 0,15n mol CO2

=> Số mol CO2 = 0,15 + 0,15n = 0,3 => n = 3 → Anken là C3H6

→ Đáp án C

Ví dụ 11: Đốt cháy hoàn toàn 1 lít hỗn hợp khí gồm C2H2 và hiđrocacbon X, sinh ra 2 lít khí CO2 và 2 lít hơi H2O ( các thể tích khí và hơi đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất) Công thức phân tử của X là:

A C2H6 B C2H4 C CH4 D C3H8

(Trích ĐTTS vào các trường Đại học, Cao đẳng khối B, 2008) Suy luận:

C2H2 là ankin nên

n < n , đốt cháy hỗn hợp khí cho

V V => X phải là ankan

2

CO

hh

   => X có 2 nguyên tử C => X là C2H6

→ Đáp án A

Ví dụ 12: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp M gồm một ankan X và một ankin Y thu được số

mol CO2 bằng số mol H2O Thành phần % về số mol của X và Y trong hỗn hợp M lần lượt là

A 75% và 25% B 20% và 80% C 35% và 65% D 50% và 50%

(Trích ĐTTS vào các trường Cao đẳng, 2008) Suy luận:

Khi đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp M cho

n = n => nankan = nankin

→ Đáp án D

Bài toán 3: Ta có sơ đồ sau:

Theo BTNT, (C, H) trong (X) chuyển thành (C, H) trong (Y) chuyển thành (C, H) trong (CO2,

H2O)

=> Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp (Y) giống như đốt cháy hoàn toàn (X) ban đầu => nên tính toán theo (X) sẽ đơn giản hơn

Phản ứng hiđro hóa không làm thay đổi mạch C, nên đốt cháy hỗn hợp (Y) hay (X) cho cùng số mol CO2

Ví dụ 13: Chia hỗn hợp gồm C3H6, C2H4 thành 2 phân đều nhau:

- Đốt cháy phần 1 thu được 2,24 lít CO2 (đktc)

- Hiđro hóa phần 2 rồi đốt cháy hết sản phẩm thì thể tích CO2 (đktc) thu được là

A 2,24 lít B 1,12 lít C 3,36 lít D 4,48 lít

→ Đáp án A Dễ quá!

Bài toán 4: Sau khi hiđro hóa hoàn toàn hiđrocacbon không no rồi đốt cháy thì thu được số mol H2O nhiều hơn so với khi đốt lúc chưa hiđro hóa Số mol nước trội hơn chính là số mol H 2 đã tham gia phản ứng hiđro hóa

Ta thấy, hiệu [(n + 1) – (n + 1 – k)] = k (chính là số mol nước trội hơn của ankan do H2 tạo ra)

(X) Hiđrocacbon chưa no H

2

Các hiđrocacbon

H2 (có thể dư)

Ni, t0

(Y)

CO2

H2O

O2, t0

CnH2n+2-2k + kH2 → CnH2n+2

(n + 1 – k) H2O + kH2O = (n + 1) H2O

Ví dụ 14: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol ankin được 0,2 mol H2O Nếu hiđro hóa hoàn toàn 0,1 mol ankin này rồi đốt cháy thì số mol H2Othu được là

Suy luận:

Ankin cộng hợp với H2 theo tỉ lệ mol 1 : 2 Khi cộng hợp có 0,2 mol H2 phản ứng nên số mol H2O thu được cũng thêm là 0,2 mol, do đó số mol H2O thu được là 0,2 + 0,2 = 0,4 mol → Đáp án B

Bài toán 5: Sau khi Crackinh ankan rồi đem đốt cháy hỗn hợp hiđrocacbon thu được:

Theo BTNT, đốt cháy hỗn hợp (Y) giống như đốt cháy hoàn toàn (X) ban đầu

Ví dụ 15: Tiến hành Crackinh ở nhiệt độ cao 5,8 gam butan Sau một thời gian thu được

hỗn hợp khí X gồm CH4, C2H6, C2H4 và C4H10 Đốt cháy hoàn toàn X trong khí O2 dư, rồi dẫn toàn bộ sản phẩm sinh ra qua bình đựng H2SO4 đặc Độ tăng khối lượng của bình đựng H2SO4 đặc là:

Suy luận:

Sơ đồ phản ứng: C4H10 (X) H2O

Đốt cháy hoàn toàn X giống như đốt cháy hoàn toàn 5,8 gam butan ban đầu

C4H10 4CO2 + 5H2O

0,1 mol 0,5 mol

Độ tăng khối lượng bình đựng H2SO4 đặc chính là khối lượng H2O = 0,5.18 = 9 gam

→ Đáp án A

(X) Ankan: C(n ≥ 3) nH2n+2

Anken Anken

H2

…

Crackinh

(Y)

CO2

H2O

O2, t0

Hoặc tách H 2

III Bài tập tự luyện

Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn 0,01 mol hỗn hợp hai ankan thu được 0,72 gam nước Cho

sản phẩm đốt cháy đi qua bình đựng dung dịch nước vôi trong dư thì khối lượng kết tủa thu được là

Câu 2: Để đốt cháy hoàn toàn một lượng hiđrocacbon X cần tối thiều 7,68 gam O2 Toàn

bộ sản phẩm cháy được dẫn qua bình (1) đựng H2SO4 đặc, dư, sau đó qua bình (2) đựng dung dịch Ca(OH)2 dư Kết thúc thí nghiệm thấy bình (1) tăng 4,32 gam, bình (2) thu được m gam kết tủa Công thức phân tử của X và giá trị m lần lượt là

A C2H6 và 10 B C2H4 và 11 C C3H8 và 9 D CH4 và 12

Câu 3: Một hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng Đốt cháy

hoàn toàn hỗn hợp, sau đó dẫn sản phẩm cháy qua bình (1) đựng H2SO4 đặc, sau đó qua bình (2) đựng Ba(OH)2 dư thấy khối lượng các bình tăng lần lượt là: 16,2 gam và 30,8 gam Công thức phân tử của hai hiđrocacbon và % về thể tích là

A C3H8: 50% và C4H10: 50% B CH4: 50% và C2H6: 50%

C C2H6: 50% và C3H8: 50% D C3H8: 40% và C4H10: 60%

Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp hai hiđrocacbon có khối lượng phân tử hơn kém

nhau 28 đvc thu được 4,48 lít CO2 (đktc) và 5,4 gam H2O Công thức phân tử của hai hiđrocacbon đó lần lượt là

C C2H6 và C4H10 D C2H2 và C4H6

Câu 5: Đốt cháy hoàn toàn 7,0 mg hợp chất X thu được 11,2 ml khí CO2 (đktc) và 9,0

mg H2O Tỉ khối hơi của X so với nitơ bằng 2,5 Khi clo hóa X với tỉ lệ số mol 1 : 1 chỉ thu được một dẫn xuất monoclo duy nhất X có tên gọi là

Câu 6: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X hồm propan và xiclopropan thì thu được

0,35 mol H2O Thành phần % theo thể tích propan trong hỗn hợp X là

Câu 7: Đốt cháy hoàn toàn 6,72 lít (đktc) hỗn hợp gồm hia hiđrocacbon X và Y (MX >

MY), thì thu được 11,2 lít CO2 (đktc) và 10,8 gam H2O Công thức của X là

(Trích ĐTTS vào các trường Cao đẳng, 2010)

Câu 8: Hỗn hợp X gồm hai olefin Đốt cháy 7 thể tích X cần 31 thể tích O2 (đktc) Biết rằng olefin chứa nhiều cacbon hơn chiếm 40 ÷ 50 thể tích của X Công thức phân tử hai olefin là

A C2H4 và C4H8 B C2H4 và C3H6 C C3H6 và C4H8 D C2H4 và C5H10

Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol hiđrocacbon X thu được 16,8 lít khí CO2 (đktc) và 13,5 gam H2O Tổng số đồng phân cấu tạo của X là

Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn 6,72 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm hai olefin kế tiếp nhau

trong dãy đồng đẳng, sau đó dẫn sản phẩm cháy lần lượt qua bình (1) đựng CaCl2 khan,

dư, bình (2) đựng dung dịch KOH đặc, dư Kết thúc thí nghiệm thấy khối lượng bình (2) tăng nhiều hơn khối lượng bình (1) là 29,25 gam Công thức phân tử của hai olefin và % khối lượng của các chất trong hỗn hợp ban đầu là

A C2H4: 25% và C3H6: 75% B C3H6: 20% và C4H8: 80%

C C4H8: 67% và C5H10: 33% D C5H10: 35% và C6H12: 65%

Câu 11: Đốt 8,96 lít hỗn hợp X gồm hai anken đồng đẳng kế tiếp rồi dẫn toàn bộ sản

phẩm cháy lần lượt qua bình (1) đưng P2O5 dư, bình (2) đựng dung dịch KOH dư Kết thúc thí nghiệm thấy khối lượng bình (1) tăng m gam, bình (2) tăng (m + 39) gam Thành phần % thể tích anken có số nguyên tử cacbon lớn hơn trong hỗn hợp X là

Câu 12: Một hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon kế tiếp nhau trong cùng dãy đồng đẳng

Đốt cháy 0,3 mol hỗn hợp X và cho tất cả sản phẩm cháy hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2

dư thì khối lượng bình tăng thêm 46,5 gam và có 147,75 gam kết tủa Công thức phân tử của hai hiđrocacbon là

A C2H2; C3H4 B C3H6; C4H8 C C2H4; C3H6 D C2H6; C3H8

Câu 13: Ba hiđrocacbon X, Y, Z kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng, trong đó khối lượng

phân tử Z gấp đôi khối lượng phân tử X Đốt cháy 0,1 mol chất Y, sản phẩm khí hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ca(OH)2 dư, thu được số gam kết tủa là

(Trích ĐTTS vào các trường Đại học, Cao đẳng khối A, 2007)

Câu 14: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm một ankan và một anken Cho sản

phẩm cháy lần lượt đi qua bình (1) đựng P2O5 dư và bình (2) đựng KOH rắng, dư, sau thí nghiệm thấy khối lượng bình (1) tăng 4,14 gam bình (2) tăng 6,16 gam Số mol ankan có trong hỗn hợp là