Giải bài tập SBT Hóa 11 Bài 38: Hệ thống hóa về hiđrocacbon

Trong các nhận xét dưới đây, nhận xét nào sai ?

A. Khi đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon thì sản phẩm thu được chỉ là CO₂ và H₂O.

B. Nếu sản phẩm của phản ứng đốt cháy hoàn toàn một chất chỉ là CO₂ và H₂O thì chất đem đốt là hiđrocacbon.

C. Khi đốt cháy hoàn toàn một ankan, thì trong sản phẩm thu được, số mol H₂O lớn hơn số mol CO₂.

D. Nếu trong sản phẩm đốt cháy một hiđrocacbon, số mol H₂O lớn hơn số mol CO₂ thì hiđrocacbon đem đốt phải là ankan.

Phương pháp giải

Hệ thống hóa các loại hiđrocacbon quan trọng: ankan, anken, ankađien, ankin và ankylbenzen về đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lí, tích chất hóa học đặc trưng và ứng dụng.

Hướng dẫn giải

B sai vì chất đem đốt có thể chứa cả oxi.

→ Chọn B.

Chất nào trong 4 chất dưới đây có thể tham gia cả 4 phản ứng: phản ứng cháy trong oxi; phản ứng cộng với brom; phản ứng cộng với H₂ (chất xúc tác Ni, nhiệt độ); phản ứng-với dung dịch AgNO₃ trong amoniac ?

A. etan

B. eten

C. axetilen

D. xiclopropan

Phương pháp giải

Hệ thống hóa các loại hiđrocacbon quan trọng: ankan, anken, ankađien, ankin và ankylbenzen về đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lí, tích chất hóa học đặc trưng và ứng dụng.

Hướng dẫn giải

Đáp án A sai vì etan không tham gia phản ứng cộng brom, cộng hiđro (xt Ni, t^o ), thế với dung dịch AgNO₃ /NH₃ .

Đáp án B sai vì etilen không tham gia phản ứng thế với dung dịch AgNO₃/NH₃ .

Đáp án D sai vì isopren không tham gia phản ứng thế với dung dịch AgNO₃/NH₃ . 

→ Chất thỏa mãn là axetilen: 

C₂H₂ + 2,5O₂ → 2CO₂ + H₂O 

CH≡CH + 2Br₂ → CHBr₂ -CHBr₂ 

CH≡CH + 2H₂ → CH₃-CH₃

CH≡CH + AgNO₃/NH₃ → AgC≡CAg↓ + NH₄NO₃ 

Hỗn hợp M chứa hai hiđrocacbon kế tiếp nhau trong một dãy đồng đẳng. Khi đốt cháy hoàn toàn 13,2 g hỗn hợp M thu được 20,72 lít CO₂ (đktc).

Hãy xác định công thức phân tử và phần trăm khối lượng từng chất trong hỗn hợp M.

Phương pháp giải

- So sánh số mol CO₂ và H₂O → loại hiđrocacbon.

- Sử dụng phương pháp trung bình → \(\overline n \) → CTPT hai chất.

- Gọi số mol mỗi chất là x, y (mol)

- Dựa vào dữ kiện bài toán lập hệ phương trình 2 ẩn → x, y → phần trăm khối lượng từng chất trong hỗn hợp M

Hướng dẫn giải

Số mol CO₂ = \(\dfrac{{20,72}}{{22,4}} = {9,25.10^{ - 1}}(mol).\)

Khối lượng C trong đó là : \({9,25.10^{ - 1}}\).12= 11,1(g)

Đó cũng là khối lượng C trong 13,2 g hỗn hợp M.

Khối lượng H trong 13,2 g M là : 13,2 - 11,1 = 2,1 (g)

Số mol H₂O tạo thành : \(\dfrac{{2,1}}{2}\) = 1,05 (mol)

Vì số mol H₂O tạo thành > số mol CO₂ nên hai chất trong hỗn hợp M đều là ankan.

\({C_{\overline n }}{H_{2\overline n  + 2}} + \dfrac{{3\overline n  + 1}}{2}{O_2} \to \overline n C{O_2} + (\overline n  + 1){H_2}O\)

\(\dfrac{{\overline n }}{{\overline n  + 1}} = \dfrac{{{{9,25.10}^{ - 1}}}}{{1,05}} \Rightarrow \overline n  = 7,4\)

Công thức phân tử hai chất là \({C_7}{H_{16}}\) (x mol) và \({C_8}{H_{18}}\) (y mol).

Khối lượng hai chất là : 100x + 114y = 13,2.

Số mol CO₂ là : 7x + 8y = 9,25.10^-1 

→ x = 0,75.10^-1 ; y = 0,5.10^-1.

Thành phần phần trăm theo khối lượng :

\({C_7}{H_{16}}\) chiếm : \(\dfrac{{{{0,75.10}^{ - 1}}.100}}{{13,2}}.100\%  = 56,8\% \)

\({C_8}{H_{18}}\) chiếm : 100% - 56,8% = 43,2%

Hỗn hợp khí A chứa hiđro, một ankan và một anken. Dẫn 15,68 lít A đi qua chất xúc tác Ni nung nóng thì nó biến thành 13,44 lít hỗn hợp khí B. Dẫn B đi qua bình đựng dung dịch brom thì màu của dung dịch nhạt đi và khối lượng bình tăng thêm 5,6 g. Sau phản ứng còn lại 8,96 lít hỗn hợp khí c có tỉ khối đối với hiđro là 20,25. (Biết các thể tích đo ở đktc; các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn). Hãy xác định công thức phân tử và phần trăm thể tích của từng chất trong mỗi hỗn hợp A, B và C.

Phương pháp giải

- Tính số mol A

- Hỗn hợp B chứa 3 chất: ankan ban đầu \({C_n}{H_{2n + 2}}\), ankan mới tạo ra \({C_m}{H_{2m + 2}}\) và anken còn dư C_mH_2m \( \to\) số mol H₂ 

- Khi B qua nước brom thì anken bị giữ lại hết

- Hỗn hợp C chỉ còn \({C_n}{H_{2n + 2}}\) và \({C_m}{H_{2m + 2}}\)

- Dựa vào dữ kiện "khối lượng bình tăng thêm 5,6 g" → m

- Xác định n → phần trăm thể tích của từng chất trong mỗi hỗn hợp A, B và C

Hướng dẫn giải

Số mol các chất trong A là 15,68 : 22,4 = 0,7 mol 

Khi A qua chất xúc tác Ni :

Hỗn hợp B chứa 3 chất: ankan ban đầu CnH2n+2, ankan mới tạo ra C_mH_2m+2 và anken còn dư C_mH_2m với số mol tổng cộng là 13,44 : 22,4 = 0,6 mol 

Số mol H₂ trong A là: 0,7 - 0,6 = 0,1(mol).

Khi B qua nước brom thì anken bị giữ lại hết:

C_mH_2m + Br₂ → C_mH_2mBr₂

Hỗn hợp C chỉ còn C_nH_2n+2 và C_mH_2m+2 với tổng số moi là 8,96 : 22,4 = 0,4 mol

Như vậy, 0,2 mol C_mH_2m có khối lượng 5,6 g, do đó 1 mol C_mH_2m có khối lượng 28 (g) ⇒ m = 2.

CTPT của anken là C₂H₄; ankan do chất này tạo ra là C₂H₆.

Trong hỗn hợp C có 0,1 mol C₂H₆ và 0,3 mol C_nH_2n+2

Khối lượng hỗn hợp C là: 20,25.2.0,4 = 16,2 (g)

Trong đó 0,1 mol C₂H₆ có khối lượng 3 g và 0,3 mol C_nH_2n+2 có khối lượng là 16,2 - 3 = 13,2(g).

Khối lượng 1 mol C_nH_2n+2 là 44,0 (g) ⇒ n = 3

Hỗn hợp A: C3H8 (42,86%); C₂H₄ (42,86%); H₂ (14,29%).

Hỗn hợp B:  C3H8 (50%); C2H6 (16,67%); C₂H₄ (33,33%).

Hỗn hợp C: C₃H₈ (75%); C₂H₆ (25%).

Hỗn hợp A chứa 3 ankin với tổng số mol là 0,10 mol. Chia A làm hai phần như nhau. Đốt cháy hoàn toàn phần 1, thu được 2,34 g nước. Phần 2 tác dụng với 250 ml dung dịch AgNO₃ 0,12M trong NH₃ tạo ra 4,55 gam kết tủa. Hãy xác định công thức cấu tạo, tên và phần trăm về khối lượng của từng chất trong hỗn hợp A, biết rằng ankin có phân tử khối nhỏ nhất chiếm 40% số mol của A.

Phương pháp giải

- Dựa vào phương trình đốt cháy ankin ⇒ khoảng chặn của số nguyên tử cacbon trong A.

- Dựa vào dữ kiện đề bài, lập phương trình toán học, biện luận để tìm ra công thức phân tử của các ankin.

⇒ phần trăm về khối lượng của từng chất trong hỗn hợp A

Hướng dẫn giải

Số mol ankin trong mỗi phần là 0,1 : 2 = 0,05 mol

Khi đốt cháy hoàn toàn phần (1):

C_mH_2m-2 + (3m-1)/2 O₂ → mCO₂ + (m - 1)H₂O

Cứ 1 mol C_mH_2m-2 tạo ra (m-1) mol H₂O

Cứ 0,5.10⁻¹ mol C_mH_2m-2 tạo ra 0,13 mol H₂O

Như vậy trong hỗn hợp A phải có ankin có số nguyên tử cacbon nhỏ hơn 3,6 tức là phải có C₂H₂ hoặc C₃H₄.

Nếu có C₂H₂ thì số mol chất này ở phần 2 là:

\(n = 0,05.\frac{{40}}{{100}} = 0,02mol\)

Khi chất này tác dụng với dung dịch AgNO₃ trong NH₃:

C₂H₂ + 2AgNO₃ + 2NH₃ → C₂Ag₂↓ + 2NH₄NO₃

0,02 mol                          0,02 mol

Khối lượng 0,02 mol C₂Ag₂ là: 0,02. 240 = 4,8 (g) > 4,55 g.

Vậy hỗn hợp A không thể có C₂H₂ mà phải có C₃H₄.

Khi chất này tác dụng với dung dịch AgNO₃ trong NH₃:

C₃H₄ + AgNO₃ + NH₃ → C₃H₃Ag↓ + NH₄NO₃

0,02 mol        0,02 mol              0,02 mol

Khối lượng C₃H₃Ag là 0,02.147 = 2,94 (g).

Số mol AgNO₃ đã phản ứng với các ankin là: 0,25.0,12 = 0,03 (mol): trong đó lượng AgNO₃ tác dụng với C₃H₄ là 0,02 mol, vậy lượng AgNO₃ tác dụng với ankin khác là 0,01 mol.

Trong phần 2, ngoài 0,02 mol C₃H₄ còn 0,03 mol 2 ankin khác. Vậy mà lượng AgNO₃ phản ứng chỉ là 0,01 mol, do đó trong 2 ankin còn lại, chỉ có 1 chất có phản ứng với AgNO₃, 1 chất không có phản ứng:

C_nH_2n−2 + AgNO₃ + NH₃ → C_nH_2n−3Ag↓ + NH₄NO₃

0,01 mol        0,01 mol              0,01 mol

Khối lượng 0,010 mol C_nH_2n-3Ag là: 4,55 - 2,94 = 1,61(g).

Khối lượng 1 mol C_nH_2n−3Ag là 161 g.

14n + 105 = 161 ⇒ n = 4.

Công thức phân tử là C₄H₆ và CTCT: CH₃ - CH₂ - C ≡ CH (but-1-in)

Đặt công thức chất ankin chưa biết là C_n′H_2n′−2:

C₃H₄ + 4O₂ → 3CO₂ + 2H₂O

0,02 mol                      0,04 mol

C₄H₆ + 5,5O₂ → 4CO₂ + 3H₂O

0,01 mol                      0,03 mol

C_n'H_2n'-2 + (3n'-1)/2 O₂ → n'CO₂ + (n'-1)H₂O

 0,02 mol                                      0,02 (n'-1) mol

Tổng số mol H₂O: 0,04 + 0,03 + 0,02(n' - 1) = 0,13 ⇒ n' = 4.

Chất ankin thứ ba có CTPT C₄H₆ nhưng không tác dụng với AgNO₃ nên CTCT là CH₃ − C ≡ C − CH₃ (but-2-in).

Thành phần về khối lượng:

Propin chiếm: 33,1%; but-1-in : 22,3%; but-2-in: 44,6%.

Hỗn hợp X chứa 3 chất A, B, C đều là đồng đẳng của benzen (các khối lượng mol: M_A < M_B < M_C), trong đó A và C có số mol bằng nhau và cách nhau 2 chất trong dãy đồng đẳng.

Để đốt cháy hoàn toàn 48,8 g hỗn hợp X cần dùng vừa hết 153,6 g O₂.

1. Xác định công thức phân tử của A, B, C biết rằng chất B không có đồng phân là hợp chất thơm.

2. Hãy tính phần trăm về khối lượng của từng chất trong hỗn hợp X.

Phương pháp giải

1. A và B ở trong dãy đó và M_A < M_B vậy A là C₆H₆ và B là C₇H₈. Chất C cách chất A hai chất trong dãy đồng đẳng nghĩa là chất C phải hơn chất A ba nguyên tử cacbon → C

2. Giả sử trong 48,8 g hỗn hợp X có a mol A, b mol B và c mol C

- Lập hệ phương trình → a, b, c.

- Tính thành phần phần phần trăm về khối lượng của hỗn hợp X

Hướng dẫn giải

1. Trong dãy đồng đẳng của benzen, chỉ có C₆H₆ và C₇H₈ là không có đồng phân là hợp chất thơm.

A và B ở trong dãy đó và M_A < M_B vậy A là C₆H₆ và B là C₇H₈.

Chất C cách chất A hai chất trong dãy đồng đẳng nghĩa là chất C phải hơn chất A ba nguyên tử cacbon. Công thức phân tử chất C là C₉H₁₂.

2. Giả sử trong 48,8 g hỗn hợp X có a mol A, b mol B và c mol C; ta có :

78a + 92b + 120c = 48,8 (1)

a = c    (2)

C₆H₆ + 7,5O₂ → 6CO₂ + 3H₂O

a          7.5a

C₇H₈ + 9O₂ → 7CO₂ + 4H₂O

b          9b

C₉H₁₂ + 12O₂ → 9CO₂ + 6H₂O

c          12c

7,5a + 9b + 12c = 153,6 : 32 = 4,8    (3) 

Giải hệ (1), (2), (3), tìm được a = c = 0,2 ; b = 0,1.

Từ đó tính được thành phần phần phần trăm về khối lượng của hỗn hợp X :

C₆H₆: 31,9%; C₇H₈: 18,9%; C₉H₁₂: 49,2%