61
X
X
M
m ®
X
X
M
m.n
Cách 1: phương pháp số C trung bình ( n)
Số mol hỗn hợp
X
X
X
M
m
n=
Số mol CO2 : nCO2 =
X
X
M
m.n = 1,3
2,6n3,1n
2
n
14
19,2 =Þ=
+
Þ
Hỗn hợp gồm 2 ankan liên tiếp CnH2n+2
CmH2m+2 ; n<m; 1£ n , m = n +1
à n < 2,6n = < m = n +1
Vậy n = 2 vậy 2 ankan là: C2H6
m = 3 C3H8
Cách 2: Dùng phương pháp phân tử khối trung bình
M
:
Gọi 2 ankan A : CnH2n+2 (a mol) ; B : CmH2m+2 (b mol)
()
OHnnCOO
n
HC nn 22222 1
2
13 ++¾®¾
÷
ø
ö
ç
è
æ+
+
+
a an (mol)
()
OHmmCOO
m
HC mm 22222 1
2
13 ++¾®¾
÷
ø
ö
ç
è
æ+
+
+
b bm (mol)
nCO2 = an + bm = 1,3 (1)
mhh = (14n + 2)a + (14m +2)b = 19,2
ó 14(bm + an) + 2(a + b) = 19,2 (2)
Từ (1),(2) suy ra : a + b = 0,5 = nhh
=>
M
= mhh / nhh = 19,2/0,5 = 38,4
MA < 38,4 < MB = MA + 14
A CH4 C2H6 C
3
H
8 C4H10 …
MA 16 30 44 58 …
M
38,4 38,4 38,4 38,4 …
MB 30 44 58 72 …
Vậy A : C2H6
62
B : C3H8
II.2.1.5 - Phương pháp biện luận
1. Dựa vào giới hạn xác định CTPT của một hydrocacbon:
- Khi số phương trình đại số thiết lập được ít hơn số ẩn cần tìm, có thể biện luận dựa vào
giới hạn :
A : CxHy thì : y £ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ³ 1, nguyên.
- Nếu không biện luận được hay biện luận khó khăn có thể dùng bảng trị số để tìm kết quả.
- Điều kiện biện luận chủ yếu của loại toán này là : hóa trị các nguyên tố. Phương pháp
biện luận trình bày ở trên chỉ có thể áp dụng để xác định CTPT của một chất hoặc nếu nằm
trong 1 hỗn hợp thì phải biết CTPT của chất kia.
2. Biện luận theo phương pháp ghép ẩn số để xác định CTPT của một
hydrocacbon :
a) Các bước cơ bản :
Bước 1 : Đặt số mol các chất trong hỗn hợp là ẩn số.
Bứơc 2 : Ứng với mỗi dữ kiện của bài toán ta lập một phương trình toán học.
Bước 3 : Sau đó ghép các ẩn số lại rút ra hệ phương trình toán học. Chẳng hạn : a + b = P
(với a, b là số mol 2 chất thành phần)
an + bm = Q (với n, m là số C của 2 hydrocacbon thành phần)
Bước 4 : Để có thể xác định m, n rồi suy ra CTPT các chất hữu cơ thành phần, có thể áp
dụng tính chất bất đẳng thức :
Giả sử : n < m thì n(x + y) < nx + my < m(x + y)
nx+my
n<<m
x+y
Þ
Hoặc từ mối liên hệ n,m lập bảng trị số biện luận
- Nếu A, B thuộc hai dãy đồng đẳng khác nhau ta phải tìm x, y rồi thế vào phương trình nx
+ my = Q để xác định m, n Þ CTPT.
3. Một số phương pháp biện luận xác định dãy đồng đẳng và CTPT
hydrocacbon :
v Cách 1 : Dựa vào phản ứng cháy của hydrocacbon, so sánh số mol CO2 và số
mol H2O. Nếu đốt 1 hydrocacbon (A) mà tìm được :
* nH2O > nCO2 à (A) thuộc dãy đồng đẳng ankan
ptpư : n2n+2222
3n+1
CH + OnCO + (n+1)HO
2
¾¾®
* nH2O = nCO2 Þ (A) thuộc dãy đồng đẳng anken hay olefin
hoặc (A) là xicloankan
ptpư : n2n222
3n
2
¾¾®
63
* nH2O < nCO2 Þ (A) thuộc dãy đồng đẳng ankadien, ankin hoặc benzen
ptpư : n2n-2222
3n-1
CH + OnCO + (n-1)HO
2
¾¾®- ( đồng đẳng ankin hoặc ankadien)
n2n-6222
3n-3
CH + OnCO + (n-3)HO
2
¾¾®- ( đồng đẳng benzen)
v Cách 2 : Dựa vào CTTQ của hydrocacbon A :
* Bước 1 : Đặt CTTQ của hydrocacbon là :
CnH2n+2-2k (ở đây k là số liên kết p hoặc dạng mạch vòng hoặc cả 2 trong CTCT A)
Điều kiện k ³ 0, nguyên. Nếu xác định được k thì xác định được dãy đồng đẳng của A.
- k = 0 Þ A thuộc dãy đồng đẳng ankan
- k = 1 Þ A thuộc dãy đồng đẳng anken
- k = 2 Þ A thuộc dãy đồng đẳng ankin hay ankadien
- k = 4 Þ A thuộc dãy đồng đẳng benzen.
Để chứng minh hai ankan A, B thuộc cùng dãy đồng đẳng, ta đặt A : CnH2n+2-2k ; B :
CmH2m+2-2k’. Nếu tìm được k = k’ thì A,B cùng dãy đồng đẳng.
* Bước 2 : Sau khi biết được A,B thuộc cùng dãy đồng đẳng, ta đặt CTTQ của A là CxHy.
Vì B là đồng đẳng của A, B hơn A n nhóm –CH2- thì CTTQ của B :CxHy (CH2)n hay
Cx+nHy+2n.
* Bước 3 : Dựa vào phương trình phản ứng cháy của A, B, dựa vào lượng CO2, H2O, O2
hoặc số mol hỗn hợp thiết lập hệ phương trình toán học, rồi giải suy ra x, y, n à Xác định
được CTPT A, B.
v Cách 3 : dựa vào khái niệm dãy đồng đẳng rút ra nhận xét :
- Các chất đồng đẳng kế tiếp nhau có khối lượng phân tử lập thành một cấp số cộng
công sai d = 14.
- Có một dãy n số hạng M1, M2, …,Mn lập thành một cấp số cộng công sai d thì ta có
:
+ Số hạng cuối Mn = M1 + (n-1)d
+ Tổng số hạng S =
2
M1n
M+.n
+ Tìm M1, …, Mn suy ra các chất
Trong một bài toán thường phải kết hợp nhiều phương pháp.
Ví dụ :
Đốt cháy một hỗn hợp gồm 2 hydrocacbon A, B (có M hơn kém nhau 28g) thì thu
được 0,3mol CO2 và 0,5 mol H2O. Tìm CTPT & tên A, B
GIẢI :
Hydrocacbon A, B có M hơn kém nhau 28g Þ A, B thuộc cùng dãy đồng đẳng.
Cách 1 :
A, B + O2 ® CO2 + H2O
64
67,1
3,0
5,0
n
n
2
2
CO
OH == >1 Þ A, B thuộc dãy đồng đẳng ankan.
Đặt CTTB A, B : 2n2n HC +: a mol
O1)Hn(COnO
2
1n3
HC 222
2n2n ++®
+
+
+
a ® a
n
® a(
n
+1) (mol)
Ta có n
1n
3,0
5,0
n
n
2
2
CO
OH +
== Þ
n
= 1,5
Đặt CTTQ A, B : CnH2n+2 và CmH2m+2
Giả sử n< m Þ n< 1,5 Þ n = 1 Þ CTPT A : CH4 (M = 16)
Þ MB = 16 + 28 = 44 Þ CTPT B : C3H8.
Cách 2 : Đặt CTTQ A, B : CnH2n+2 : a mol và CmH2m+2 : b mol
Các ptpứ cháy :
Ok)H-1(nnCOO
2
k-13n
HC 2222k-22nn ++¾®¾
+
+
+
a an a(n+1-k) (mol)
Ok)H-1(mmCOO
2
k-13m
HC 2222k-22mm ++¾®¾
+
+
+
b bm b(m+1-k) (mol)
Ta có :
î
í
ì
=+++
=+
0,5k)b-1(mk)a-1(n
0,3bman
Þ (a+b)(1-k) = 0,2 Þ k = 0 vì chỉ có k = 0 thì phương trình mới có nghĩa.
Þ a + b = 0,2 và an + bm = 0,3
Giả sử n < m
Þ n(a+b) < m (a+b)
Þ n <
b
a
bmna
+
+
< m Þ n < 5,1
0,2
0,3 = < m
Biện luận tương tự cách trên suy ra CTPT A : CH4 và B : C3H8.
II.2.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN LẬP CTPT
HYDROCACBON
Bài 1 :
65
Cracking ankan A, người ta thu được một hỗn hợp khí B gồm 2 ankan và 2 anken. Tỉ
khối hơi của B so với H2 dB/H2 = 14,5. Khi dẫn hỗn hợp khí B qua dung dịch Br2 dư, khối
lượng hỗn hợp khí giảm đi 55,52%.
a) Tìm CTPT của A và các chất trong B.
b) Tính % thể tích các chất khí trong B.
GIẢI
Ở bài này dựa vào tính chất phản ứng cracking và áp dụng định luật bảo toàn khối
lượng để tìm MA kết hợp với phương pháp ghép ẩn số để giải.
hhB
M=14,5.2 = 29
Theo ĐLBT khối lượng : khối lượng A đem cracking = khối lượng hỗn hợp B
Þ mAtham gia pứ = mB (1)
Phản ứng cracking làm tăng gấp đôi số mol hydrocacbon nên
nB = 2nA tham gia pứ (2)
(1) chia (2) Þ hhB
M = ½ MA
Þ MA = 29.2 = 58
MA = 14n + 2 = 58 Þ n= 4
v CTPT A là C4H10
Các ptpu cracking A :
C4H10 ® CH4 + C3H6
a ® a a (mol)
C4H10 ® C2H6 + C2H4
b ® b b (mol)
Gọi A, B lần lượt là số mol A đã bị cracking theo 2 phản ứng trên.
hh B gồm : CH4 : a (mol)
C2H6 : b (mol)
C3H6 : a (mol)
C2H4 : b (mol)
Khi dẫn hh qua dd Br2 thì 2 anken bị hấp thụ.
Þ m2anken = 55,52%mB = 55,52%mA
Þ mC3H6 + mC2H4 = 55,52%.58 (a+b)
Û 42a + 28b = 32,2016 (a+b)
Û 9,7984a = 4,2016b Û b @ 2,3a (mol)
nB = 2(a + b) = 2 (a + 2,3a) = 6,6a (mol)
Ở cùng điều kiện, tỉ lệ số mol cũng chính là tỉ lệ về thể tích
Þ %CH4 = %C3H6 = %100*
6,6 a
a= 15%
%C2H6 = %C2H4 = %35%100*
6,6
3,2
%100*
6,6 == a
a
a
b
Bài 2 :