Khóa luận Phát triển năng lực nhận thức và tư duy cho học sinh Trung học phổ thông qua bài tập hóa học (Phần hiđrocacbon lớp 11- Nâng cao)

ilen, benzen và stiren bằng một hóa chất duy nhất. c. Phân biệt propan và xiclopropan Hướng dẫn giải a. Lấy mỗi chất một ít cho vào 7 ống nghiệm để thử. - Cho lần lƣợt các mẫu tác dụng với AgNO3 trong dung dịch NH3, ống nào kết tủa vàng là hex-1-in. C4H9–C ≡ CH + [Ag(NH3)2]OH C4H9 – C ≡ CAg↓+ H2O + 2NH3 H+,to 52 Cho 6 ống còn lại tác dụng với nƣớc brom, có 2 ống làm mất màu brom là stiren và hex-1-en. Sau đó đốt cháy cùng 1 lƣợng 2 chất rồi cho sản phẩm cháy qua bình đựng Ca(OH)2 dƣ, thấy chất nào kết tủa nhiều hơn là stiren. (Học sinh tự viết phƣơng trình HH của phản ứng). - Cho 4 ống còn lại tác dụng với dung dịch KMnO4 (đun nóng), chỉ có toluen làm mất màu dung dịch này. C6H5 – CH3 + 2KMnO4 C6H5COOK + 2MnO2 + KOH + H2O - Cho 3 ống còn lại tác dụng với HNO3 đặc + với H2SO4, ống nào tạo thành chất màu vàng (mùi hạnh nhân) đó là benzen. (HS tự viết phƣơng trình HH của phản ứng). - 2 chất còn lại đem đốt cháy rồi cho sản phẩm cháy qua bình đựng Ca(OH)2 dƣ, thấy chất nào kết tủa nhiều hơn là heptan. (HS tự viết phƣơng trình HH của phản ứng). b. Dựa vào tính chất vật lí ta thấy benzen và stiren là chất lỏng, cho tác dụng với nƣớc brom thì stiren làm mất màu. - Cho cùng một thể tích 4 khí còn lại đi qua 4 ống nghiệm đựng 4 thể tích bằng nhau cùng nồng độ dung dịch brom (đủ để phản ứng) ở điều kiện nhƣ nhau ta phân biệt đƣợc: + Ống không nhạt màu là metan. + Ống nhạt ít nhất là etilen. + Ống nhạt ít hơn là axetilen. + Ống nhạt nhiều nhất là vinyl axetilen. (HS tự viết phƣơng trình HH của phản ứng). c. Dẫn từng khí qua dung dịch brom, chất nào làm mất màu dung dich brom là xiclopropan. BrBr+ Br2 CH2 CH2 CH2 Khí nào không làm mất màu là propan. Bài 25 Nhận biết các lọ mất nhãn đựng: a. CH4, CO, CO2, SO2, NO2. b. C2H6, N2, H2, O2. to 53 c. Chỉ dùng dung dịch KMnO4 hãy nhận biết 3 chất lỏng benzen, toluen, stiren. Hướng dẫn giải a. Khí NO2 có màu nâu, nhận ra ngay. - Cho các khí còn lại lần lƣợt sục qua dung dịch brom, khí nào làm mất màu là SO2. Br2 + SO2 + 2H2O H2SO4 + 2HBr - Cho 3 khí còn lại lần lƣợt qua dung dịch PdCl2, khí nào cho kết tủa màu đen là CO. CO + PdCl2 + H2O Pd↓ + CO2 + 2HCl - Cho 2 khí còn lại qua dung dịch Ca(OH)2 dƣ, khí nào làm đục nƣớc vôi trong đó là CO2. CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 ↓ + H2O - Để nhận CH4 có thể làm nhƣ sau: * Cách 1.Cho tác dụng với Cl2, khí sinh ra làm đỏ giấy quỳ tím ẩm là CH4. (HCl làm đỏ quỳ tím ẩm). CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl * Cách 2. Đốt cháy khí rồi cho sản phẩm đi qua bình đựng Ca(OH)2 dƣ thấy xuất hiện kết tủa thì khí đó là CH4. b. Lần lƣợt cho các khí qua que đóm còn đỏ ở đầu, khí nào làm bùng cháy que đóm là khí O2. - Đốt cháy 3 khí còn lại, khí không cháy là N2, khí nào cháy khi làm lạnh cho hơi nƣớc là khí H2, khí nào cháy cho sản phẩm đi qua dung dịch Ca(OH)2 kết tủa trắng là C2H6. (HS tự viết phƣơng trình HH của phản ứng). c. Lần lƣợt cho dung dịch KMnO4 màu tím vào 3 mẫu thử. - Ở nhiệt độ thƣờng mẫu thử nào làm mất màu dung dịch thuốc tím là stiren. C6H5 – CH = CH2 + [O] C6H5 – CHOH – CH2OH - Đun nóng mẫu thử làm mất màu tím dung dich KMnO4 là toluen: C6H5CH3 + 3[O] C6H5COOH + H2O - Mẫu thử nào ở nhiệt độ thƣờng không làm mất màu tím dung dịch KMnO4 là C6H6 KMnO4 KMnO4 askt 54 Bài 26 a. Tách rời hỗn hợp khí gồm: propan, etilen, axetilen. b. Tinh chế etilen có lẫn etan, axetilen, khí sunfurơ, khí hiđro và khí nitơ bằng phƣơng pháp hóa học. Hướng dẫn giải a. Cho hỗn hợp đi qua dung dịch Ag2O trong NH3, axetilen bị giữ lại do phản ứng tạo kết tủa vàng. CH ≡ CH + 2[Ag(NH3)2]OH AgC ≡ CAg↓ + 2H2O + 4NH3 AgC ≡ CAg + 2HCl CH ≡ CH + 2AgCl↓ - Cho hỗn hợp khí còn lại tác dụng với HCl loãng thu lại axetilen. CH2 = CH2 + Br2 Br – CH2 – CH2 – Br Còn khí propan không tác dụng bay ra. - Từ Br – CH2 – CH2 – Br thu lại etilen. BrCH2 – CH2Br + Zn CH2 = CH2 + ZnBr2 b. Cho hỗn hợp khí lần lƣợt qua các bình chứa: - Dung dịch AgNO3 trong NH3 thì axetilen bị giữ lại do: CH ≡ CH + 2[Ag(NH3)2]OH AgC ≡ CAg↓ + 2H2O + 4NH3 - Dung dịch NaOH dƣ thì khí SO2 bị hấp thụ hết: SO2 + 2NaOH Na2SO3 + H2O - Sau cùng cho qua bình đựng dung dịch brom dƣ, etilen bị giữ lại còn các khí C2H6, H2 và N2 bay ra. CH2 = CH2 + Br2 Br – CH2 – CH2 – Br BrCH2 – CH2Br + Zn CH2 = CH2 + ZnBr2 Bài 27 Tinh chế một chất từ hỗn hợp: a. Tinh chế CH4 có lẫn CO, CO2, SO2, NH3. b. Tinh chế C2H6 có lẫn NO2, H2S, hơi nƣớc. c. Tinh chế C3H8 có lẫn NO, NH3, CO2. Hướng dẫn giải a. Cho hỗn hợp 5 khí sục qua dung dịch H2SO4 dƣ, chỉ NH3 bị giữ lại tạo muối , CH4, CO, CO2, SO2 thoát ra, thu lấy 4 khí này: 55 2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 Cho hỗn hợp 4 khí qua dung dịch NaOH dƣ, khí CH4 và CO không phản ứng ra khỏi dung dịch. Các khí SO2, CO2 tác dụng với NaOH nên bị giữ lại trong dung dịch. (HS tự viết phƣơng trình HH của phản ứng). Cho hỗn hợp 2 khí còn lại qua dung dịch PdCl2, chỉ có CO phản ứng, khí CH4 không phản ứng ta thu đƣợc. CO + PdCl2 + H2O Pd↓ + CO2 + 2HCl b. Cho hỗn hợp khí lội qua dung dịch NaOH dƣ, khí C2H6 không tác dụng với NaOH, không tan trong nƣớc thu đƣợc khí C2H6. Các khí H2S, NO2 do tác dụng với NaOH nên bị giữ lại, hơi nƣớc cũng bị giữ lại. H2S + 2NaOH Na2S + 2H2O 2NO2 + 2NaOH NaNO2 + NaNO3 + H2O c. Cho hỗn hợp 4 khí qua dung dịch H2SO4 dƣ, chỉ NH3 bị giữ lại tạo muối, C3H8, NO, CO2 thoát ra thu lấy 3 khí này. 2NH3 + H2SO4 (NH4)2 SO4 Cho hỗn hợp 3 khí còn lại sục qua dung dịch Ca(OH)2 dƣ, C3H8 và NO không tác dụng thoát ra, thu lại. Khí CO2 tác dụng tạo kết tủa trắng CaCO3. CO2 + Ca(OH)2 CaCO3↓ + H2O Cho hỗn hợp 2 khí qua bình khí O2, sau đó cho đi qua dung dịch NaOH dƣ, khí C3H8 không tác dụng, không tan trong nƣớc thu đƣợc C3H8. 2NO + O2 2NO2 NO2 + 2NaOH NaNO2 + NaNO3 + H2O Bài 28 Tinh chế một chất từ hỗn hợp: a. Benzen khỏi hỗn hợp với toluen và stiren. b. Toluen khỏi hỗn hợp với benzen và stiren. c. Stiren khỏi hỗn hợp với benzen và toluen. Hướng dẫn giải 56 Bột Fe H2SO4đặc,t o a. Cho hỗn hợp 3 chất tác dụng với nƣớc brom (có bột Fe làm xúc tác), toluen và stiren tác dụng, benzen không tác dụng nổi lên trên, phân thành 2 lớp, dùng cách chiết ta đƣợc benzen. C6H5 – CH3 + Br2 C6H4BrCH3 + HBr C6H5 – CH = CH2 + Br2 C6H5CHBr – CH2Br b. Cho hỗn hợp 3 chất tác dụng với nƣớc brom, stiren tác dụng, benzen và toluen không tác dụng nổi lên trên, phân thành 2 lớp, dùng cách chiết ta đƣợc bezen và toluen. Sau đó dùng phƣơng pháp chƣng cất phân đoạn ta đƣợc benzen (sôi ở 80 0C) còn lại là toluen (sôi ở 1110C). c. Cho hỗn hợp 3 chất tác dụng với dung dịch HCl, benzen và toluen không tác dụng nổi lên trên, stiren tác dụng và phân thành 2 lớp, dùng cách chiết ta thu đƣợc C6H5CHClCH3. C6H5CH = CH2 + HCl C6H5 – CHCl – CH3 Cho dung dịch trên tác dụng với NaOH đặc và đun nóng: C6H5 – CHCl – CH3 + NaOH C6H5–CHOH–CH3 + NaCl C6H5 – CHOH – CH3 C6H5 – CH = CH2 + H2O Nhƣ vậy ta đƣợc stiren. Bài 29 Trình bày phƣơng pháp tách riêng từng khí trong hỗn hợp sau: a. C2H6, C2H4, C2H2, CO2. b. C2H6, CO2, SO2, HCl Hướng dẫn giải a. Cho hỗn hợp đi qua bình (1) chứa nƣớc vôi trong dƣ, bình (2) chứa Br2, bình (3) chứa dung dịch [Ag(NH3)2]OH Ở bình (1) có phản ứng: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O Thu lấy kết tủa, cho tác dụng với dung dịch HCl thu đƣợc CO2: CaCO3 + 2HCl CO2 + H2O + CaCl2 Ở bình (2): to CH2 CH2Br BrCH2 CH2 + Br2 57 Điện phân nóng chảy C2H4 bị giữ lại dƣới dạng CH2Br – CH2Br. Thu lấy dung dịch này, đun nóng nhẹ với bột Zn ta đƣợc etilen: CH2 ++Br Zn ZnBr2CH2 CH2CH2Br Ở bình (3), C2H2 bị giữ lại dƣới dạng kết tủa vàng: CH ≡ CH + 2[Ag(NH3)2]OH AgC ≡ CAg + 4NH3 + 2H2O Lấy kết tủa tác dụng với HCl: AgC ≡ CAg + 2HCl CH ≡ CH  + 2AgCl ↓ C2H6 đi qua bình, không có phản ứng thu đƣợc dƣới dạng tinh khiết. b. Cho các mẫu qua dung dịch H2S, chỉ có mẫu khí SO2 tác dụng cho kết tủa màu vàng. SO2 + 2H2S 3S↓ + 2H2O Đốt S + O2 SO2 - Cho hỗn hợp 2 khí còn lại qua Ca(OH)2 dƣ, khí CO2 và HCl tác dụng, còn khí C2H6 không tác dụng bay ra ngoài: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3  + H2O Ca(OH)2 + 2HCl CaCl2 + 2H2O Lọc kết tủa, cho tác dụng với H2SO4: CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + CO2 + H2O Đem dung dịch còn lại cô cạn và điện phân nóng chảy: CaCl2 Ca + Cl2 Sau đó cho: H2 + Cl2 2HCl 2.1.2. PHẦN BÀI TẬP ĐỊNH LƢỢNG 2.1.2.1. Bài tập xác định dãy đồng đẳng 2.1.2.1.1. Chú ý về phƣơng pháp giải + So sánh số mol CO2 và số mol H2O Nếu: 2 2CO H O n < n  Dãy đồng đẳng ankan 2 2CO H O n = n  Dãy đồng đẳng anken hoặc monoxicloankan. ánh sáng to 58 2 2CO H O n > n  Dãy đồng đẳng ankin hoặc aren. Sau đó dựa vào M và khối lƣợng hỗn hợp, biện luận xác định dãy đồng đẳng. - Nếu đốt cháy hỗn hợp hiđrocacbon và cho toàn bộ sản phẩm vào bình nƣớc vôi trong (hoặc Ba(OH)2)) thu đƣợc: + Kết tủa và dung dịch có khối lƣợng tăng so với ban đầu: 2 2CO H O m + m = mkết tủa + mdd tăng + Kết tủa và dung dịch có khối lƣợng giảm so với ban đầu 2 2CO H O m + m = mkết tủa – mdd giảm 2.1.2.1.2. Bài tập minh họa Bài 30 Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon mạch hở cùng dãy đồng đẳng, hấp thụ hoàn toàn sản phẩm vào 1,8 lít dung dịch Ca(OH)2 0,05M thu đƣợc kết tủa và khối lƣợng dung dịch tăng 3,78 g. Cho Ba(OH)2 dƣ vào dung dịch thu đƣợc kết tủa và tổng lƣợng kết tủa cả 2 lần là 18,85 g. Dãy đồng đẳng của X là dãy nào? Hướng dẫn giải *Các thao tác giải bài tập + HS dựa vào khối lƣợng kết tủa và khối lƣợng tăng để tính số mol H2O theo công thức đã biết. + HS dựa vào số mol CO2 và H2O sinh ra để kết luận về dãy đồng đẳng theo biểu thức đã biết. + HS phải biện luận theo dữ kiện để kết luận về dãy đồng đẳng của X. Ca(OH)2 + CO2 CaCO3  + H2O a mol a mol a mol Ca(OH)2 + 2CO2 Ca(HCO3)2 b mol 2b mol b mol Ca(HCO3)2 + Ba(OH)2 BaCO3  + CaCO3  + 2H2O b mol b mol b mol 59   a + b = 1,8×0,05 = 0,09 100 a + b + 197b = 18,85     a = 0,04 b = 0,05    Theo đầu bài ta có: = mk.tủa + mtăng = 3,78 + 100 0,04 = 7,78 (g) = a + 2b = 0.14 (mol) = 7,78 - (0,14× 44) = 0,09 18 (mol) Dãy đồng đẳng của X có thể là ankin hoặc aren. Nhƣng đầu bài cho mạch hở nên 2 hiđrocacbon là ankin. *Tác dụng của bài tập - Rèn cho HS khả năng phân tích các dữ kiện đầu bài, từ đó tìm ra điểm mấu chốt để có thể kết luận đƣợc vấn đề. - Lƣu ý HS sử dụng hết các dữ kiện để tìm đáp số chính xác nhất. Bài 31 Cho 2 hiđrocacbon A và B đồng đẳng nhau, phân tử khối của X gấp đôi phân tử khối của Y. Dãy đồng đẳng của 2 hiđrocacbon là dãy nào? Hướng dẫn giải Gọi: A là CnH2n+2-2k và B là CmH2m+2-2k Vì phân tử khối của A gấp đôi B nên ta có: 14n + 2 – 2k = 2(14m + 2 – 2k) 14(n – 2m) = 2 – 2k  7(n – 2m) = 1 – k Vậy k = 1  A và B thuộc dãy đồng đẳng anken. Bài 32 a. Đốt cháy 6,72 lít khí (đktc) 2 hiđrocacbon cùng dãy đồng đẳng tạo thành 39,6 g CO2 và 10,8 g H2O. Xác định công thức chung của dãy đòng đẳng trên. Hướng dẫn giải a. Công thức chung của 2 hiđrocacbon n 2n+2-2k C H (k là số liên kết đôi, 2 liên kết đôi bằng 1 liên kết 3). 22n+2-2k 2 2n 3n +1- k C H + O nCO + (n +1- k)H O 2  mm + H2OCO2 CO2 n H2O n 60 0,3 0,3n 0,3(n +1- k) Số mol CO2 = 0,9 (mol) Số mol H2O = 0,6 (mol) Ta có: 2 2 CO H O n = 0,3n = 0,9 n = 3 n = 0,3(n +1- k) = 0,6 k = 2        Vậy công thức chung của dãy là: CnH2n-2. Bài 33 a. Đốt cháy hoàn toàn 2,8 g một hợp chất hữu cơ X rồi cho toàn bộ sản phẩm hấp thụ vào dung dịch NaOH thì khối lƣợng dung dịch này tăng 12,4 g, thu đƣợc 2 muối có khối lƣợng tổng cộng 19 g có tỉ lệ số mol là 1:1. Hãy xác định dãy đồng đẳng của X. b. Một hỗn hợp gồm hiđrocacbon A, B và H2 trộn lẫn theo tỉ lệ số mol 1:1:8, tất cả đƣợc cho vào bình kín có V không đổi chứa ít bột Ni, đun nóng để phản ứng xảy ra hoàn toàn rồi đƣa về nhiệt độ ban đầu thấy áp suất trong bình giảm 30%. Hỏi B thuộc dãy đồng đẳng nào? Xác định CTPT của A và B. Biết rằng hỗn hợp sau phản ứng có tỉ khối hơi so với H2 bằng 8. Hướng dẫn giải Đốt cháy hợp chất hữu cơ cho sản phẩm hấp thụ vào dung dịch NaOH tạo 2 muối, chứng tỏ hợp chất gồm C, H và có thể có O. Giả sử công thức của hợp chất là CxHyOz x y z 2 2 2 y z y C H O x + - O x CO H O 4 4 2 + +      CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O a mol a mol CO2 + NaOH NaHCO3 a mol a mol Theo đầu bài tỉ lệ 2 muối là 1:1 Ta có phƣơng trình: (106 + 84)a = 19  a = 0,1 (mol) Vậy tổng số mol CO2 = 0,2 (mol) 61 Tổng số gam nƣớc = 12,4 – (0,2  44) = 3.6 (g)  Số mol H2O = 0,2 (mol) mC = 0,2  12 = 2,4 (g) mH = (3,6:18)  2 = 0,4 (g) mO = 0 Vậy chất hữu cơ là CxHy 12x : y = 2,4 : 0,4  x : y = 2 : 4 = 1: 2 (CH2)n  CnH2n Dãy đồng đẳng chất X là anken. (Lƣu ý khi giải bài tập trên thấy số mol CO2 = số mol H2O thì cũng kết luận X thuộc dãy đồng đẳng anken). Hay theo cách khác: Giả sử công thức của hợp chất là CnH2n+2-2kOm n 2n+2-2k m 2 2 2 3n +1- k - m C H O O nCO (n +1- k) H O 2 + +  Nhƣ trên tính đƣợc số mol CO2 = số mol H2O = 0,2 (mol) Vậy ta có n = n +1 – k  1 – k = 0  k = 1 → X thuộc dãy đồng đẳng của anken. b. Gọi áp suất ban đầu là p và sau phản ứng là 0,7p. Ta có: p1 : p2 = n1 : n2 Mà theo đầu bài tỉ lệ số mol là: 1:1:8  Tổng số mol ban đầu là 10 (mol) Ta có: p : 0,7p = 10 : n2  n2 = 7 Với số mol A là: 1; B là 1 và H2 là 8 Nhƣ trên ta biết A là anken * Giả sử B là ankan: CnH2n + H2 CnH2n+2 1 mol 1 mol 1 mol Sau phản ứng có: 1 mol (A) CnH2n+2 mới tạo ra 1 mol (B) CmH2m+2 không phản ứng 7 mol H2 còn lại Tổng số mol sau phản ứng là n2 = 9 (loại). * Giả sử B là anken: Sau phản ứng có: 1 mol (A) CnH2n+2 mới tạo ra 1 mol (B) CmH2m+2 mới tạo ra 62 6 mol H2 còn lại Tổng số mol sau phản ứng là n2 = 8 (loại). * Giả sử B là ankin: Sau phản ứng có: 1 mol (A) CnH2n+2 mới tạo ra 1 mol (B) CmH2m+2 mới tạo ra 5 mol H2 còn lại Tổng số mol sau phản ứng là n2 = 7 M =16 = 1 1 2 2 3 3M a + M a + M a (14n + 2) + (14m + 2) + 2×5= 7 7  n + m = 7 Vì A, B ở thể khí nên 2 n, m 4  ta có các cặp nghiệm sau: n 3 4 m 4 3 Bài 34 a. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp hai hiđrocacbon đồng đẳng ở thể khí là X (có thể tích 2,24 lít ở 0oC, 1 atm) và Y rồi hấp thụ toàn bộ khí CO2 bằng dung dịch Ba(OH)2 dƣ đƣợc 133,96 g kết tủa. Xác định CTCT của X và Y, biết số mol cũng nhƣ số nguyên tử cacbon của X nhỏ hơn của Y và hỗn hợp X, Y tạo với dung dịch muối CuCl trong dung dịch NH3 13,68 g kết tủa. Tính hiệu suất phản ứng biết nó phải trên 70%. b. Trộn hiđrocacbon A (đồng đẳng của X, Y) với một hiđrocacbon B, rồi đốt cháy và dẫn toàn bộ sản phẩm vào bình đựng nƣớc vôi đƣợc 35 g kết tủa, và dung dịch có khối lƣợng tăng 12 g so với ban đầu. Dung dịch này khi tác dụng với kiềm dƣ lại cho 20 g kết tủa nữa. Xác định dãy đồng đẳng của B và CTPT của A, B biết chúng là chất lỏng ở điều kiện thƣờng và có tỉ lệ mol là 1:2. Tìm công thức cấu tạo A, B biết khi clo hóa hỗn hợp A, B bằng clo tỉ lệ mol 1:1 ở 800oC thu đƣợc tối đa 3 sản phẩm. Hướng dẫn giải a. X, Y phản ứng với CuCl trong dung dịch NH3 nên chúng là ankin. CnH2n-2 + 3n -1 2 O2 nCO2 + (n – 1)H2O 63 0,1 mol 0,1n mol CmH2m-2 + 3m -1 2 O2 mCO2 + (m – 1)H2O a mol am mol Ta có: Số mol CO2 = 0,1n + am = 133,96 : 197 = 0,68 ( a > 0,1; n < m)  0,68 - 0,1 > 0,1 n + m < 6,8 m  Mặt khác đây là các ankin nên n, m ≥ 2; n + m ≥ 5 - Nếu n + m = 5  n = 2; m = 3  C2H2; C3H4 và 0,68 - 0.2 a = = 0,16 3 - Nếu n + m = 6  n = 2; m = 4  C2H2; C4H6 và 0,68 - 0,2 a = = 0,12 4 Giả sử X, Y đều tham gia phản ứng tạo kết tủa đó, thì hiệu suất phản ứng: + Đối với cặp: C2H2; C3H4 C2H2 + 2CuCl + 2NH3 C2Cu2↓ + 2NH4Cl 0,1 mol 0,1 mol C3H4 + CuCl + NH3 C3H3Cu↓ + NH4Cl 0,16 mol 0,16 mol 13,68×100 h% = = 43,18% 0,1×152 + 0,16×103 + Đối với cặp: C2H2; C3H4 C4H6 + CuCl + NH3 C4H5Cu↓ + NH4Cl 0,12 mol 0,12 mol 13,68×100 h% = = 46,78% 0,1×152 + 0,16×117 Cả 2 trƣờng hợp hiệu suất đều < 70%. Vậy Y không tham gia phản ứng với Cu + trong dung dịch NH3, do đó Y là C4H6 và X, Y có công thức cấu tạo là : CH≡CH; CH3–C≡C–CH3 64 13,68×100 h% = = 90% 0,1×152 b. Xác định A, B: Phản ứng cháy CnH2n-2 + 3n -1 2 O2 nCO2 + (n – 1)H2O a mol an mol (n – 1)a mol CxHy + O2 xCO2 + y 2 H2O b mol bx mol by/2 mol Phản ứng hấp thụ CO2: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3↓ + H2O 0,35 mol 0,35 mol 2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 0,4 mol 0,2 mol Ca(HCO3)2 + 2NaOH Na2CO3 + CaCO3  + 2H2O (3) 0,2 mol 0,2 mol Số mol CO2 = 0,35 + 0,2 2 = 0,75 (mol) Số mol H2O = (12,4 – 0,75× 44 + 35 18 = 0,8 (mol) Từ đây ta có hệ: an + bx = 0,75 by a(n -1) + = 0,8 2      y = 2x + 2  a + 0,05 b  y > 2x Vậy B là ankan và vì nhƣ vậy nên: 2  a + 0,05 b = 2  b = a + 0,05 (1) Mặt khác theo đầu bài: a : b = 1 : 2  b = 2a (2) Giải (1), (2) ta đƣợc: a = 0,05, b = 0,1 (3) Thay (3) vào phƣơng trình ở trên: 0,05n + 0,1x = 0,75  n + 2x = 15 Vì n ≥ 2  15 – 2x ≥ 2  x ≤ 6,5 A, B đều là chất lỏng nên x ≥ 5. Nghiệm phù hợp là n = x = 5 y x + 4 65 A : C5H8 ; B: C5H12 Theo điều kiện phản ứng clo hóa là phản ứng thế đối với cả A và B: C5H8 + Cl2 C5H7Cl + HCl C5H12 + Cl2 C5H11Cl + HCl Vì số sản phẩm thế tối đa là 3, nên A hoặc B tối đa chỉ đƣợc 2 sản phẩm: trong các đồng phân của A chỉ có cho số sản phẩm thế ít nhất là 2: Còn B phải có 1 sản phẩm thế nên B có cấu tạo là: Bài 35 Đốt cháy hoàn toàn 24,64 lít (27,30C, 1atm) hỗn hợp khí A gồm 3 hiđrocacbon đồng đẳng liên tiếp, thu đƣợc sản phẩm cho hấp thụ hết vào một bình nƣớc vôi trong dƣ thì khối lƣợng toàn bình tăng 149,4 g và khi lọc thu đƣợc 270 g kết tủa. a. Xác định dãy đồng đẳng và tính khối lƣợng của hỗn hợp A. b. Xác định công thức phân tử và tính số mol mỗi hiđrocacbon, biết số mol của hiđrocacbon có khối lƣợng phân tử nhỏ nhất bằng một nửa tổng số mol hỗn hợp. c. Xác định công thức cấu tạo của các hiđrocacbon, biết rằng khi hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch Ag2O trong NH3 thì thu đƣợc 164,1 g kết tủa. Hướng dẫn giải Số mol A = 1 (mol) a. Ca(OH)2 dƣ nên chỉ có 1 phản ứng: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3↓ + H2O Khối lƣợng CO2 = 44× 270 = 118,8 100 (g)  Số mol CO2 = 2,7 (mol) Khối lƣợng H2O = 149,4 – 118,8 = 30,6 (g)  Số mol H2O = 1,7 (mol) Gọi công thức chung của các hiđrocacbon trong A là: n 2n+2-2k C H (k là số liên kết đôi) Phƣơng trình đốt cháy: CH CH3C CH CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 C 66 22n+2-2k 2 2n 3n +1- k C H + O nCO + (n +1- k)H O 2  1 mol n mol (n +1- k) mol 1 mol 2,7 mol 1,7 mol Theo phƣơng trình: n = 2,7 (1) Vì 3 hiđrocacbon liên tiếp nên chọn n = 2, 3, 4. Theo phƣơng trình ta có: ( n +1- k) = 1,7 (2) Thay (1) vào (2): 1,7 = 2,7 + 1 – k  k = 2. Vậy các hiđrocacbon này là ankin: C2H2; C3H4; C4H6 b. Số mol C2H2 = 1: 2 = 0,5 C3H4 + 4O2 3CO2 + 2H2O a mol 3a mol 2a mol C4H6 + 5,5O2 4CO2 + 3H2O b mol 4b mol 3b mol C2H2 + 2,5O2 2CO2 + H2O 0,5 mol 1 mol 0,5 mol Số mol CO2 do C3H4 và C4H6 sinh ra là : 2,7 – 1 = 1,7 (mol) Số mol H2O do C3H4 và C4H6 sinh ra là : 1,7 – 0,5 = 1,2 (mol) Ta có: a + b = 0,5 3a + 4b = 1,7     a = 0,2 b = 0,3    CH ≡ CH + 2[Ag(NH3)2]OH AgC ≡ CAg↓ + 2H2O + 4NH3 0,5 mol 0,5 mol CH3–C≡CH + [Ag(NH3)2]OH CH3–C≡C–Ag↓ + H2O + 2NH3 0,3 mol 0,3 mol Khối lƣợng Ag2C2 = 240  0,5 = 120 (g) Khối lƣợng C3H3Ag = 147  0,3 = 44,1 (g) Với 2 kết tủa này khối lƣợng là 164,1 g. Vậy C4H6 không tham gia phản ứng nên công thức là CH3–CH ≡CH–CH3. 67 2.1.2.2. Bài tập xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo Dạng 1. Hỗn hợp hai hiđrocacbon đồng đẳng kế tiếp 2.1.2.2.1. Chú ý về phƣơng pháp giải Phƣơng pháp 1: Tìm M Giả sử A B A BM < M ;M < M < M . Giải bất phƣơng trình tìm đƣợc CTPT. Phƣơng pháp 2: - Phải tính hai tổng sau: x + y = ? nx + my = ? (Với x, y là số mol của 2 hiđrocacbon cùng dãy đông đẳng mà số nguyên tử cacbon tính theo n, m). - Thông thƣờng dựa vào khối lƣợng của hỗn hợp hay khối lƣợng hay thể tích CO2 sinh ra do phản ứng đốt cháy. - Tìm n, m bằng cách biện luận (lƣu ý m = n + 1) 2.1.2.2.2. Bài tập minh họa Bài 36 Một hỗn hợp gồm hai chất đồng đẳng ankan kế tiếp có khối lƣợng 24,8 g và thể tích tƣơng ứng là 11,2 lít (ở đktc). a. Xác định CTPT của 2 ankan trên. b. Tính % theo thể tích của 2 ankan. Hướng dẫn giải *Các thao tác giải bài tập + HS sẽ lấy một chất tƣơng đƣơng làm đại diện cho hai chất đồng đẳng. + HS có thể tìm M hay n + HS dựa vào điều kiện là đông đẳng liên tiếp suy ra 2 chất đồng đẳng bằng biểu thức đã biết (so sánh M với MA và MB hay n với n1 và n2) a. Cách 1: hh lithh m × 22,4 24,8× 22,4 M = = = 49,6 V 11,2 Giả sử: Đặt công thức 2 ankan là n 2n+2 C H 68 Ta có: MA < MB thì A BM < M < M  14n1 + 2 < 49,6 < 14n2 + 2  n1 < 3,4 < n2 Vì A, B là 2 đồng đẳng kế tiếp nên n1 = 3 và n2 = 4 A là C3H8 và B là C4H10. Cách 2: Số mol hỗn hợp bằng 0,5 (mol) Gọi x và y lần lƣợt là số mol của A và B. Khối lƣợng hỗn hợp mhh = mA + mB  nx + n’y = 1,7 Ta có: x + y = 0.5 nx + n'y = 1,7    Giả sử n1 < n2 ta có 1 2 nx + n'y n < = n < n x + y  n1 < 3,4 < n2 Nên n1 = 3 A C3H8 và n2 = 4 B là C4H10 b. Học sinh tự giải. *Tác dụng của bài tập + Rèn khả năng khái quát hóa vấn đề để nhận định hƣớng giải bài tập. + Rèn cho HS khả năng phân tích đầu bài qua những dữ kiện đƣợc biết. Bài 37 Cho 5,6 lít hỗn hợp hai anken là đồng đẳng kế tiếp nhau hợp nƣớc (có xúc tác) đƣợc hỗn hợp 2 ancol. Thu hỗn hợp này ở dạng khan rồi chia làm 2 phần bằng nhau. Phần thứ nhất phản ứng hết với Na dƣ thu đƣợc 840 ml khí. Đốt cháy hết phần thứ hai rồi cho sản phẩm cháy hấp thụ vào bình đựng NaOH dƣ thì khối lƣợng bình tăng 13,75 gam. a. Xác định CTPT và CTCT của 2 anken. b. Tính % số mol mỗi anken đã biến thành ancol. Biết rằng trong hỗn hợp ban đầu anken có khối lƣợng phân tử lớn hơn chiếm 60% thể tích. Các khí đo ở đktc Hướng dẫn giải Số mol anken = 0,25 (mol) Số mol H2 = 0,0375 (mol) a. Đặt CTPT của 2 anken là n 2n C H (x mol) 69 Ta có : x = 0,25 (mol) - Đặt y là số mol 2 anken đã hợp nƣớc - Viết phƣơng trình phản ứng hợp nƣớc của anken, ancol tác dụng với Na, đốt cháy rƣợu. Ta có: 0,25 y = 0,0375  y = 0,15 ny (n +1)y 44 + 18 = 13,75 n = 2,6 2 2 n < 2,6 < m Vậy theo đầu bài thì n = 2 CH2═CH2 m =3 CH2═CH–CH3 b. Gọi a và b lần lƣợt là số mol của 2 olefin ta có: Theo đề bài: a : b = 0,4 : 0,6  b = 1,5a Mà a + b = x = 0,25  a = 0,1 và b = 0,15 Gọi c và d lần lƣợt là số mol của 2 anken chuyển thành rƣợu. Ta tính đƣợc c = 0,05 và d = 0,1 Vậy: % số mol C2H4 = x : a = 0,05 : 0,1 = 50 % % số mol C3H6 = y : b = 0,1: 0,15 = 66,67 % Bài 38 Một hỗn hợp X gồm hiđrocacbon liên tiếp nhau trong dãy đồng đẳng có khối lƣợng mol trung bình là 64. Ở nhiệt độ 1000C, hỗn hợp này ở thể khí, còn khi làm lạnh đến nhiệt độ phòng thì một số chất trong đó bị ngƣng tụ. Các chất ở trạng thái khí có khối lƣợng mol trung bình là 54, còn các chất lỏng có khối lƣợng mol trung bình là 74. Tổng khối lƣợng phân tử của hỗn hợp bằng 252. a. . Xác định CTPT biết rằng khối lƣợng phân tử của chất nặng bằng 2 lần khối lƣợng phân tử của chất nhẹ nhất. b. Tính tỉ lệ thể tích mỗi hiđrocacbon trong X. c. Viết các đồng phân (kể cả đồng phân cis-trans) và gọi tên của các chất có 5 nguyên tử cacbon đã xác định ở trên. Hướng dẫn giải a. Gọi a1, a2, a3,…, an là khối lƣợng mol phân tử các chất kế tiếp trong dãy đồng đẳng lập thành cấp số cộng có công sai là 14. Theo đầu bài: an = 2a1 (1) 70 Theo tính chất cấp số cộng: an = a1 + (n – 1)14  a1 = (n – 1)14 (2) Tổng số hạng: Sn = (a1 + an) n 2 = 252  3a1  n = 504  a1 = 168 : n (3) Từ (2) và (3)  (n – 1)14 = 168 : n  n 2 – n – 12 = 0 Giải phƣơng trình đƣợc: n = 4 và n < 0 * n = 4  a1 = 42 ứng với C3H6 a2 = 56 ứng với C4H8 a3 = 70 ứng với C5H10 a4 = 84 ứng với C6H12 b. Chất khí ở nhiệt độ phòng: C3H6 và C4H8 có M = 54 Chất lỏng ở nhiệt độ phòng: C5H10 và C6H12 có M = 54 Xét 1 mol hỗn hợp ban đầu gồm: x mol C3H6, y mol C4H8, z mol C5H10 và t mol C6H12. Ta có: x + y + z + t = 1 (4) hhM = 42x + 56y + 70z + 84t = 64 (5) khi' 42x + 56y M = = 54 x + y  y = 6x (6) ch.lg 70z + 84t 2z M = = 74 t = z + t 5  (7) Giải (4, 5, 6, 7) ta đƣợc: 1 x = 14 ; 6 y = 14 ; 5 z = 14 ; 2 t = 14 Tỉ lệ mol: x : y : z : t = 1 : 6 : 5 : 2 Vậy tỉ lệ thể tích cũng là tỉ lệ số mol: 3 6 4 8 5 10 6 12C H C H C H C H V V V V: : : = 1 : 6 : 5 : 2 c. Học sinh tự viết đồng phân và gọi tên. Dạng 2 Hỗn hợp hai hiđrocacbon đồng đẳng không kế tiếp 2.1.2.2.3. Chú ý về phƣơng pháp giải 71