Bài 38: Hệ thống hóa về hiđrocacbon

Hình: Sơ đồ chuyển hóa giữa các loại hidrocacbon

Bài 1:

Crackinh hoàn toàn V lít ankan X thu được hỗn hợp Y gồm 0,1V lít C₃H₈; 0,6V lít CH₄; 1,8V lít các hidrocacbon khác. Tỉ khối của Y so với H₂ là 14,4. Dẫn 1 mol Y đi qua bình chứa dung dịch Brom dư, phản ứng kết thúc thấy khối lượng bình tăng m gam. Biết các thể tích khí đo ở cùng điều kiện, chỉ có ankan tham gia phản ứng crackinh. Giá trị của m là:

Hướng dẫn:

Do tỉ lệ mol cũng bằng tỉ lệ thể tích ở cùng điều kiện nên nếu xét 1 mol Y

\(\Rightarrow n_Y = n_{C_3H_8} + n_{CH_4} + n_{HC khac} = 0,1n_X + 0,6n_X + 1,8n_X\)

⇒ nX = 0,4 mol

Bảo toàn khối lượng: mX = mY = 2 × 14,4 × 1 = 28,8 g

⇒ M_X = 72 g ⇒ X là C₅H₁₂

Các phản ứng cracking xảy ra:

+/ C₅H₁₂ → CH₄ + C₄H₈

+/ C₅H₁₂ → C₃H₈ + C₂H₄

+/ C₅H₁₂ → C₂H₆ + C₃H₆

+/ C₃H₈ → CH₄ + C₂H₄ (*) ⇒ C₅H₁₂ → CH₄ + 2C₂H₄

⇒ ở PT (*) có: \(n_{C_2H_4} = 2(n_Y - 2n_X )= 0,4\ mol\)

\(\Rightarrow n_{C_4H_8} = 0,04\ mol;\ n_{C_3H_8} = 0,04\ mol\)

\(\Rightarrow n_{C_2H_4} = 0,44\ mol \Rightarrow n_{HC\ khac} = n_{C_4H_8} + n_{C_2H_4} + n_{C_2H_6} + n_{C_3H_6}\)

\(\Rightarrow n_{C_2H_6} = n_{C_3H_6} = 0,12\ mol\)

⇒ Brom phản ứng được với C₄H₈; C₃H₆; C₂H_4.

⇒ mtăng \(= m_{C_4H_8} + m_{C_2H_4} + m_{C_3H_6} = 19,6\ g\)

Bài 2:

Cho hỗn hợp hai anken đồng đẳng kế tiếp nhau tác dụng với nước (có H₂SO₄ làm xúc tác) thu được hỗn hợp Z gồm hai rượu (ancol) X và Y. Đốt cháy hoàn toàn 1,06 gam hỗn hợp Z sau đó hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào 2 lít dung dịch NaOH 0,1M thu được dung dịch T trong đó nồng độ của NaOH bằng 0,05M. Công thức cấu tạo thu gọn của X và Y là (Cho: H = 1; C = 12; O = 16; thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể)

Hướng dẫn:

Gọi CTPT trung bình 2 anken là \(C_{\bar{n}} H_{2\bar{n}}\)

(\(\Rightarrow\) ancol tương ứng \(C_{\bar{n}} H_{2\bar{n} +2}O\))

+ Đốt cháy: 

\(C_{\bar{n}} H_{2\bar{n}+2}O\ +\frac{3\bar{n}}{2}O_2\rightarrow \bar{n}CO_2+(\bar{n}+1)H_2O\)

+ Do sản phẩm cháy đi vào NaOH sau đó còn dư bazo nên CO2 tạo muối Na2CO3:

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

 \(\Rightarrow 0,5\times n_{NaOH \ pu} = n_{CO2} = 0,5\times 2\times (0,1 - 0,05) = 0,05\) (mol)

\(\Rightarrow C_{\bar{n}} H_{2\bar{n}+2}O=\frac{0,05}{\bar{n}}\) (mol)

\(\Rightarrow M_{C_{\bar{n}} H_{2\bar{n} +2}O}=14\bar{n}+18=\frac{1,06}{\frac{0,05}{\bar{n}}}\Rightarrow \bar{n}=2,5\)

\(\Rightarrow\) Mà 2 anken là đồng đẳng liên tiếp

\(\Rightarrow\) chúng là C₂H₅OH và C₃H₇OH

Bài 3:

Hấp thụ vừa đủ hỗn hợp khí X gồm etilen và propilen vào dung dịch KMnO₄ 31,6% ở nhiệt độ thấp thu được dung dịch Y chỉ chứa 3 chất tan là etilenglicol, propan-1-2-điol, kali hidroxit và kết tủa Z. Trong dung dịch Y nồng độ % của etilenglicol là 6,906%. Phần trăm hối lượng prpilen trong X là:

Hướng dẫn:

Gọi khối lượng anken hấp thụ là m g có x mol etilen và y mol propen.

⇒ m = 28x + 42y

Giả sử có 100g dung dịch thuốc tím ⇒ n\(\tiny KMnO_4\) = 0,2 mol

Các quá trình:

+ Cho e: anken → diol + 2e

+ Nhận e: MnO₄- + 2H₂O + 3e → MnO₂ + 4OH-

⇒ n e trao đổi = 2x + 2y = 0,2 × 3 = 0,6 mol (1)

⇒ m rắn không tan = 17,4 g 

⇒ m dd sau = m dd thuốc tím + m anken – m rắn = 82,6 + m

⇒ C% etilenglicol = \(\frac{62x}{82,6 +28x + 42y}\) = 0,06906 (2)

Từ 1 và 2 ⇒ x = 0,104 mol; y= 0,196 mol

%m propilen (X) = 73,75%

Bài 4:

Đốt cháy hoàn toàn 4,64 gam một hiđrocacbon X (chất khí ở điều kiện thường) rồi đem toàn  bộ sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch Ba(OH)2. Sau các phản ứng thu được 39,4 gam kết tủa và khối lượng phần dung dịch giảm bớt 19,912 gam. Công thức phân tử của X là:

Hướng dẫn:

\(m_{\downarrow} = 39,4 \ gam\)

Khối lượng dung dịch giảm bớt 19,912 gam

\(\begin{array}{l}
 \Rightarrow {m_ \downarrow } - ({m_{C{O_2}}} + {m_{{H_2}O}}) = 19,912\\
 \Rightarrow {m_{C{O_2}}} + {m_{{H_2}O}} = 19,488\\
{m_C} + {m_H} = {m_{hh}} = 4,64\\
X:{C_x}{H_y}\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{12x + y = 4,64\;\;\;\;\;\;\;}\\
{44x + 18.\frac{y}{2} = 19,488}
\end{array}} \right.\\
 \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{x = 0,348}\\
{y = 0,464}
\end{array}} \right.\\
x:y = 0,348:0,464 = 3:4\\
 \Rightarrow {C_3}{H_4}
\end{array}\)

Hình: Sơ đồ chuyển hóa giữa các loại hidrocacbon

Bài 1:

Crackinh hoàn toàn V lít ankan X thu được hỗn hợp Y gồm 0,1V lít C₃H₈; 0,6V lít CH₄; 1,8V lít các hidrocacbon khác. Tỉ khối của Y so với H₂ là 14,4. Dẫn 1 mol Y đi qua bình chứa dung dịch Brom dư, phản ứng kết thúc thấy khối lượng bình tăng m gam. Biết các thể tích khí đo ở cùng điều kiện, chỉ có ankan tham gia phản ứng crackinh. Giá trị của m là:

Hướng dẫn:

Do tỉ lệ mol cũng bằng tỉ lệ thể tích ở cùng điều kiện nên nếu xét 1 mol Y

\(\Rightarrow n_Y = n_{C_3H_8} + n_{CH_4} + n_{HC khac} = 0,1n_X + 0,6n_X + 1,8n_X\)

⇒ nX = 0,4 mol

Bảo toàn khối lượng: mX = mY = 2 × 14,4 × 1 = 28,8 g

⇒ M_X = 72 g ⇒ X là C₅H₁₂

Các phản ứng cracking xảy ra:

+/ C₅H₁₂ → CH₄ + C₄H₈

+/ C₅H₁₂ → C₃H₈ + C₂H₄

+/ C₅H₁₂ → C₂H₆ + C₃H₆

+/ C₃H₈ → CH₄ + C₂H₄ (*) ⇒ C₅H₁₂ → CH₄ + 2C₂H₄

⇒ ở PT (*) có: \(n_{C_2H_4} = 2(n_Y - 2n_X )= 0,4\ mol\)

\(\Rightarrow n_{C_4H_8} = 0,04\ mol;\ n_{C_3H_8} = 0,04\ mol\)

\(\Rightarrow n_{C_2H_4} = 0,44\ mol \Rightarrow n_{HC\ khac} = n_{C_4H_8} + n_{C_2H_4} + n_{C_2H_6} + n_{C_3H_6}\)

\(\Rightarrow n_{C_2H_6} = n_{C_3H_6} = 0,12\ mol\)

⇒ Brom phản ứng được với C₄H₈; C₃H₆; C₂H_4.

⇒ mtăng \(= m_{C_4H_8} + m_{C_2H_4} + m_{C_3H_6} = 19,6\ g\)

Bài 2:

Cho hỗn hợp hai anken đồng đẳng kế tiếp nhau tác dụng với nước (có H₂SO₄ làm xúc tác) thu được hỗn hợp Z gồm hai rượu (ancol) X và Y. Đốt cháy hoàn toàn 1,06 gam hỗn hợp Z sau đó hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào 2 lít dung dịch NaOH 0,1M thu được dung dịch T trong đó nồng độ của NaOH bằng 0,05M. Công thức cấu tạo thu gọn của X và Y là (Cho: H = 1; C = 12; O = 16; thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể)

Hướng dẫn:

Gọi CTPT trung bình 2 anken là \(C_{\bar{n}} H_{2\bar{n}}\)

(\(\Rightarrow\) ancol tương ứng \(C_{\bar{n}} H_{2\bar{n} +2}O\))

+ Đốt cháy: 

\(C_{\bar{n}} H_{2\bar{n}+2}O\ +\frac{3\bar{n}}{2}O_2\rightarrow \bar{n}CO_2+(\bar{n}+1)H_2O\)

+ Do sản phẩm cháy đi vào NaOH sau đó còn dư bazo nên CO2 tạo muối Na2CO3:

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

 \(\Rightarrow 0,5\times n_{NaOH \ pu} = n_{CO2} = 0,5\times 2\times (0,1 - 0,05) = 0,05\) (mol)

\(\Rightarrow C_{\bar{n}} H_{2\bar{n}+2}O=\frac{0,05}{\bar{n}}\) (mol)

\(\Rightarrow M_{C_{\bar{n}} H_{2\bar{n} +2}O}=14\bar{n}+18=\frac{1,06}{\frac{0,05}{\bar{n}}}\Rightarrow \bar{n}=2,5\)

\(\Rightarrow\) Mà 2 anken là đồng đẳng liên tiếp

\(\Rightarrow\) chúng là C₂H₅OH và C₃H₇OH

Bài 3:

Hấp thụ vừa đủ hỗn hợp khí X gồm etilen và propilen vào dung dịch KMnO₄ 31,6% ở nhiệt độ thấp thu được dung dịch Y chỉ chứa 3 chất tan là etilenglicol, propan-1-2-điol, kali hidroxit và kết tủa Z. Trong dung dịch Y nồng độ % của etilenglicol là 6,906%. Phần trăm hối lượng prpilen trong X là:

Hướng dẫn:

Gọi khối lượng anken hấp thụ là m g có x mol etilen và y mol propen.

⇒ m = 28x + 42y

Giả sử có 100g dung dịch thuốc tím ⇒ n\(\tiny KMnO_4\) = 0,2 mol

Các quá trình:

+ Cho e: anken → diol + 2e

+ Nhận e: MnO₄- + 2H₂O + 3e → MnO₂ + 4OH-

⇒ n e trao đổi = 2x + 2y = 0,2 × 3 = 0,6 mol (1)

⇒ m rắn không tan = 17,4 g 

⇒ m dd sau = m dd thuốc tím + m anken – m rắn = 82,6 + m

⇒ C% etilenglicol = \(\frac{62x}{82,6 +28x + 42y}\) = 0,06906 (2)

Từ 1 và 2 ⇒ x = 0,104 mol; y= 0,196 mol

%m propilen (X) = 73,75%

Bài 4:

Đốt cháy hoàn toàn 4,64 gam một hiđrocacbon X (chất khí ở điều kiện thường) rồi đem toàn  bộ sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch Ba(OH)2. Sau các phản ứng thu được 39,4 gam kết tủa và khối lượng phần dung dịch giảm bớt 19,912 gam. Công thức phân tử của X là:

Hướng dẫn:

\(m_{\downarrow} = 39,4 \ gam\)

Khối lượng dung dịch giảm bớt 19,912 gam

\(\begin{array}{l}
 \Rightarrow {m_ \downarrow } - ({m_{C{O_2}}} + {m_{{H_2}O}}) = 19,912\\
 \Rightarrow {m_{C{O_2}}} + {m_{{H_2}O}} = 19,488\\
{m_C} + {m_H} = {m_{hh}} = 4,64\\
X:{C_x}{H_y}\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{12x + y = 4,64\;\;\;\;\;\;\;}\\
{44x + 18.\frac{y}{2} = 19,488}
\end{array}} \right.\\
 \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{x = 0,348}\\
{y = 0,464}
\end{array}} \right.\\
x:y = 0,348:0,464 = 3:4\\
 \Rightarrow {C_3}{H_4}
\end{array}\)