Ôn tập có lời giải

(1)

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ ANKAN

I. Phản ứng thế Cl2, Br2 (phản ứng clo hĩa, brom hĩa)

Dạng bài tập thường gặp nhất liên quan đến phản ứng thế clo, brom là tìm cơng thức cấu tạo của ankan.

Phương pháp giải

Tính khối lượng mol của sản phẩm hoặc khối lượng mol trung bình của hỗn hợp sản phẩm để tìm số nguyên tử cacbon của ankan hoặc mối liên hệ giữa số nguyên tử cacbon và số nguyên tử clo, brom trong sản phẩm thế. Từ đĩ xác định được số nguyên tử cacbon, clo, brom để suy ra cơng thức phân tử của ankan và sản phẩm thế. Dựa vào số lượng sản phẩm thế để suy ra cấu tạo của ankan và các sản phẩm thế.

PS : Nếu đề bài khơng cho biết sản phẩm thế là monohalogen, đihalogen,… thì ta viết phản ứng ở dạng tổng quát :

as, to

n 2n 2 2 n 2n 2 x x

C H _  xBr  C H _{ } Br  xHBr hoặc C H_n _{2n 2}_  xCl₂ ^as C H_n _{2n 2 x}_{ } Cl_x  xHCl

► Các ví dụ minh họa ◄

Ví dụ 1: Ankan Y phản ứng với clo tạo ra 2 dẫn xuất monoclo cĩ tỉ khối hơi so với H2 bằng 39,25. Tên của Y là : A. butan. B. propan. C. iso-butan. D. 2-metylbutan.

Phân tích và hướng dẫn giải

+ Vì khối lượng mol của dẫn xuất monoclo tạo ra từ Y đã biết, nên dễ dàng tìm được số nguyên tử C của Y và tên gọi của nĩ.

n 2 n 1

as

n 2n 2 2 n 2n 1

ankan Y dẫn xuất monoclo

C H Cl 3 8

2 2 3

3 2 3 2

Phương trình phản ứng :

C H Cl C H Cl HCl

M 14n 36,5 39,25.2 n 3 Y là C H (propan) Phản ứng tạo ra hai dẫn xuất monoclo :

CH Cl CH CH HCl

CH CH CH Cl



 



  

      



  

3 3

CH CHCl CH  HCl

Ví dụ 2: Khi brom hĩa một ankan X chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất cĩ tỉ khối hơi đối với hiđro là 75,5. Tên của ankan đĩ là:

A. 2,2,3,3-tetrametylbutan. B. 3,3-đimetylhecxan.

C. 2,2-đimetylpropan. D. isopentan.

(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT Chuyên Hà Giang, năm 2015) Hướng dẫn giải

+ Dựa vào số lượng sản phẩm dẫn xuất monobrom và khối lượng mol của nĩ, dễ dàng tìm được số nguyên tử C và cơng thức cấu tạo cũng như tên gọi của X.

o

n 2 n 1

o

as, t

n 2n 2 2 n 2n 1

ankan X dẫn xuất monobrom

C H Br 5 12

as

5 12 2 t

C H Br C H Br HBr

M 14n 81 75,5.2 n 5 X là C H .

C H Br dẫn xuất monoclo duy nhất X là 2,2 đimetylpropan Phản ứn



 



  

      

    

 g tạo ra dẫn xuất monoclo duy nhất :

as 1:1

(2)

CH₃ C CH₃ + Br₂ CH₃

CH₃

CH₃ C CHBr + HBr CH₃

CH₃

Ví dụ 3: Khi cho ankan X (trong phân tử cĩ phần trăm khối lượng hiđro bằng 16,28%) tác dụng với clo theo tỉ lệ số mol 1 : 1 (trong điều kiện chiếu sáng), chỉ thu được 2 dẫn xuất monoclo đồng phân của nhau. Tên của X là

A. butan. B. 2,3-đimetylbutan. C. 3-metylpentan. D. 2-metylpropan.

(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT Thị Xã Quảng Trị, năm 2015) Hướng dẫn giải

+ Dựa vào phần trăm khối lượng của hiđro trong X, sẽ tìm được cơng thức phân tử của nĩ. Kết hợp với giả thiết về số lượng sản phẩm monoclo tạo thành từ X sẽ suy ra được cơng thức cấu tạo và tên của X.

n 2n 2

6 14

2

X là C H n 6

%H 2n 2 16,28 X là C H

%C 12n 83,72

X Cl 2 dẫn xuất monoclo X là 2,3 đimetylbutan Phương trình phản ứng :

 

  

    



    



CH₃ CH CCl CH₃ + HCl CH₃

CH₃ CH₃ CH CH CH₃ + Cl₂

CH₃ CH₃

CH₃ CH CH CH₂Cl + HCl CH₃

CH₃

Ví dụ 4: Khi clo hĩa metan thu được một sản phẩm thế X chứa 89,12% clo về khối lượng. Cơng thức của sản phẩm là :

A. CH3Cl. B. CH2Cl2. C. CHCl3. D. CCl4. Phân tích và hướng dẫn giải

+ Trong phản ứng thế clo vào metan, mỗi nguyên tử H được thay thế bởi một nguyên tử Cl. Do đĩ, cĩ thể xây dựng cơng thức sản phẩm thế X ở dạng tổng quát. Mặt khác, phần trăm khối lượng Cl trong X đã biết nên dễ dàng tìm được số nguyên tử H bị thay thế và cơng thức của X.

as

4 2 4 n n

X

3

CH nCl CH Cl nHCl

Ta có: n 3

X là CHCl 35,5n

%Cl trong X 89,12%

16 34,5n

    

  

 

  

   

 



Ví dụ 5: Khi tiến hành phản ứng thế giữa ankan X với hơi brom cĩ chiếu sáng người ta thu được hỗn hợp Y chỉ chứa hai chất sản phẩm. Tỉ khối hơi của Y so với khơng khí bằng 4. Tên của X là :

A. 2,2-đimetylpropan. B. 2-metylbutan.

C. pentan. D. etan.

+ Ankan X tác dụng với hơi brom tạo ra hỗn hợp Y gồm hai chất sản phẩm. Suy ra trong Y chỉ cĩ một dẫn xuất brom duy nhất, chất cịn lại là HBr.

as as, to

(3)

+ Dựa vào phản ứng và tỉ khối của Y so với khơng khí sẽ thiết lập được phương trình tốn học với hai ẩn số là số nguyên tử C và số nguyên tử Br trong dẫn xuất. Biện luận để tìm n và x, từ đĩ suy ra tên gọi của X.

as

n 2n 2 2 n 2n 2 x x

ankan X hỗn hợp Y gồm 2 chất

Y

C H xBr C H Br xHBr

14n 2 79x 81x x 1

M 116 14n 44x 114

1 x n 5

Vậy X là 2,2 đimetylpropan . Vì nếu không thì Y sẽ có nhiều hơn 2

  



  

    

         

  chất.



CH₃ C CH₃ + Br₂ CH₃

CH₃

CH₃ C CHBr + HBr CH₃

CH₃

Ví dụ 6: Cho 8,0 gam một ankan X phản ứng hết với clo chiếu sáng, thu được 2 chất hữu cơ Y và Z

2 2

Y Z

H H

(d d 43). Sản phẩm của phản ứng cho đi qua dung dịch AgNO3 dư, thu được 86,1 gam kết tủa. Tỉ lệ mol Y : Z là :

A. 1 : 4. B. 4 : 1. C. 2 : 3. D. 3 : 2.

+ Dựa vào tỉ khối hơi so với hiđro của hai sản phẩm thế Y, Z, dễ dàng tìm được cơng thức của Y, Z và X. Biết được số mol của X, số mol AgCl kết tủa sẽ tìm được tỉ lệ mol của Y, Z.

2 2

YH ZH n 2n 1 n 2n 2 3

Z 2 2

Y Z

d d 43 Y là C H Cl; Z là C H Cl n 1; Y là CH Cl

M 14n 71 86 Z là CH Cl

M M 86

      

  

  

  

 

    



+ Phương trình phản ứng :

as

4 2 3

as

4 2 2 2

3 3

CH Cl CH Cl HCl

mol : x x x

CH 2Cl CH Cl 2HCl

mol : y y 2y

HCl AgNO AgCl HNO

mol : x 2y x 2y

  

 

  

 

   

  

Theo các phản ứng và giả thiết, ta cĩ :

CH4 Y

AgCl Z

n x y 0,5 y 0,1 n 0,4 4

n 0,1 1 x 0,4

n x 2y 0,6

     

    

     



Ví dụ 7: Cho ankan X tác dụng với clo (as), thu được 26,5 gam hỗn hợp các dẫn xuất clo (monoclo và điclo). Khí HCl bay ra được hấp thụ hồn tồn bằng nước, sau đĩ trung hịa bằng dung dịch NaOH, thấy tốn hết 500 ml dung dịch NaOH 1M. Xác định cơng thức của X?

A. C2H6. B. C4H10. C. C3H8. D. CH4.

Phân tích và hướng dẫn giải + Để tìm X ta cần tìm số nguyên tử C của nĩ.

+ Với cách tư duy thơng thường : Đặt cơng thức của hai dẫn xuất monoclo và điclo lần lượt là CnH2n+1Cl (x mol) và CnH2nCl2 (y mol). Sau đĩ thiết lập được hai phương trình tốn học liên quan đến khối lượng của hai dẫn xuất và số mol NaOH phản ứng.

+ Một hệ tốn học gồm 2 phương trình và ba ẩn số (x, y, n) thì khơng thể tìm được kết quả.

as, to

(4)

+ Như vậy việc cố gắng tìm chính xác giá trị n là khơng thể, nên ta tư duy theo hướng tìm khoảng giới hạn của n.

n 2 n 1 n 2 n 1

as

n 2n 2 2 n 2n 1

as

n 2n 2 2 n 2n 2

2 n 2n 1

HCl NaOH C H Cl

C H Cl HCl

C H Cl C H Cl HCl

C H 2Cl C H Cl 2HCl

HCl NaOH NaCl H O

Giả sử phản ứng chỉ tạo ra C H Cl, suy ra :

n n 0,5 M 26,5

n n 0,5 ^ 0,5



 



  



   

   

n 2 n 2 n 2 n 2

n 2n 2

HCl NaOH C H Cl

C H Cl HCl

2 6

53 n 1,179

Giả sử phản ứng chỉ tạo ra C H Cl , suy ra :

n n 0,5 M 26,5 106

n 0,5n 0,25 0,25

n 2,5 Suy ra 1,1785 n 2,5 n 2; X là C H

 



 



     

 

    

    

II. Phản ứng tách (phản ứng crackinh, tách hiđro)

Khi làm các bài tập liên quan đến phản ứng crackinh, phản ứng tách hiđro thì cần chú ý những điều sau : + Trong phản ứng khối lượng được bảo tồn, từ đĩ suy ra :

hỗn hợp sau phản ứng Ankan Ankan hỗn hợp sau phản ứng

n .M n .M

+ Khi crackinh ankan C3H8, C4H10 (cĩ thể kèm theo phản ứng tách hiđro tạo ra anken) thì :

Số mol hỗn hợp sản phẩm luơn gấp 2 lần số mol ankan phản ứng. Vì vậy ta s uy ra, nếu cĩ x mol ankan tham gia phản ứng thì sau phản ứng số mol khí tăng lên x mol.

+ Đối với các ankan cĩ từ 5C trở lên do các ankan sinh ra lại cĩ thể tiếp tục tham gia phản ứng crackinh nên số mol hỗn hợp sản phẩm luơn  2 lần số mol ankan phản ứng.

+ Đối với phản ứng crackinh ankan, dù phản ứng xảy ra hồn tồn hay khơng hồn tồn, ta luơn cĩ :

ankan pư ankan sp

n n

+ Đối với phản ứng tách hiđro từ ankan thì : Số mol H2 tạo thành = Số mol khí tăng lên sau phản ứng = Số mol hỗn hợp sau phản ứng – số mol ankan ban đầu.

► Các ví dụ minh họa ◄ 1. Tính lượng chất trong phản ứng

Ví dụ 1: Tiến hành crackinh 10 lít khí butan, sau phản ứng thu được 18 lít hỗn hợp khí X gồm etan, metan, eten, propilen, butan (các khí đo cùng điều kiện). Hiệu suất của quá trình crackinh là

A. 60%. B. 70%. C. 80%. D. 90%.

Phân tích và hướng dẫn giải + Phản ứng crackinh butan :

4 3 6

4 10

2 6 2 4

CH C H C H

C H C H



 + Từ phản ứng ta thấy :

^{4 10} ^{4 10}

4 10 4 10

sản phẩm C H pư C H pư khí tăng lên hh spư ankan bđ sản phẩm C H pư C H pư khí tăng lên hh spư ankan bđ

n 2n n n n n

V 2V V V V V (*)

     

     



crackinh

(5)

+ Khi crackinh propan ta cĩ kết quả tương tự.

+ Áp dụng vào ví dụ này ta cĩ :

4 10

C H pư tăng

hỗn hợp X

sp C H pư

V x V x x 8

V 10 x 18 8

V 2V 2x H 80%

10

     

  

  

  

   

  

 

Ta sẽ tiếp tục sử dụng kết quả (*) để giải quyết các ví dụ : 2 – 8.

Ví dụ 2: Thực hiện crackinh V lít khí butan, thu được 1,75V lít hỗn hợp khí gồm 5 hiđrocacbon. Hiệu suất phản ứng crackinh butan là (biết các khí đo cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất):

A. 80%. B. 25%. C. 75%. D. 50%.

4 10 4 10 4 10

C H pư khí tăng C H pư C H bđ

V V 1,75V 1V 0,75V

V 0,75V

H 75%

V V

    

 

  



Ví dụ 3: Một bình kín chứa 3,584 lít một ankan (ở 0^oC và 1,25atm). Đun nĩng để xảy ra phản ứng cracking, rồi đưa nhiệt độ bình về 136,5^oC thì áp suất đo được là 3atm. Hiệu suất của phản ứng cracking là :

A. 60%. B. 20%. C. 40%. D. 80%.

ankan pư khí tăng spư tpư

3,584.3 3,584.1,25

n n n n 0,12

0,082.(136,5 273) 0,082.273 H 0,12.100% 60%

0,2

      

 

 

  



Ví dụ 4: Crackinh C₄H10 (A) thu được hỗn hợp sản phẩm B gồm 5 hiđrocacbon cĩ khối lượng mol trung bình là 32,65 gam/mol. Hiệu suất phản ứng crackinh là :

A. 77,64%. B. 38,82%. C. 17,76%. D. 16,325%.

)

4 10 4 10

4 10

khí tăng C H pư C H bđ

B C H bđ tăng

A B

n n 0,01x

n 1

n n n 1 0,01x

H x%

m m 58 (1 0,01x).32,65 x 77,64 H 77,64%

  

 

 

      

        

Ví dụ 5: Cracking 8,8 gam propan thu được hỗn hợp A gồm H₂, CH4, C2H4, C3H6 và một phần propan chưa bị crackinh. Biết hiệu suất phản ứng là 90%. Khối lượng phân tử trung bình của A là :

A. 39,6. B. 23,16. C. 2,315. D. 3,96.

3 8 3 8

A C H bđ khí tăng C H pư

C H bđ A A

khí tăng C H pư

A A

n n n 0,38

8,8.90%

n 0,18

44 M m m 8,8 23,16

n n 0,18 n n 0,38

   

   

 

 

   

   

 

(6)

Ví dụ 6: Crackinh n-butan thu được 35 mol hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C4H8 và một phần butan chưa bị crackinh. Giả sử chỉ cĩ các phản ứng tạo ra các sản phẩm trên. Cho A qua bình nước brom dư thấy cịn lại 20 mol khí. Nếu đốt cháy hồn tồn A thì thu được x mol CO2.

a. Hiệu suất phản ứng tạo hỗn hợp A là :

A. 57,14%. B. 75,00%. C. 42,86%. D. 25,00%.

b. Giá trị của x là :

A. 140. B. 70. C. 80. D. 40.

4 10 4 2 6 3 6 2 4

4 10

2 4 10

C H pư (CH , C H ) tạo thành (C H , C H ) tạo thành khí giảm

C H dư

CO C trong A C trong C H bđ

n n n n 15

n 20 15 5; H 15 .100% 75%

15 5

n n n 4.80 80 mol

    

 

    

 



    

Ví dụ 7: Crackinh hồn tồn 6,6 gam propan, thu được hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon. Dẫn tồn bộ X qua bình đựng 400 ml dung dịch brom a mol/l, thấy khí thốt ra kh i bình cĩ tỉ khối so metan là 1,1875. Giá trị a là :

A. 0,5M. B. 0,25M. C. 0,175M. D. 0,1M.

Phân tích và hướng dẫn giải + Bản chất của phản ứng :

crackinh

3 8 4 2 2

2 2 2 2 2

C H CH CH CH (1)

CH CH Br CH Br CH Br (2)

  

   

+ Như vậy để tính a ta cần tính số mol C2H4 tham gia phản ứng.

+ Biết số mol C₃H8 ban đầu và hiệu suất phản ứng là 100% nên dễ dàng tìm được số mol C2H4 và số mol CH4 sinh ra ở (1).

+ Hỗn hợp khí thốt ra kh i bình Br₂ cĩ CH4 và C2H4 dư. Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp này đã biết nên sẽ tính được mol C2H4 dư. Từ đĩ sẽ tính được số mol C2H4 phản ứng với Br2 và tính được ạ.

2 2 4

2

2 4 2

2 4 0,15 mol Cracking

3 8 100%

0,15 mol 4

0,15 mol

2 4 dư x mol

4 0,15 mol

Br C H pư

khí thoát ra khỏi bình Br

Sơ đồ phản ứng :

C H Br C H

C H CH

n n 0,15 x

28x 0,15.16

M 1,1875.16

0,15 x



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

    



Br2

x 0,05; n 0,1 a 0,1 0,25M

0,4

  

 

 

 

 

Ví dụ 8: Crackinh 4,4 gam propan được hỗn hợp X (gồm 3 hiđrocacbon). Dẫn X qua nước brom dư thấy khí thốt ra (Y) cĩ tỉ khối so với H2 là 10,8. Hiệu suất crackinh là :

A. 90%. B. 80%. C. 75%. D. 60%.

Phân tích và hướng dẫn giải + Hỗn hợp X gồm C3H8 dư, CH4 và C2H4; hỗn hợp Y gồm C₃H8 dư và CH4.

Br2

(7)

+ Dễ thấy

4 3 8

CH tạo thành C H pư

n n , từ đĩ suy ra

3 8 4 3 8

(C H dư, CH ) C H bđ

n n . Mặt khác, lại biết khối lượng mol trung bình của Y nên sẽ tìm được số mol các chất trong Y và suy ra hiệu suất của phản ứng.

4 3 8

3 8

2 4 2

2 4 Cracking

3 8 H% 4

3 8 dư hỗn hợp X

4 3 8 dư hỗn hợp Y CH C H pư Y

C H dư Y

C H Br C H

C H CH

C H

CH C H

n x y 0,1 x 0,08; y 0,02

n n x

16x 44y H 0,08

n y M 21,8

0,1 0



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

  

 

        .100% 80%

,1



 



Ta sẽ tiếp tục sử dụng kết quả n_{ankan sp} n_{ankan pư} để giải quyết ví dụ 9.

Ví dụ 9*: Khi crackinh nhiệt đối với 1 mol octan, thu được hỗn hợp X gồm CH4 15%; C2H4 50%; C3H6 25% cịn lại là C₂H6, C3H8, C4H10 (theo thể tích). Thể tích dung dịch Br2 1M cần phản ứng vừa hỗn hợp X là

A. 4 mol. B. 1 mol. C. 2 mol. D. 3 mol.

2 4 3 6 4 2 6 3 8 4 10

4 2 6 3 8 4 10 8 18 2 2 4 3 6

X (C H , C H ) (CH , C H , C H , C H ) X

(CH , C H , C H , C H ) C H Br (C H , C H )

n 4; n 3 mol

%n 25%n

n n 1 mol n n 3 mol

  

 

 

 

   

 

 

Ví dụ 10*: Crackinh hồn tồn một thể tích ankan X thu được 5 thể tích hỗn hợp Y. Lấy 5,6 lít Y (đktc) làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa a mol Br₂. Giá trị của a là:

A. 0,2. B. 0,15. C. 0,25. D. 0,1.

Phân tích và hướng dẫn giải + Bản chất phản ứng :

crackinh

n 2n 2 a 2a 2 b 2b

có1 lk đề hiđro hóa

n 2n 2 n 2n 2 2k 2

có k lk

b 2b 2 b 2b 2

n 2n 2 2k 2 n 2n 2 2k 2k

C H C H C H

C H C H kH

C H Br C H Br

C H kBr C H Br

 



  



   

 

 

 

  + Suy ra :

khí tăng liên kết Br pư2

n n _n

+ Áp dụng vào ví dụ này ta cĩ :

2

liên kết khí tăng Y

X Br liên kết

n n 0,2

n 0,25

n 0,05 n n 0,2



  

 

 

 

  

 

 

Ta sẽ tiếp tục sử dụng kết quả

khí tăng liên kết Br pư2

n n _n cho ví dụ 11.

Br2

(8)

Ví dụ 11*: Cho etan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu được một hỗn hợp X gồm etan, etilen, axetilen và H₂. Tỉ khối của hỗn hợp X đối với etan là 0,4. Hãy cho biết nếu cho 0,4 mol hỗn hợp X qua dung dịch Br2 dư thì số mol Br2 đã phản ứng là bao nhiêu ?

A. 0,24 mol. B. 0,16 mol. C. 0,40 mol. D. 0,32 mol.

2 6 2 6 2 6 2 6 2 6

2 6 2 6 2 6

2 6

2 6 2

C H bđ X C H bđ C H X X C H bđ C H

X C H bđ

XC H X C H C H

liên kết trong X khí tăng X

C H bđ Br liên kết trong X

m m n .M n .M n .M

n 2,5n

d 0,4 M 0,4M 0,4M

n n 0,24

n 0,4

n 0,16 n n 0,24



   

 

      

  

 

 

    

Tiếp theo ta sẽ nghiên cứu một số bài tập về phản ứng crackinh hay và khĩ !

Ví dụ 12*: Cho một ankan X cĩ cơng thức C₇H16, crackinh hồn tồn X thu được hỗn hợp khí Y chỉ gồm ankan và anken. Tỉ khối hơi của Y so với H2 cĩ giá trị trong khoảng nào sau đây?

A. 12,5 đến 25,0. B. 10,0 đến 12,5.

C. 10,0 đến 25,0. D. 25,0 đến 50,0.

(Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh Thái Bình, năm 2015) Phân tích và hướng dẫn giải

7 16 7 16

2

C H Y C H

Y (min) C H

7 16

Y (max) C H

Y Y Y

H

Chọn n 1 m m 100 gam.

n 2n 2 mol (*)

Crackinh hoàn toàn C H thì

n 4n 4 mol (**)

100 100

Suy ra : 2 n 4 M 12,5 d 25

4 2

    

  

 

 



        

PS : Các trường hợp (*) và (**) xảy ra khi :

crackinh

7 16 4 6 12

1 mol

1 mol 1 mol

5 12 3 8 4

1 mol

1 mol 1 mol

crackinh crackinh crackinh

7 16

2 4

2 4 2 4

1 mol

3 mol

1 mol 2 mol

(*) C H CH C H

C H C H CH

(**) C H

C H

C H C H

  



      

      

    

     

     

   





Ví dụ 13*: Tiến hành nhiệt phân hỗn hợp gồm pentan và octan (cĩ tỉ lệ mol là 1 : 1) thu được hỗn hợp Y (Giả sử chỉ xảy ra phản ứng crackinh ankan với hiệu suất 100%). Khối lượng mol của hỗn hợp Y (MY) là:

A. 26,57 M ^Y46,5. B. 23,25 M ^Y 46,5.

C. MY 46,5. D. 23,5 M Y26,57.

5 12 8 18

C H C H

Y X

Y (min) C H C H

Y (max) C H C H

Y Y

n 1 mol; n 1 mol Trong X, ta chọn :

m m 186

n 2n 2n 4 mol (*)

Crackinh hoàn toàn X thì

n 3n 4n 7 mol (**)

186 186

Suy ra : 4 n 7 26,57 M 46,5

7 4

  

 

 



   

 

  



       

(9)

PS : Các trường hợp (*) và (**) xảy ra khi :

crackinh

5 12 4 4 8

1 mol

1 mol 1 mol

crackinh

8 18 4 7 14

1 mol

1 mol 1 mol

3 8 4

1 mol 1 mol

crackinh crackinh

5 12

2 4 2 4

1 mol

2 mol 1 mol

cra 8 18 1 mol

C H CH C H

(*) C H CH C H

C H CH

C H C H C H

(**) C H

  



 



   

   

  

   

   

 

6 14 4 10 2 6

1 mol

1 mol 1 mol

ckinh crackinh crackinh

2 4

2 4 2 4

3 mol

1 mol 2 mol

C H C H C H





 

 

 

 

       

       

     

       

       



Ví dụ 14*: Thực hiện phản ứng crackinh m gam isobutan, thu được hỗn hợp X chỉ cĩ các hiđrocacbon. Dẫn hỗn hợp X qua dung dịch chứa 6,4 gam brom, thấy brom phản ứng hết và cĩ 4,704 lít hỗn hợp khí Y (đktc) thốt ra. Tỉ khối hơi của Y so với H₂ là 117

7 . Giá trị của m là

A. 8,12. B. 10,44. C. 8,70. D. 9,28.

(Đề thi thử chọn HSG tỉnh Thái Bình, năm 2013) Phân tích và hướng dẫn giải

2

3 6 2

4 4 10 dư 4 3 6 Br

crackinh

3 3 3 0,04 mol

4 10 dư 3 6 dư

C H trong dung dịch Br

isobutan Y C H trong dung dịch Br

CH , C H , CH C H

CH CH(CH )CH

C H C H

m 0,04.42 1,68

0,21.2.117

m m m 1,68 8,7

7



 

  

   

  

   

   

 

      gam







Ví dụ 15*: Thực hiện phản ứng crackinh m gam n-butan, thu được hỗn hợp X chỉ cĩ các hiđrocacbon. Dẫn hỗn hợp X qua dung dịch chứa 6,4 gam brom, thấy brom phản ứng hết và cĩ 4,704 lít hỗn hợp khí Y (đktc) thốt ra. Tỉ khối hơi của Y so với H2 là 117

7 . Giá trị của m là

A. 8,12. B. 10,44. C. 8,620. D. 9,28.

2

4 3 6 4 2 6

crackinh Br

3 2 2 3 2 6 2 4 0,04 mol 4 10 dư

4 10 dư 2 4 3 6

anken trong dung dịch Br

CH C H CH , C H

CH CH CH CH C H C H C H

C H (C H , C H ) dư

0,04.28 1,12 m 0,04.42 1,68

0,21.2.117 1,1 7



    

   

   

   

   

   

 

n butan Y anken trong dung dịch Br2

n butan n butan

0,21.2.117

2 m m m 1,68

7

8,14 m 8,7 m 8,62 gam



 



     



    

2. Tìm cơng thức của ankan

+ Để tìm cơng thức của ankan ta cĩ các hướng tư duy sau : Tìm chính xác số nguyên tử C hoặc tìm khoảng giới hạn số nguyên tử C của nĩ. Dưới đây là các ví dụ minh họa.

(10)

Ví dụ 16: Crackinh 1 ankan A thu được hỗn hợp sản phẩm B gồm 5 hiđrocacbon cĩ khối lượng mol trung bình là 36,25 gam/mol, hiệu suất phản ứng là 60%. Cơng thức phân tử của A là (biết rằng số mol khí sinh ra khi crackinh ankan gấp đơi số mol của nĩ):

A. C4H10. B. C5H12. C. C3H8. D. C2H6. Phân tích và hướng dẫn giải

+ Nếu biết khối lượng mol của A ta sẽ tìm được cơng thức của nĩ.

+ Dựa vào tính chất và hiệu suất của phản ứng, ta tìm được mối liên hệ giữa số mol khí trước và sau phản ứng.

+ Mặt khác, khối lượng mol của B đã biết nên dựa vào sự bảo tồn khối lượng ta tìm được khối lượng mol của A.

n 2n 2

n 2n 2 n 2n 2

C H pư n 2n 2

C H bđ B C H bđ tăng

B B

A B A 4 10

A

n 0,6

A là C H

n 1 n n n 1 0,6 1,6

M .n 36,25.1,6

m m M 58 A là C H

n 1



 

  

 

       

      

Ví dụ 17: Hỗn hợp X gồm ankan A và H2, cĩ tỉ khối hơi của X so với H2 là 29. Nung nĩng X để crackinh hồn tồn A, thu được hỗn hợp Y cĩ tỉ khối hơi so với H₂ là 145/9. Xác định cơng thức phân tử của A (biết rằng số mol khí sinh ra khi crackinh ankan gấp đơi số mol của nĩ).

A. C3H8. B. C6H14. C. C4H10. D. C5H12.

+ Dựa vào khối lượng mol của X, Y và sự bảo tồn khối lượng, ta tìm được tỉ lệ mol của chúng. Suy ra số mol khí tăng, từ đĩ tìm được số mol A, H₂ trong hỗn hợp ban đầu. Đến đây thì việc tìm khối lượng mol của ankan là hết sức đơn giản.

n 2 n 2

Y X

X Y X khí tăng

Y X Y

khí tăng C H

ankan ankan

X 5 12

n 5

n M 145 5

m m Chọn n 4 mol.

n M 29.9 9 n 9

n n 4 M 72

4.M 1.2 Ankan là C H

M 29.2

5



 

         

 

    

 

  

 

 



Ví dụ 18*: Khi đun nĩng một ankan A để tách một phân tử hiđro, thu được hỗn hợp X cĩ tỉ khối so với hiđro bằng 12,57. Cơng thức phân tử của ankan A là:

A. Chỉ C2H6. B. Chỉ C4H10. C. C2H6 hoặc C3H8. D. C3H8 hoặc C4H10.

+ Giả thiết khơng cho biết phản ứng xảy ra hồn tồn hay khơng. Vì thế hỗn hợp X chắc chắn cĩ H₂ và anken, ngồi ra cĩ thể cịn ankan dư.

+ Nếu chọn số mol của ankan ban đầu là 1 mol và và số mol của ankan phản ứng là x mol, ta sẽ cĩ số mol của các chất trong hỗn hợp X (tất nhiên là theo ẩn x).

+ Dựa vào khối lượng mol trung bình của X, ta cĩ phương trình 2 ẩn số (số nguyên tử C và số mol của A). Do đĩ, khơng thể tìm được chính xác số nguyên tử C của A. Nhưng ta cĩ thể đi theo hướng khác, đĩ là tìm khoảng giới hạn số nguyên tử C của A.

(11)

o 2 t

n 2n 2 n 2n

A n 2n 2 dư

hỗn hợp X

X A X

X 2 6 3 8

H : x mol

C H :1 mol C H : x mol (x 1) C H : 1 x

n 1 x; m m 14n 25,14x 23,14 1,65 n 3,44

14n 2 0 x 1 X là C H hoặc C H

M 12,57.2

1 x





 

 



         

 

       

III. Phản ứng oxi hĩa ankan

Khi làm bài tập liên quan đến phản ứng đốt cháy ankan cần lưu ý những điều sau : 1. Đốt cháy một ankan hay hỗn hợp các ankan thì

2 2

2 2 2

2

ankan H O CO

O pư CO H O

ankan O pư CO H O

ankan C H

ankan ankan ankan O

ankan

ankan ankan ankan CO

n n n (đã xây dựng ở câu 4d phần A)

2n 2n n (BT O)

m 32n 44n 18n (BTKL)

m m m (BTKL)

(4C H )n 4n (BT E)

n .C hoặc n .C n (BT C)

  

 

  

 

 



2. Khi gặp bài tập liên quan đến hỗn hợp các ankan thì nên sử dụng phương pháp trung bình: Thay hỗn hợp các ankan bằng một ankan

n 2n 2

C H _ dựa vào giả thiết để tính tốn số C trung bình (tính giá trịn) rồi căn cứ vào tính chất của giá trị trung bình để suy ra kết quả cần tìm. Giả sử cĩ hỗn hợp hai ankan cĩ số cacbon tương ứng là n và m (n < m), số cacbon trung bình là n thì ta luơn cĩ n<n<m.

► Các ví dụ minh họa ◄ 1. Tính lượng chất trong phản ứng

Ví dụ 1: Khi đốt cháy hồn tồn 7,84 lít hỗn hợp khí gồm CH₄, C2H6, C3H8 (đktc) thu được 16,8 lít khí CO2 (đktc) và a gam H2O. Giá trị của a là :

A. 6,3. B. 13,5. C. 18,0. D. 19,8.

● Cách 1 : Tính theo phương trình phản ứng

o

2 2

t

4 2 2 2

t

2 6 2 2 2

t

3 8 2 2 2

H O ankan CO

ankan

CO H O

CH 2O CO 2H O

mol : x x 2x

C H 3,5O 2CO 3H O

mol : y 2y 3y

C H 5O 3CO 4H O

mol : x 3z 4z

n 2x 3y 4z n n 1,1

n x y z 0,35

Suy ra : ;

n x 2y 3z 0,75 m 1,1.18 19,8 gam

  

 

  

 

  

 

      

    

 

        

● Nhận xét : Sau khi viết phương trình và thiết lập biểu thức tốn học đối với số mol ankan, CO2, H2O, một lần nữa ta cĩ kết quả

(12)

2 2 2 2

H O CO ankan ankan H O CO

n n n hay n n n .

● Cách 2 : Sử dụng kết quả

2 2

ankan H O CO

n n n để tính toán

2 2

2

Ankan H O CO

0,35 ? 0,75 H O

H O

n n n n 1,1 mol

x 19,8 gam x 18n

    

 

 

   



Ở các ví dụ 2, 3 ta sẽ sử dụng công thức

n 2n 2 2k 2 2

C H CO H O

(k 1)n n n

     (đã xây dựng ở câu 4e – Phần A) để tính toán.

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 6,72 lít hỗn hợp A (đktc) gồm CH₄, C2H6, C3H8, C2H4 và C3H6, thu được 11,2 lít khí CO2 (đktc) và 12,6 gam H2O. Tổng thể tích của C2H4 và C3H6 (đktc) trong hỗn hợp A là :

A. 5,60. B. 3,36. C. 4,48. D. 2,24.

n 2n 2 m 2m 2 2 n 2n 2 m 2m

m 2m

n 2n 2 m 2m

1 C H 2 C H CO H O C H C H

0,5 0,7

C H (ñktc)

1 2 C H C H

(k 1)n (k 1)n n n n 0,2; n 0,1

V 2,24 lít

k 0; k 1; n n 0,3

 



        

 

      

Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp A gồm CH₄, C2H6, C3H8, C2H2, C3H4, C4H6 thu được a mol CO2 và 18a gam H2O. Tổng phần trăm về thể tích của các ankan trong A là :

A. 30%. B. 40%. C. 50%. D. 60%.

n 2n 2 m 2m 2 2 2 n 2n 2 m 2m 2

n 2n 2

1 C H 2 C H CO H O C H C H

a a

1 2 C H

(k 1)n (k 1)n n n n n

%V 50%

k 0; k 2

   



       

 

 

    



Tiếp theo là một số ví dụ về việc áp dụng bảo toàn nguyên tố.

Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn một thể tích khí thiên nhiên gồm metan, etan, propan bằng oxi không khí (trong không khí, oxi chiếm 20% thể tích), thu được 7,84 lít khí CO₂ (ở đktc) và 9,9 gam nước. Thể tích không khí (ở đktc) nh 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.

+ Nhận thấy : O2 tham gia phản ứng cháy đã chuyển hết vào CO2 và H2O. Mặt khác, số mol CO2, H2O đều đã biết nên dùng bảo toàn O là tính được mol O₂. Từ đó suy ra mol và thể tích không khí cần dùng trong phản ứng.

2 2 2

2

O CO H O

? 0,35 0,55 O khoâng khí (ñktc)

khoâng khí khoâng khí O

2n 2n n n 0,625

V 70 lít

n 3,125

n 5n

    

 

   

   



Ví dụ 5: Cho 224,00 lít metan (đktc) qua hồ quang được V lít hỗn hợp A (đktc) chứa 12% C₂H2; 10% CH4; 78% H2

(về thể tích). Giả sử chỉ xảy ra 2 phản ứng : 2CH4  C2H2 + 3H2 (1)

CH4  C + 2H2 (2) Giá trị của V là :

A. 407,27. B. 448,00. C. 520,18. D. 472,64.

(13)

+ Nhận thấy : H trong metan chuyển hết vào các chất trong A. Mặt khác, mối liên hệ về thể tích của các chất trong A đã biết, vì thế ta nghĩ đến việc áp dụng bảo tồn nguyên tố H để giải quyết bài tốn này.

4 hồ quang điện

4 2 2 rắn

224 lít

2 V lít

CH :10%.V

CH C H :12%V C

H : 78%V

Theo bảo toàn H, ta có: 224.4 0,1V.4 0,12V.4 0,78V.2 V 407,27 lít



 

 

  

 

 

     

Ví dụ 6: Hỗn hợp khí A gồm etan và propan. Đốt cháy hỗn hợp A thu được khí CO2 và hơi H2O theo tỉ lệ thể tích 11 : 15.

a. Thành phần % theo thể tích của hỗn hợp là : A. 18,52%; 81,48%. B. 45%; 55%.

C. 28,13%; 71,87%. D. 25%; 75%.

b. Thành phần % theo khối lượng của hỗn hợp là : A. 18,52%; 81,48%. B. 45%; 55%.

C. 28,13%; 71,87%. D. 25%; 75%.

+ Tuy khơng biết số mol của CO2 và H2O, nhưng dựa vào tỉ lệ mol của chúng ta sẽ chọn được một trường hợp cụ thể. Từ đĩ sử dụng mối liên hệ giữa số mol CO2, H2O, ankan và bảo tồn nguyên tố C để giải quyết bài tốn.

2 6 3 8 2 6

2

2 2 6 3 8 2 3 8

2 6 2 6

3 8 3 8

C H C H C H

CO

H O C H C H CO C H

C H C H

n n 15 11 4 n 1

n 11

Chọn

n 15 2n 3n n 11 n 3

30

1 %m 18,52%

%n 25%

30 3.44

4 ;

%n 75% %m 81,48%

 

      

  

        



    

  

  

   

 

Ví dụ 7: đơn giản ta xem xăng là hỗn hợp các đồng phân của hexan và khơng khí gồm 80% N2 và 20% O2 (theo thể tích). Tỉ lệ thể tích xăng (hơi) và khơng khí cần lấy là bao nhiêu để xăng được cháy hồn tồn trong các động cơ đốt trong ?

A. 1 : 9,5. B. 1 : 47,5. C. 1 : 48. D. 1 : 50.

+ Phản ứng đốt cháy ankan là phản ứng oxi hĩa – khử, nên ta cĩ thể dùng bảo tồn electron để tìm mối liên hệ giữa số mol của ankan với số mol của O₂.

+ Coi số oxi hĩa của C và H trong ankan bằng 0. Sơ đồ phản ứng :

o

n 2n 2 2

0 0 0 4 1

2 t

n 2n 2 2 2

C H O

C H O CO H O

Theo bảo toàn electron, ta có: (6n 2)n 4n



 

   

 

+ Áp dụng cho ví dụ này, ta cĩ :

6 14 2

2 6 14

2

C H O

O C H

? 1

kk kk

kk O

38n 4n n 9,5 n 1

n 47,5 n 47,5

n 5n

   

 

   

 

  



(14)

Ví dụ 8: Hỗn hợp A (gồm O2 và O3) cĩ tỉ khối so với H2 bằng 136

7 . Hỗn hợp B (gồm etan và propan) cĩ tỉ khối so với H₂ bằng 18,5. Để đốt cháy hồn tồn 0,2 mol B cần phải dùng V lít A (ở đktc). Giá trị của V là

A. 13,44. B. 11,2. C. 15,68. D. 31,36.

+ Bản chất của phản ứng là O2, O3 oxi hĩa hồn tồn C2H6, C3H8, tạo ra CO2 và H2O.

+ Để thuận lợi cho việc tính tốn, ta quy đổi hỗn hợp O₂, O3 thành nguyên tử O. Dùng bảo tồn electron để tính mol O tham gia phản ứng. Dựa vào bảo tồn khối lượng để tính khối lượng O2, O3, sau đĩ suy ra số mol và thể tích của chúng.

2 3

n 2 n 2 2 3

quy đổi quy đổi

2 6 3 8 n 2n 2 2 3

(O , O ) O

O C H O (O , O )

? 0,2

B: (C H , C H ) C H ; A : (O , O ) O.

18,5.2 2 m 27,2

n 14 2,5 n 1,7

27,2.7.22,4

2n (2,5.6 2)n m 27,2 V 15,68 lít

136.2



  

  

     

  

  

       

Ví dụ 9: Trộn 2 thể tích bằng nhau của C3H8 và O2 rồi bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp. Sau phản ứng làm lạnh hỗn hợp (để hơi nước ngưng tụ) rồi đưa về điều kiện ban đầu. Thể tích hỗn hợp sản phẩm khi ấy (V2) so với thể tích hỗn hợp ban đầu (V₁) là :

A. V2 = V1. B. V2 > V1. C. V2 = 0,5V1. D. V2 : V1 = 7 : 10.

Phân tích và hướng dẫn giải Phương trình phản ứng :

to

3 8 2 2 2

C H 5O 3CO 4H O (1)

bđ(lít) : x x

x 3x 4x

pư (lít) : x

5 5 5

4x 3x 4x

spư (lít) : 0

5 5 5

  



  

Sau phản ứng hơi nước bị ngưng tụ nên hỗn hợp khí cịn lại gồm C3H8 và O2 dư. Ta cĩ :

3 8 2

1 C H O

2

2 C H dư CO 1

V V V 2x

V 7

7x V 10

V V V

5

   

  

  



Ví dụ 10: Đốt cháy 13,7 ml hỗn hợp A gồm metan, propan và cacbon (II) oxit, ta thu được 25,7 ml khí CO2 ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất. Thành phần % thể tích propan trong hỗn hợp A và khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp A so với nitơ là :

A. 43,8%; bằng 1. B. 43,8%; nh hơn 1.

C. 43,8%; lớn hơn 1. D. 87,6%; nh hơn 1.

3 8 4

4 3 8

4 3 8 3 8

4 3 8 4 3 8

2

C H (CH , CO)

CH CO C H

CH CO C H C H

CH C H CO CH CO C H

A

CH CO C H CH CO C H

A N

V 6; V 7,7

V V V 13,7

V V 3V 25,7 %V 6 43,8%

13,7

16V 44V 28V 16(V V ) 44V

M V V V V V V

16.7,7 44.6 28,3 M 28,3 1

13,7 M 28

  

   

 

      

   

  

   

     

(15)

Ví dụ 11: Một loại xăng cĩ chứa 4 ankan với thành phần về số mol như sau: 10% heptan, 50% octan, 30% nonan và 10% đecan. Cho nhiệt đốt cháy của xăng là 5337,8 kJ/mol, năng lượng giải phĩng ra 20% thải vào mơi trường, các thể tích khí đo ở 27,3^oC và 1atm, các phản ứng xảy ra hồn tồn. Nếu một xe máy chạy 100 km tiêu thụ hết 2 kg loại xăng nĩi trên thì thể tích khí cacbonic và nhiệt lượng thải ra mơi trường lần lượt là bao nhiêu ?

A. 3459 lít và 17852,16 kJ. B. 4359 lít và 18752,16 kJ.

C. 3459 lít và 18752,16 kJ. D. 3495 lít và 17852,16 kJ.

n 2 n 2

2

quy đổi C H

n 2n 2

CO

2.1000

Xăng C H n 119,6

8,4.2.1000 n 0,1.7 0,5.8 0,3.9 0,1.10 8,4 n

119,6 8,4.2.1000.0,082.(273 27,3)

V 3459 lít

119,6

2.1000

Nhiệt thải ra môi trường .5337,8 119,6

 

 

  

  

 

      

 



  



 .20% 17852,17 kJ



 



2. Tìm cơng thức của ankan a. Tìm cơng thức của một ankan

Ví dụ 1: Đốt cháy hồn tồn m gam hiđrocacbon X. Sản phẩm thu được hấp thụ vào nước vơi trong dư thì tạo ra 4 gam kết tủa. Lọc kết tủa, cân lại bình thấy khối lượng bình nước vơi trong giảm 1,376 gam. X cĩ cơng thức phân tử là :

A. CH4. B. C5H12. C. C3H8 . D. C4H10. Phân tích và hướng dẫn giải

+ Dựa vào sự bảo tồn nguyên tố C và sự giảm khối lượng của dung dịch nước vơi trong, ta tìm được số mol CO2

và H2O. Từ đĩ tìm được cơng thức của X.

2 3 2 2

3 2 2

CO CaCO CO H O

dd giảm CaCO CO H O

X 5 12

0,04 ?

1,376 4

n n 0,04 n 0,04 n 0,048

m m 44n 18n C 0,04 5 (C H )

0,048 0,04

      

 

    

 

  



Ví dụ 2: Đốt cháy hồn tồn một hợp chất hữu cơ X cần 7,84 lít O₂ (đktc). Sản phẩm cháy gồm cháy hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch Ba(OH)₂, thấy cĩ 19,7 gam kết tủa xuất hiện và khối lượng dung dịch giảm 5,5 gam. Lọc b kết tủa, đun nĩng nước lọc lại thu được 9,85 gam kết tủa nữa. CTPT của X là :

A. C2H6. B. C2H6O. C. C2H6O2. D. C3H8. Phân tích và hướng dẫn giải

+ Dựa vào sự bảo tồn nguyên tố C và sự giảm khối lượng của dung dịch Ba(OH)2, ta tìm được số mol CO2 và H2O. Từ đĩ tìm được cơng thức của X.