Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Rèn luyện kỹ năng giải bài tập về phản ứng cộng hiđro vào hiđrocacbon không no

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài là làm rõ tầm quan trọng của việc giải các bài tập hóa học trong việc dạy học Hóa học. Tìm ra phương pháp giải nhanh một số bài toán cộng H2 vào liên kết pi của hiđrocacbon không no và các bài toán liên quan.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Rèn luyện kỹ năng giải bài tập về phản ứng cộng hiđro vào hiđrocacbon không no

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ TĨNH TRƯỜNG THPT LÝ TỰ TRỌNG  SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: "RÈN LUYỆN KỸ NĂNG GIẢI BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG CỘNG HIĐRO VÀO HIĐROCACBON KHÔNG NO" Họ và tên: Nguyễn Thị Hồng Hương Tổ: Hóa học 1
Năm học 2012 – 2013 A. PHẦN ĐẶT VẤN ĐỀ: I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: ̣ Hiên nay vơi hinh th ́ ̀ ưc thi trăc nghiêm đoi hoi hoc sinh phai co kiên th ́ ́ ̣ ̀ ̉ ̣ ̉ ́ ́ ức sâu, ̣ rông thì mới hoan thanh bai kiêm tra trong môt th ̀ ̀ ̀ ̉ ̣ ơi gian ngăn. Do đo ngoai viêc giup ̀ ́ ́ ̀ ̣ ́ ̣ hoc sinh lĩnh h ội kiên th ́ ưc, giao viên cân h ́ ́ ̀ ướng dẫn hoc sinh cách ti ̣ ếp cận cać phương phap giai quyêt cac dang bai tâp môt cach nhanh chong, chinh xac. ́ ̉ ́ ́ ̣ ̀ ̣ ̣ ́ ́ ́ ́ Trong hệ thống kiến thức hóa học phổ thông thì hóa học hữu cơ là nội dung kiến thức khó đối với hầu hết học sinh vì vậy việc giải các bài tập luôn là thách thức đối với các em. Qua thực tế giảng dạy hóa học 11, tôi nhận thấy khi giải các bài tập hữu cơ học sinh thường gặp những khó khăn vì mỗi bài toán thường có nhiều phản ứng và chiều hướng của các phản ứng phụ thuộc vào các điều kiện khác nhau của bài toán. Do đó học sinh thường giải rất dài dòng, nặng về mặt thuật toán, thậm chí không giải được vì quá nhiều ẩn số. Vì vậy khi dạy phần kiến thức hiđrocacbon không no, tôi đã hệ thống các bài tập về phản ứng cộng H2 vào liên kết pi và đưa ra phương pháp giải chúng để rèn luyện kĩ năng giải bài tập, nâng cao tính sáng tạo và tạo hứng thú học tập cho các em. Xuất phát từ thực tế đó, tôi nghiên cứu đề tài "Rèn luyện kỹ năng giải bài tập về phản ứng cộng hiđro vào hiđrocacbon không no". II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Học sinh THPT lớp 11, học sinh ôn thi đại học, cao đẳng. III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Làm rõ tầm quan trọng của việc giải các bài tập hóa học trong việc dạy học Hóa học. Tìm ra phương pháp giải nhanh một số bài toán cộng H 2 vào liên kết pi của hiđrocacbon không no và các bài toán liên quan. 2
IV. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến phản ứng cộng hiđro vào hiđrocacbon không no (phản ứng hiđro hóa) và các phản ứng có liên quan. Nghiên cứu cơ sở lý luận về các phản ứng hóa học của các loại hiđrocacbon. Sắp xếp, phân dạng hệ thống câu hỏi, bài tập TNKQ về phản ứng cộng hiđro vào hiđrocacbon không no và các phản ứng liên quan . B. PHẦN GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Trong phân tử của các hiđrocacbon không no có chứa liên kết đôi C = C (trong đó có 1 liên kết σ và một liên kết π ) hoặc liên kết ba C C (1 σ và 2 π ). Liên kết π là liên kết kém bền vững nên khi tham gia phản ứng, chúng dễ bị đứt ra để tạo thành sản phẩm chứa các liên kết σ bền vững hơn. Trong giới hạn của đề tài tôi chỉ đề cập đến phản ứng cộng hiđro vào liên kết π của hiđrocacbon không no, mạch hở và dạng bài tập chủ yếu là hỗn hợp hiđrocacbon không no và hiđro (hỗn hợp X) qua xúc tác Ni nung nóng thu được hỗn hợp Y. Khi có mặt chất xúc tác như Ni, Pt, ... ở nhiệt độ thích hợp, hiđrocacbon không no cộng hiđro vào liên kết pi. Ta có sơ đồ: Cn H 2 n + 2 Cn H 2 n + 2 − 2 k 0 Hỗn hợp khí X gồm Ni ,t Hỗn hợp Y gồm Cn H 2 n + 2− 2 k dư H2 H 2 du , Phương trình hoá học tổng quát: CnH2n+22k + kH2 xuc tac t0 CnH2n+2 (k là số liên kết π trong phân tử) Tuỳ vào hiệu suất của phản ứng mà hỗn hợp Y có chứa hiđrocacbon không no dư hoặc hiđro dư hoặc cả hai còn dư. Dựa vào phương trình phản ứng tổng quát trên ta thấy: 1 liên kết pi phản ứng với 1 phân tử H2. Vậy 1 mol liên kết pi sẽ phản ứng với 1mol phân tử H2. Trong phản ứng cộng H2, số mol khí sau phản ứng luôn giảm (nX > nY) và số mol khí giảm chính bằng số mol khí H2 phản ứng: 3
nH 2 phản ứng = n X nY (1) Thật vậy, đặt nC H = a mol; nH 2 ban đầu = b mol n 2 n + 2− 2 k xuc tac CnH2n+22k + kH2 t0 CnH2n+2 Ban đầu: a b Phản ứng: x kx x Sau phản ứng: a x b kx x nX = a + b; nY = a + b kx => n X nY = kx = nH phản ứng 2 => Số mol hỗn hợp giảm bằng số mol H2 phản ứng. Mặt khác, theo định luật bảo toàn khối lượng thì tổng khối lượng các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng. Tức khối lượng hỗn hợp X bằng khối lượng hỗn hợp Y (mX = mY). mY m Ta có: MY = ; MX = X nY nX mX M n m n n d X/Y = X = X = X × Y = Y n Y ) M Y mY n X mY n X nY M X nY Từ đó ta có : d X/Y = = (2) MY nX Theo bảo toàn nguyên tố: Hai hỗn hợp X và Y chứa cùng số mol C và H nên: + Khi đốt cháy hỗn hợp X hay hỗn hợp Y đều cho ta các kết quả sau: nO2 (dùng để đốt cháy X) = nO2 (dùng để đốt cháy Y) nCO2 (đốt cháy X) = nCO2 (đốt cháy Y) (3) nH 2O (đốt cháy X) = nH 2O (đốt cháy Y) Do đó khi làm toán, nếu gặp hỗn hợp sau khi đi qua Ni/to đem đốt cháy (hỗn hợp Y) thì thay vì tính toán trên hỗn hợp Y (thường phức tạp hơn trên hỗn hợp X) ta có thể dùng phản ứng đốt cháy hỗn hợp X để tính số mol các chất như: n O2 pư, n CO2 , n H 2O . 4
+ Số mol hiđrocacbon trong X bằng số mol hiđrocacbon trong Y: nhiđrocacbon(X) = nhiđrocacbon(Y) (4) 1) Xét trường hợp hiđrocacbon trong X là anken Ta có sơ đồ: CnH2n+2 CnH2n Hçn hî p khÝX gåm xóc t¸ c, t0 CnH2n d Hçn hî p Y gåm H2 H2 d Phương trình hoá học của phản ứng: xuc tac CnH2n + H2 t0 CnH2n+2 Đặt n Cn H 2n = a; n H2 = b Nếu phản ứng cộng H2 hoàn toàn thì: + TH1: Hết anken, dư H2 n H2 pu = n Cn H 2n = n Cn H 2n +2 = a mol �� n Y = n Cn H 2n +2 + n H2 du = b n H2 du = b a Vậy: n H2 (X) = n Y (5) + TH2: Hết H2, dư anken n H2 = n Cn H 2n pu = n Cn H 2n +2 = bmol �� n Y = n Cn H 2n +2 + n Cn H2n du = a n Cn H 2n du = a b Vậy: nanken (X) = n(Y) (6) + TH3: Cả 2 đều hết n H2 = n Cn H 2n = n Cn H 2n +2 = a = bmol � n Y = n Cn H 2n +2 = a = b Vậy: n H2 (X) = nanken (X) = n Y (7) Nếu phản ứng cộng H2 không hoàn toàn thì còn lại cả hai: xuc tac CnH2n + H2 t0 CnH2n+2 Ban đầu: a b Phản ứng: x x x 5
Sau phản ứng: (ax) (bx) x nX = a + b nY = a – x + b – x + x = a + b – x = nX – x x = nX – nY . Kết luận: Dù phản ứng xảy ra trong trường hợp nào đi nữa thì ta luôn có: n H2 phản ứng = nanken phản ứng = nankan = nX – nY (8) Hoặc : VH2 phản ứng = Vanken phản ứng = VX – VY Do đó khi bài toán cho số mol hỗn hợp trước phản ứng là n X và số mol sau phản ứng là nY thì ta sử dụng kết quả này để tính số mol anken phản ứng. Nếu 2 anken có số mol a, b cộng hiđro với cùng hiệu suất h, ta có thể thay thế hỗn hợp hai anken bằng công thức tương đương: Ni Cn H 2n + H 2 t0 Cn H 2n+2 . Ví i: nanken ph¶n øng = n H 2 ph¶n øng (a+b).h Lưu ý: Không thể dùng phương pháp này nếu 2 anken cộng H2 không cùng hiệu suất. 2) Xét trường hợp hiđrocacbon trong X là ankin Phương trình phản ứng: xt CnH2n2 + H2 t0 CnH2n xt CnH2n2 + 2H2 t0 CnH2n+2 Nếu phản ứng không hoàn toàn, hỗn hợp thu được gồm 4 chất: anken, ankan, ankin dư và hiđro dư. Ta có sơ đồ : �Cn H 2n + 2 � � � �Cn H 2n −2 � �Cn H 2n � Hỗn hợp khí X gồm � � xt ,t 0 Hỗn hợp Y gồm � � �H 2 �Cn H 2n −2 du � � �H 2 du � Đặt nankin ban đầu = a, nH 2 = b và nanken = x, nankan = y thì nankin phản ứng = x + y; nH 2 phản ứng = x + 2y => nankin dư = a (x + y); nH 2 dư = b (x + 2y) nX = a + b; nY = nanken + nankan + nankin dư + nH 2 dư = (a + b) (x + 2y) = nX (x + 2y) Lưu ý: Trong trường hợp này, nH 2 phản ứng = x + 2y = n X nY nankin phản ứng. 6
Đồng thời với việc dựa vào điểm đặc biệt của phản ứng trên, khi giải dạng này ta thường kết hợp thêm phương pháp tự chọn lượng chất để bài toán trở nên đơn giản hơn khi tính toán nếu bài toán không cho lượng của các chất hoặc cho ở dưới dạng giá trị tổng quát. II. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN ÁP DỤNG: Dạng 1: Bài tập về phản ứng hiđro hóa: Sơ đồ bài toán có dạng: C n H 2 n + 2− 2 k Ni,t o ˆ Cn H 2 n + 2− 2 k dﾭ, hidrocacbon khong no X Y H 2 Cn H 2 n + 2 , H 2 d ﾭ Cách giải: Gồm các bước: Nếu bài toán cho giá trị ở dưới dạng tổng quát như a (gam), V (lít), n (mol) hoặc cho tỉ lệ thể tích hay tỉ lệ số mol hoặc tưởng như cho thiếu dữ kiện thì khi giải ta có thể tự chọn lượng chất và ta thường chọn 1 mol chất hoặc 1 mol hỗn hợp các chất phản ứng. Kết qủa giải bài toán không phụ thuộc vào lượng chất đã cho. Áp dụng các công thức: + mX = mY + nH 2 phản ứng = số mol hỗn hợp giảm = nX nY. M X nY + d X/Y = = MY nX + Vhiđrocacbon (Y) = Vhiđrocacbon (X) hoặc nhiđrocacbon (X) = nhiđrocacbon (Y). Nếu hiđrocacbon không no trong X là anken thì tùy vào từng bài toán mà có thể áp dụng các công thức (5), (6), (7), (8). Tính theo phương trình phản ứng nếu cần. Ví dụ 1: Trộn hiđrocacbon A với H2 có dư thu được hỗn hợp X có tỉ khối so với H 2 bằng 4,8. Cho X đi qua Ni nung nóng đến phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 bằng 8. Công thức phân tử của hiđrocacbon A là A. C3H6. B. C3H4. C. C4H6. D. C2H4. Hướng dẫn giải: M X = 4,8.2 = 9,6; M Y = 8.2 = 16 7
Vì phản ứng xảy ra hoàn toàn mà hiđro dư nên hiđrocacbon phản ứng hết. Tự chọn lượng chất, ta chọn 1 mol hỗn hợp X (nX = 1 mol) mX = mY = 9,6 (g) 9, 6 nY Từ công thức (2) ta có = => nY = 0,6 mol 16 1 nH 2 phản ứng = n X nY = 1 0,6 = 0,4 mol Phương trình phản ứng: xuc tac CnH2n+22k + kH2 t0 CnH2n+2 0, 4 0, 4 0,4 k k 0, 4 mhidrocacbon = mX mH 2 = 9,6 2(1 k ) 0, 4 mhidrocacbon nhidrocacbon = k => Mhidrocacbon = nhidrocacbon = 19k + 2 = 14n +2 2k n 3 => 14n = 21k => = => Hiđrocacbon là C3H4. Đáp án: B. k 2 Ví dụ 2 (tương tự ví dụ 1): Trộn hỗn hợp gồm 1 hiđrocacbon khí A và H2 (dư) thu được hỗn hợp X có tỉ khối so với H 2 bằng 6,1818. Cho X qua Ni đun nóng đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 bằng 13,6. Xác định công thức phân tử của hiđrocacbon A? (Đáp án: C3H4). Ví dụ 3: Hỗn hợp khí X chứa H2 và hai anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng. Tỉ khối của X đối với H2 là 8,3. Đun nóng X có mặt xúc tác Ni thu được hỗn hợp Y không 83 làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là . Công thức phân tử của hai 6 anken và phần trăm thể tích của H2 trong X là A. C2H4 và C3H6; 60% B. C3H6 và C4H8; 40% C. C2H4 và C3H6; 40% D. C3H6 và C4H8; 60% Hướng dẫn giải: 83 83 M X = 8,3.2 = 16,6; .2 = M Y = 6 3 Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có anken Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol) mX = 16,6 (g) 8
16,6 n Y 16,6.3 = n Y = n H2 (X) = = 0,6(mol) Dựa vào công thức (2) ta có: 83 1 83 3 n2 anken = 1 0,6=0,4 mol Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: Ta có: m2 anken = mX m H2 = 16,6 – 0,6.2 = 15,4 (g). 15, 4 Suy ra M 2anken = = 38, 5 14 n = 38,5 2
34 34 M X = 3,4.2 = 6,8; .2 = M Y = 6 3 Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có hiđrocacbon không no.Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol) mX = 6,8 (g) 6,8 n Y 6,8.3 = nY = = 0,6 (mol) Dựa vào công thức ta có: 34 1 34 ; 3 n phản ứng = 1 0,6 = 0,4 mol H2 xt CnH2n2 + 2H2 t0 CnH2n+2 1 1 Theo phương trình phản ứng: nankin (X) = n H 2 phản ứng = x 0,4 = 0,2 2 2 Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: (14n 2) × 0,2 + 2 × (1 0,2) = 6,8 . n = 2. CTPT: C2H2. Chọn đáp án: A. Ví dụ 6: Hỗn hợp khí X chứa H2 và một hiđrocacbon A mạch hở. Tỉ khối của X đối với H2 là 4,6. Đun nóng X có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp Y không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 11,5. Công thức phân tử của hiđrocacbon là A. C2H2 B. C3H4 C. C3H6 D. C2H4 Hướng dẫn giải: M X = 4,6.2 = 9,2; M Y = 11,5.2 = 23 Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có hiđrocacbon không no. Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol) mX = 9,2 (g) . 9,2 n Y 9,2 Dựa vào (2) ta có: = nY = = 0,4mol ; 23 1 23 Dựa vào (1) nH 2 phản ứng = 1 0,4 = 0,6 mol. Vậy A không thể là anken vì nanken = n hiđro pư = 0,6 mol (vô lý vì nX = 1 mol) loại C, D. Ta thấy phương án A, B đều có CTPT dạng CnH2n2. Với công thức này thì 10
1 1 nA (X) = n H 2 phản ứng = x 0,6 = 0,3 mol n H 2(A) = 1 0,3 = 0,7 mol 2 2 Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: (14n 2) × 0,3 + 2 × 0,7 = 9,2 . => n = 2. CTPT: C2H2. Chọn đáp án: B Ví dụ 7: (Đề TSCĐ năm 2009) Hỗn hợp khí X gồm H2 và C2H4 có tỉ khối so với He là 3,75. Dẫn X qua Ni nung nóng, thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He là 5. Hiệu suất của phản ứng hiđro hoá là A. 25% B. 20% C. 50% D. 40% Hướng dẫn giải: M X = 3,75.4 = 15; M Y = 5.4 = 20 Tự chọn lượng chất, chọn nX = 1 mol 15 n Y 15 Dựa vào (2) ta có: = nY = = 0,75mol ; 20 1 20 nH 2 phản ứng = nanken phản ứng = n X nY = 1 0,75 = 0,25 mol Áp dụng sơ đồ đường chéo : a mol C2H4 (28) 152=13 a 13 a=b=0,5 mol M=15 b 13 b mol H2 (2) 2815=13 0,25 H= ×100% = 50% . Đáp án: C. 0,5 Ví dụ 8: Trong một bình kín dung tích không đổi ở điều kiện tiêu chuẩn chứa etilen và H2 có bột Ni xúc tác. Đun nóng bình một thời gian sau đó đưa bình về nhiệt độ ban đầu. Cho biết tỉ khối hơi của hỗn hợp đầu và hỗn hợp sau phản ứng so với H 2 lần lượt là 7,5 và 9. Phần trăm thể tích của khí C2H6 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là A. 40% B. 20% C. 60% D. 50% Hướng dẫn giải: M X = 7,5.2 = 15; M Y = 9.2 = 18 Tự chọn lượng chất, ta chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (n X = 1 mol) mX = mY = 15 (g) 11
15 n Y 15 5 Từ công thức (2) ta có: = n Y = n H2 (X) = = (mol) 18 1 18 6 5 1 n C2H6 = 1 − = (mol) 6 6 %VC2H6 = (1/6 : 5/6) .100% = 20%. Chọn đáp án B. Ví dụ 9: Hỗn hợp X gồm 3 khí C3H4, C2H2 và H2 cho vào bình kín dung tích 8,96 lít ở điều kiện tiêu chuẩn, chứa một ít bột Ni. Nung nóng bình một thời gian thu được hỗn hợp khí Y. Biết tỉ khối của X so với Y là 0,75. Số mol H2 tham gia phản ứng là A. 0,75 mol B. 0,30 mol C. 0,10 mol D. 0,60 mol Hướng dẫn giải: 8,96 nX = = 0,4 (mol) 22,4 MX n Y nY Dựa vào (2) ta có: d X/Y = = = = 0,75 n Y = 0,3 (mol) M Y n X 0,4 => nH 2 phản ứng = 0,4 0,3 = 0,1 mol. Đáp án: C Ví dụ 10: Cho 4,48 lit hôn h ́ ̃ ợp khi X gôm CH ́ ̀ 4, C2H2, C2H4, C3H6, C3H8 và V lit khí H ́ 2 qua xuc tác Ni nung nóng đ ́ ến phan ̉ ứng hoàn toàn. Sau phan ̉ ưng ta thu đ ́ ược 5,2 lít hỗn hợp khi Y. Cac thê tích khí đo ́ ́ ̉ ở cùng điêu kiên. Th ̀ ̣ ể tích khí H2 trong Y là A. 0,72 lit ́ B. 4,48 lit ́ C. 9,68 lit ́ D. 5,20 lit́ Hướng dẫn giải: Ta có : Vhiđrocacbon (Y) = Vhiđrocacbon (X) = 4,48 lít Thể tích H2 trong Y là: 5,2 4,48 = 0,72 lít. Chọn đáp án: A. Dạng 2: Bài tập kết hợp phản ứng hiđro hóa với các phản ứng khác (phản ứng cộng brom, phản ứng cháy, ...) * Trường hợp kết hợp phản ứng hiđro hóa với phản ứng cộng brom: Sơ đồ dạng bài toán tổng quát thứ nhất: 12
a mol Cn H 2 n + 2− 2 k Ni,t o ˆ Cn H 2 n + 2−2 k dﾭ, hidrocacbon khong no Br2 ,d ﾭ X Y b mol H 2 Cn H 2 n + 2 , H 2 d ﾭ ˆ Z : H 2 dﾭ, Cn H 2 n + 2 (V lit , d) khong pu , brom (k là số liên kết π ) mbinh = m Cn H2 n+2−2 k d ﾭ+ m hidrocacbon khoˆ ng no Biết a, b trong X, biết VZ, dZ. Hỏi khối lượng bình dung dịch brom tăng bao nhiêu gam? Cách giải: Áp dụng phương pháp bảo toàn khối lượng: mX = mY = mtăng + mZ. Từ đó suy ra mtăng = mX mZ Sơ đồ dạng bài toán tổng quát thứ hai: a mol Cn H 2 n + 2− 2 k Ni,t o ˆ Cn H 2 n + 2−2 k dﾭ, hidrocacbon khong no Br2 ,d ﾭ X Y b mol H 2 Cn H 2 n + 2 , H 2 d ﾭ Tính lượng brom tham gia phản ứng? Cách giải: Tính số mol liên kết π trong hiđrocacbon không no ban đầu. Tính số mol liên kết π phản ứng dựa vào số mol H2 phản ứng (theo công thức nH 2 phản ứng = nX nY và 1 mol liên kết π phản ứng với 1 mol H2). Tính số mol liên kết π dư sẽ phản ứng với Br 2 (1 mol liên kết π phản ứng 1 mol Br2). Ví dụ 1: (Đề TSĐH khối A – 2008) Đun nóng hỗn hợp khí gồm 0,06 mol C2H2 và 0,04 mol H2 với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y. Dẫn toàn bộ hỗn hợp Y lội từ từ qua bình đựng dung dịch brom (dư) thì còn lại 0,448 lít hỗn hợp khí Z (ở đktc) có tỉ khối so với O2 là 0,5. Khối lượng bình dung dịch brom tăng là A. 1,04 gam. B. 1,64 gam. C. 1,20 gam. D. 1,32 gam. Hướng dẫn giải: * Cách thông thường: Viết phương trình phản ứng và tính theo phương trình phản ứng: C2H2 + H2 xt ,t 0 C2H4 (1) 0,01 0,01 0,01 C2H2 + 2H2 C2H6 (2) 0 xt ,t 13
0,01 0,02 0,01 Z gồm H2 dư và C2H6 có thể tích 0,448 lít (đktc) có d/O2 = 0,5. 0,448 M Z = 0,5× 32 = 16; n Z = = 0,02 (mol) . 22,4 Từ đó tính được: nH 2 dư = 0,01 mol; nC2 H 6 = 0,01 mol Từ (2) tính được nH 2 phản ứng = 0,02 => nH 2 phản ứng ở (1) = 0,04 (0,02 + 0,01) = 0,01 nC2 H 2 dư = 0,06 (0,01 + 0,01) = 0,04 mol Khối lượng bình đựng dung dịch brom tăng chính là khối lượng của 2 hi đrocacbon không no trong Y (C2H4 và C2H2 dư) mtăng = mC2 H 4 + mC2 H 2 dư = 0,01. 28 + 0,04.26 = 1,32 gam. Đáp án: D. * Cách giải nhanh: Ta có sơ đồ: Z : H 2 dﾭ , C 2 H 6 0, 06 mol C2 H 2 Ni,t o C2 H 4 , C2 H 2 dﾭ Br2 ,d ﾭ X Y (0, 448 lit, d Z/ O = 0,5) 0, 04 mol H 2 C 2 H 6 , H 2 d ﾭ 2 m = m C2 H 2d ﾭ+m C2H4 Khối lượng bình đựng dung dịch brom tăng m gam chính là khối lượng của 2 hiđrocacbon không no trong Y (C2H4 và C2H2 dư) Theo định luật bảo toàn khối lượng: mX = mY = mtăng + mZ 0,448 M Z = 0,5× 32 = 16; n Z = = 0,02 (mol) 22,4 m Z = 0,02 ×16 = 0,32 (gam) Ta có: 0,06.26 + 0,04.2 = mtăng + 0,32 mtăng = 1,64 – 0,32= 1,32 gam. Đáp án: D. Ví dụ 2: (tương tự ví dụ 1) (Đề TSĐH khối A – 2010) Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,02 mol C2H2 và 0,03 mol H2 trong một bình kín (xúc tác Ni), thu được hỗn hợp khí Y. Cho Y lội từ từ vào bình nước brom (dư), sau khi kết thúc các phản ứng, khối lượng bình tăng m gam và có 280 ml hỗn hợp khí Z (đktc) thoát ra. Tỉ khối của Z so với H 2 là 10,08. Giá trị của m là 14
A. 0,205 B. 0,585 C. 0,328 D. 0,620 Đáp án: C. Ví dụ 3: (Đề TSCĐ năm 2009) Hỗn hợp khí X gồm 0,3 mol H 2 và 0,1 mol vinylaxetilen. Nung X một thời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với không khí là 1. Nếu cho toàn bộ Y sục từ từ vào dung dịch brom (dư) thì có m gam brom tham gia phản ứng. Giá trị của m là A. 32,0 B. 8,0 C. 3,2 D. 16,0 Hướng dẫn giải: Vinylaxetilen có CTCT: CH 2 = CH C CH . Một phân tử vinylaxetilen có 3 liên kết π . 1 mol vinylaxetilen có 3 mol liên kết π => 0,1 mol vinylaxetilen có 0,3 mol liên kết π nX = 0,3 + 0,1 = 0,4 mol; mX = 0,3.2 + 0,1.52 = 5,8 gam mY = 5,8 gam 5,8 M Y =29 nY = = 0,2 mol . 29 Dựa vào (1) nH 2 phản ứng = nX nY = 0,4 0,2 = 0,2 mol. 1 mol liên kết π phản ứng với 1 mol H2 0,2 mol H2 phản ứng 0,2 mol liên kết π , còn lại 0,3 – 0,2 = 0,1 mol liên kết π sẽ phản ứng với 0,1 mol Br2. m Br2 = 0,1×160 = 16 gam . Chọn đáp án D. Ví dụ 4: (tương tự ví dụ 3) (Đề TSĐH khối B năm 2012) Hỗn hợp X gồm 0,15 mol vinylaxetilen và 0,6 mol H2. Nung nóng hỗn hợp X (xúc tác Ni) một thời gian, thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 bằng 10. Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng là A. 0 gam. B. 24 gam. C. 8 gam. D. 16 gam. Giải tương tự ví dụ 3 ta được đáp án: B. Nếu bài này giải theo cách thông thường là viết phương trình phản ứng thì phải viết nhiều phương trình phản ứng nên việc giải rất phức tạp, tính toán khó khăn do bài ra không cho hiệu suất phản ứng (hoàn toàn hay không hoàn toàn). Vì vậy nếu biết được điểm đặc biệt của phản ứng thì việc giải bài toán sẽ trở nên đơn giản hơn rất nhiều. * Trường hợp kết hợp phản ứng hiđro hóa với phản ứng cháy: 15
Sơ đồ: C n H 2 n + 2− 2 k Ni,t o ˆ Cn H 2 n + 2− 2 k dﾭ, hidrocacbon khong no X Y H 2 Cn H 2 n + 2 , H 2 d ﾭ Cách giải dạng bài này là áp dụng bảo toàn nguyên tố: Bảo toàn nguyên tố C và H + Đốt cháy Y cũng như đốt cháy X nO2 dùng đốt cháy X = nO2 dùng đốt cháy Y nCO2 sinh ra do X cháy = nCO2 sinh ra do Y cháy nH 2O sinh ra do X cháy = nH 2O sinh ra do Y cháy + nhidrocacbon trong X = nhidrocacbon trong Y Ví dụ 1: (Đề TSĐH khối A năm 2011) Hỗn hợp X gồm C2H2 và H2 có cùng số mol. Lấy một lượng hỗn hợp X cho qua chất xúc tác nung nóng, thu được hỗn hợp Y gồm C2H4, C2H6, C2H2 và H2. Sục Y vào dung dịch brom (dư) thì khối lượng bình brom tăng 10,8 gam và thoát ra 4,48 lít hỗn hợp khí (đktc) có tỉ khối so với H 2 là 8. Thể tích O2 (đktc) cần để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y là A. 22,4 lít. B. 26,88 lít. C. 44,8 lít. D. 33,6 lít. Hướng dẫn giải: Ta có sơ đồ: Z : H 2 dﾭ , C 2 H 6 a mol C2 H 2 Ni,t o C2 H 4 , C2 H 2 dﾭ Br2 ,d ﾭ X Y (4, 48 lit, d Z/ H 2 = 8) a mol H 2 C2 H 6 , H 2 d ﾭ m C2 H2d ﾭ+m C2 H4 = 10,8 g nC2 H 2 = nH 2 = a mX = mY = 10,8 + 0,2.16 = 14 gam 14 → 28a = 14 → a = = 0,5 28 Áp dụng bảo toàn nguyên tố C và H => Đốt cháy Y cũng như đốt cháy X 5 C2H2 + O2 t0 2CO2 + H2O 2 2H2 + O2 t0 2H2O 16
5 1 => nO2 = .0,5 + . 0,5 = 1,5 mol => VO2 = 1,5.22,4 = 33,6 lít. Đáp án: D. 2 2 Ví dụ 2: Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,06 mol C2H2, 0,05 mol C3H6 và 0,07 mol H2 với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y gồm C2H6, C2H4, C3H8, C2H2 dư, C3H6 dư và H2 dư. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y rồi cho sản phẩm hấp thụ hết vào dung dịch nước vôi trong dư. Khối lượng bình dung dịch tăng thêm là A. 5,04 gam. B. 11,88 gam. C. 16,92 gam. D. 6,84 gam. Hướng dẫn giải: Bảo toàn nguyên tố C và H => Đốt cháy Y cũng như đốt cháy X C2H2 + 2,5O2 2CO2 + H2O 0,06 mol 0,12 0,06 C3H6 + 4,5O2 3CO2 + 3H2O 0,05 0,15 0,15 2H2 + O2 2H2O 0,07 0,07 Σn CO2 = 0,12 + 0,15 = 0,27 mol; Σn H2O = 0,06 + 0,15 + 0,07 = 0,28mol Khối lượng bình tăng bằng khối lượng CO2 và khối lượng H2O Δm = 0,27× 44 + 0,28×18 = 16,92 gam . Chọn đáp án: C. Ví dụ 3: Cho 9,52 lít hỗn hợp khí A (đktc) gồm H2 và hai anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng đi qua bột Ni, nung nóng hoàn toàn thu được hỗn hợp khí B, giả sử tốc độ của hai anken phản ứng là như nhau. Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp B thu được 43,56 gam CO2 và 20,43 gam H2O. Công thức phân tử của hai anken là A. C2H4 và C3H6 B. C4H8 và C5H10 C. C5H10 và C6H12 D. C3H6 và C4H8 Hướng dẫn giải: nA = 9,52 : 22,4 = 0,425 (mol); n CO2 = 43,56 : 44 = 0,99 (mol) n H2O = 20,43 : 18 = 1,135 (mol) 17
Vì hàm lượng của C, H trong A và B là như nhau nên để đơn giản khi tính toán thay vì đốt B bằng đốt A. Đặt công thức chung cho 2 anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng là Cn H 2 n 3n Cn H 2n + O2 nCO 2 + nH 2O 2 x n x n x 2H2 + O2 → 2H2O y y Suy ra y = n H 2O n CO2 = 1,135 – 0,99 = 0,145 (mol) x = nA n H2 = 0,425 – 0,145 = 0,28 (mol) n = 0,99 : 0,28 = 3,53 3
Suy ra nY = x + y = n H 2O n CO2 = 0,3 – 0,2 = 0,1 (mol) = > số mol khí trước phản ứng là 0,3 mol. Ta có x + kx + y =0,3 => kx = 0,2 Mặt khác số mol CO2 sinh ra do Y cháy cũng bằng số mol CO 2 do hiđrocacbon X cháy nCO2 0, 2 nên n = = . Từ đó suy ra: n = k. Chọn đáp án: A. x x Ví dụ 5: (Kết hợp 2 dạng trên) Một hỗn hợp A gồm 0,12 mol C 2H2 và 0,18 mol H2. Cho A qua Ni nung nóng, phản ứng không hoàn toàn và thu được hỗn hợp B. Cho B qua bình dung dịch Br2 dư, thu được hỗn hợp khí X thoát ra. Đốt cháy hoàn toàn X rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy vào bình chứa dung dịch Ca(OH)2 dư, thu được 12 gam kết tủa và khối lượng bình tăng lên 8,88 gam. Tính độ tăng khối lượng của bình dung dịch Br2? Hướng dẫn giải: Ta có sơ đồ: 0,12 mol C 2 H 2 Ni,t o C2 H 4 , C2 H 2 dﾭ Br2 ,d ﾭ X { H 2 dﾭ , C2 H 6 A B 0,18 mol H 2 C2 H 6 , H 2 d ﾭ m = mC2 H 4 + mC2 H 2 dﾭ 12 nCO2 = n CaCO 3 = 100 = 0,12 mol; bảo toàn khối lượng mA = mB 8,88 − 0,12.44 mCO2 + mH 2O = m bình dd Ca(OH) 2 tăng = 8,88 gam => nH 2O = = 0, 2mol 18 mX = mC + mH = 0,12.12 + 0,2.2 = 1,84 gam. mbình dd brom tăng = mB mX = mA mX = 0,12.26 + 0,18.2 1,84 = 1,64 gam. 19
III. MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP DỤNG TƯƠNG TỰ: Bài 1: Hỗn hợp X gồm một anken A và H2 có khối lượng mol phân tử trung bình 10,67 đi qua Ni nung nóng thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H 2 bằng 8. Biết A phản ứng hết. Công thức phân tử của A là A. C3H6 B. C5H10 C. C4H8 D. C2H4 Bài 2: (Đề thi thử ĐH, CĐ 2011 của THPT Chuyên Hà Tĩnh)Hỗn hợp X gồm một hiđrocacbon A và H2 có tỉ khối so với H 2 là 4,8. Đun nóng X (có xúc tác Ni) đến khi phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 là 8. Hiđrocacbon A là A. C4H8. B. C3H6. C. C3H4. D. C2H2. Bài 3: Một hỗn hợp X gồm một hiđrocacbon mạch hở A có 2 liên kết π trong phân tử và H2 có tỉ khối so với H2 bằng 4,8. Nung nóng X với xúc tác Ni để phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 bằng 8. Công thức và thành phần % theo thể tích của A trong X là A. C3H4, 80%. B. C3H4, 20%. C. C2H2, 20%. D. C2H2, 80%. Bài 4: Một hỗn hợp X gồm một ankin và H2 có thể tích bằng 8,96 lít (đktc) và có khối lượng bằng 4,6 gam. Cho hỗn hợp X qua Ni nung nóng, phản ứng hoàn toàn cho hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với hỗn hợp X bằng 2. Số mol H 2 phản ứng, khối lượng và công thức phân tử của ankin là A. 0,2 mol H2; 4g C3H4 B. 0,16 mol H2; 3,6g C2H2 C. 0,2 mol H2; 4g C2H2 D. 0,3 mol H2; 2g C3H4 Bài 5: Hỗn hợp khí X chứa H2 và một anken. Tỉ khối của X đối với H 2 là 9. Đun nóng X có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp Y không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 15. Công thức phân tử của anken là A. C2H4 B. C3H6 C. C4H8 D. C4H6 Bài 6: (Bài 6.10 trang 43 sách bài tập Hoá 11) Hỗn hợp khí A chứa H2 và một anken. Tỉ khối của A đối với H2 là 6,0. Đun nóng nhẹ A có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp B không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 8,0. Xác định công thức phân tử và phần trăm thể tích từng chất trong hỗn hợp A và hỗn hợp B. 20