Đăng ký Đăng nhập

Tài liệu CHUYÊN ĐỀ TỔNG HỢP HIDROCACBON

.DOC
11
3912
76

Mô tả:

- Tác giả chuyên đề : Lê Hồng Ánh Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường PT DTNT Vĩnh Phúc - Đối tượng học sịnh bồi dưỡng: lớp 11 Dự kiến số tiết bồi dưỡng: 10 tiết CHUYÊN ĐỀ TỔNG HỢP HIDROCACBON A. PHÂN LOẠI CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ H-C THEO TÍNH CHẤT HÓA HỌC ĐIỂN HÌNH I. PHẢN ỨNG CHÁY H-C. 1 Kiến thức cần nắm: Phương trình pư cháy tổng quát: CxHy + (x+ Hoặc: CnH2n+2-2k y y )O2  x CO2 + H2 O 4 2 3n  1  k O2 to  nCO2  (n  1  k ) H 2 O + 2 Nếu n H O  nCO  A là ankan và n H O  nCO n A  A là anken (hay xicloankan) Nếu n H O nCO Nếu n H O  nCO  A là ankin, ankađien hoặc aren. Nếu A có C là mạch hở  A là ankin hay ankađien và nCO 2  n H 2O n A 2 2 2 2 2 2 2 2 Đốt cháy một hidrocacbon hay hỗn hợp hidrocacbon bất kì, ta luôn có: 1 nO2 pu  nCO2  nH 2O 2 Chú ý: Nếu cho hỗn hợp sản phẩm cháy CO2, H2O vào bình đựng dd Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2 thì: m bình tăng = mCO  mH O m dung dịch tăng = mCO  mH O  m � 2 2 2 2 m dung dịch giảm = m �(mCO2  mH 2O ) 2. Bài tập áp dụng: VD1. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp M gồm một ankan X và một ankin Y, thu được số mol CO 2 bằng số mol nước. Tính thành phần phần trăm về số mol của X và Y trong hỗn hợp M giải O2 C n H 2 n2   nCO2  (n  1) H 2 O a  na  (n+1)a O2 C m H 2 m  2   mCO2  (m  1) H 2 O b  mb  (m-1)b nCO2 n H 2O  na  mb ( n  1)a  ( m  1)b Theo đề:  (na  mb) (na  mb)  (a  b)  a b  %n ankan n ankin 50% Chú ý: Từ bài tập này ta cần vận dụng để biện luận xem một H-C thuộc loại nào: VD: Nếu gt cho đốt cháy 1 hỗn hợp gồm 1 anken và một H-C A thu được 0,1 mol CO 2 và 0,2 mol H2O … thì ta suy ra được H-C A phải là ankan. VD 2. 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 CO 2 (đktc), và 9,9g nước. Thể tích không khí nhỏ nhất cần dùng để đốt cháy hoàn tòan lượng khí thiên nhiên trên là bao nhiêu? 1 giải Khi đốt cháy 1hidrocacbon bất kì ta luôn có: nOt pu nCO2  0,5n H 2O 0,35   Vkk (0,625.22,4). 1 .0,55 0,625mol 2 100 70l 20 VD 3. Đốt cháy một ankin A thu được 5,4g nước vá cho sản phẩm cháy qua dung dịch Ca(OH) 2 dư, dung dịch có khối lượng giảm so với dung dịch nước vôi trong ban đầu là 19,8g. Xác định CTPT của A. giải: Ta có: n H O  2 5,5 0,3mol 18 gọi nCO amol  nCaCO khối lượng dung dịch giảm: 2 3 nCO2 amol mCaCO3  (mCO2  m H 2O ) 19,8 100a  (44a  5,4) 19,8  a 0,45 O2 C n H 2 n  2   nCO2  (n  1) H 2 O 0,45 0,3  n  3  C3 H 4 0,3n = 0,45(n-1) 3. Bài tập tự rèn luyện : BT 1. Hỗn hợp gồm hiđrocacbon X và oxi có tỉ lệ số mol tương ứng là 1:10. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp trên thu được hỗn hợp khí Y. Cho Y qua dung dịch H 2SO4 đặc, thu được hỗn hợp khí Z có tỉ khối đối với hiđro bằng 19. Công thức phân tử của X là (cho H = 1, C = 12, O = 16). A. 20g B. 30g. C. 40g D. 2g. Đáp án : Đặt cttq dạng CxHy viết ptpư cháy tính toán, biện luận tìm được C4H8. BT 2. Ba hidrocacbon X, Y, Z kế tiếp nhau trong cùng dãy đồng đẳng, trong đó khối lượng phân tử Z gấp đôi khối lượng phân tử X. Đốt cháy 0,1 mol Y, sản phẩm cháy được hấp thụ hoàn toàn vào dd Ca(OH)2 dư, thu được bao nhiêu gam kết tủa ? A. 20g B. 30g. C. 40g D. 2g. BT 3. Đốt cháy hoàn toàn một thể tích hỗn hợp gồm anken X và hiđrocacbon Y thu được 5,6 lít khí CO2 (đktc) và 5,4 g H2O. Tính thể tích của Y đã tham gia phản ứng: A. 11,2 lít. B. 1,12 lít. C. 22,4 lít. D. không xác định. BT 4. Đốt cháy hoàn toàn 4 gam hơi của một hiđrocacbon mạch hở cần vừa đủ 12,8 gam oxi thấy thể tích CO2 sinh ra bằng 3 lần thế tích hiđrocacbon. Giả sử phản ứng được tiến hành trong bình kín dung tích 1 lít. Sau phản ứng đưa bình về 27,3oC, áp suất trong bình sau phản ứng là: A. 7,392 atm B. 12,320 atm C. 7,239 atm D. 12,230 atm Bài giải: Công thức của hiđrocacbon là C3Hy (Do thể tích CO2 sinh ra bằng 3 lần thể tích hiđrocacbon). C3Hy + (3 + y/4)O2 → 3CO2 + y/2 H2O Từ đây ta có hệ thức: 12,8(36 + y) = 4(3 + y/4).32 → y = 4. Khi đưa bình về 27,3oC thì hơi nước ngưng tụ, sau phản ứng chỉ còn 0,3 mol CO2. Vậy áp suất trong bình sau phản ứng là: p nRT  V 0,3. 22,4 .( 273  27,3) 273 7,392atm. 1 BT 5. Hỗn hợp X gồm 1 ankin A và 1 anken B, trong đó số nguyên tử hiđro trong A bằng số nguyên tử cacbon trong B. Hỗn hợp X làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa 0,08 mol brom. Mặt khác, khi cho hỗn hợp X phản ứng hết với hiđro thì thu được hỗn hợp Y gồm 2 ankan. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y thu được 9,68 gam CO2 và 5,04 gam H2O. Chất khí được đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Công thức cấu tạo A, B và thể tích của chúng là: A. C2H2; 0,448 lít và C3H6; 0,668 lít B. C3H4; 0,896 lít và C4H8; 0,448 lít 2 C. C3H4; 0,448 lít và C4H8; 0,896 lít D. C2H2; 0,668 lít và C3H6; 0,448 lít Bài giải: Công thức của A và B là CnH2n-2 và C2n-2H4n-4. Đặt x, y lần lượt là số mol A và B. Ta có hệ phương trình 2x + y = 0,08 xy  5,04 9,68  0,06 18 44 Giải ra ta được x = 0,02 và y = 0,04. à Số mol CO2 thu được là 0,02.n + 0,04.(2n-2) = 0,22 à n = 3. Vậy công thức A, B và thể tích của chúng là: C. C3H4; 0,448 lít và C4H8; 0,896 lít II. PHẢN ỨNG THẾ VÀO H-C. 1. Bài tập về phản ứng thế halogen vào ankan. 1.1. Cơ sở lí thuyết: Xét phương trình phản ứng: askt CnH2n+2 + xCl2 ��� CnH2n+2-xClx + xHCl Nhận xét: - Nếu phản ứng xảy ra theo tỉ lệ 1:1 (x=1) � trong phân tử ankan có bao nhiêu vị trí cacbon khác nhau còn hiđro sẽ cho ta bấy nhiêu dẫn xuất monohalogen. Khi đó sản phẩm chính ưu tiên thế vào cacbon bậc cao. - Nếu cho sản phẩm qua dd NaOH dư mà vẫn có khí thoát ra � trong hh sản phẩm có ankan còn dư. - Nếu dd trong NaOH sau phản ứng có tính oxi hóa � trong hh sản phẩm có khí clo dư. - Sản phẩm thế (dẫn xuất) thường ở dạng lỏng và ở đktc. Trong trường hợp tạo ra hai sản phẩm thế monohalogen và đihalogen thì nên viết hai phương trình độc lập xuất phát từ ankan và Cl 2 lấy số mol mỗi sản phẩm làm ẩn số và lập hai phương trình toán học. - Ngoài ankan, còn có phương trình phản ứng: 500 C CH2=CH-CH3 + Cl2 ��� � CH2=CH-CH2Cl + HCl 0 1.2. Bài tập áp dụng: Ví dụ 1: Trộn 6g C2H6 và 14,2 lit (đktc) Cl2 có chiếu sáng thu được sản phẩm thế mono và điclo. Cho hỗn hợp sản phẩm khí đi qua dd NaOH dư thì còn lại 22,4 lit khí duy nhất thoát ra (ở đktc). Dung dịch trong NaOH có khả năng oxi hóa 200ml dd FeSO4 0,5M. Tính thành phần % mỗi sản phẩm thế? Biết các pư xảy ra hoàn toàn. A. 50% và 50% B. 60% và 40%. C. 30% và 70% D. 20% và 80% Giải: nC H  0, 2 và nCl  0, 2 2 6 2 Gọi a, b lần lược là số mol của 2 sp thế mono và điclo: askt C2H6 + Cl2 ��� C2H5Cl + HCl a a a a askt C2H6 + 2Cl2 ��� C2H4Cl2 + 2HCl b 2b b 2b Vì sau khi qua dd NaOH dư thu được một khí duy nhất là C2H6 (dư)=0,1mol � C2H6 pư=0,1. Dung dịch sau khi sục vào NaOH có tính oxi hóa đó là do có Clo dư gây ra phản ứng: Cl2 + NaOH � NaCl + NaClO NaClO có tính oxi hóa , oxi hóa Fe+2 tạo Fe+3 và Cl*** FeSO4 + NaOH � Fe(OH)2 + Na2SO4 Fe(OH)2 + NaClO + H2O � 2Fe(OH)3 + NaCl **** Áp dụng pp bảo toàn e được: 2.nCl   1.nFe 2 � nCl2 (dư)=nCl+ =0,05 � nCl2 pư=0,15 Thiết lập hệ phương trình tổng số mol C2H6 và Cl2 pư ta có hệ: a  0, 05 �a  2b  0,15 � �� suy ra 50% mỗi sản phẩm. � b  0, 05 �a  b  0,1 � 3 Ví dụ 2: (ĐH khối B-08) H-C mạch hở X chỉ chứa lk  và có hai nguyên tử C bậc ba trong một phân tử. Đốt chấy hoàn toàn một thể tích X sinh ra 6 thể tích CO2 (cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). Khi cho X tác dụng với Clo (tỉ lệ 1:1), số dẫn xuất monoclo tối đa sinh ra là: A.3. B. 4. C. 2. D. 5. Hướng dẫn: HC mạch hở X chỉ chứa lk   X là ankan O2 Cn H 2 n  2   CO2 V 6V  n 6  X : C6 H14 có hai nguyên tử C bậc ba trong một phân tử  CTCT của X là: CH3CH(CH3)CH(CH3)CH3 dựa vào CTCT X  X tác dụng với Clo (tỉ lệ 1:1) số dẫn xuất monoclo là 2 1.3. Bài tập tự rèn luyện : BT1(ĐH khối B-07): Khi brom hóa một ankan chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất có tỉ khối hơi đối với hidro là 75,5. Tên ankan đó là: A. 3,3-đimetylhexan. B. 2,2-đimetylpropan C. Isopentan. D. 2,2,,3-trimetylpentan BT2: Một ankan phản ứng với clo theo tỉ lệ 1:2 thu được sản phẩm chứa 83,53% clo về khối lượng. CTPT của ankan đó là: A. Metan. B. Etan. C. Propan. D. Butan. BT3: Cho m(g) HC A thuộc dãy đồng đẳng của mêtan tác dụng với Clo có chiếu sáng, chỉ thu được một dẫn xuất monoclo duy nhất B với khối lượng 8,52g. Để trung hòa hết khí HCl sinh ra, cần 80ml dd KOH 1M. Tìm CTPT của A. A. C4H10. B. C5H12. C. C6H14. D. C3H8. 2. Phản ứng thế H linh động bằng ion kim loại (Ag+) 2.1 cơ sở lý thuyết. Với các hidrocacbon có nối ba đầu mạch thì nguyên tử H gắn với C nối ba trở nên linh động dễ tham gia phản ứng thế: R-C CH + AgNO3 + NH3  R-C CAg  + NH4NO3 Dạng tổng quát: CxHy +  AgNO3 +  NH3  CxH y   Ag   +  NH4NO3 Với ankin:  Nếu  =1  ank-1-in (R-C CH)  Nếu  =2  HC CH (C2H2) Kết tủa dễ hoà tan trong axit mạnh R-C CAg + HCl  R-C CH + AgCl 2.2. Bài tập áp dụng: Ví dụ 1: Cho 17,92 lít hỗn hợp khí X gồm 3 hidrocacbon là ankan, anken và ankin lấy theo tỉ lệ thể tích tương ứng là 1:1:2 lội qua bình chứa dung dịch AgNO 3/NH3 lấy dư thu được 96g kết tủa và hỗn hợp khí Y. Đốt cháy hoà toàn hỗn hợp khí Y thu được 13,44 lít CO 2. Thể tích các khí đo ở đktc. Tìm CTPT của 3 hidrocacbon? Giải: nX = 17,92 22,4 =0,8 mol Vì tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol nên số mol tương ứng là: C nH2n+2 : 0,2 mol ; CmH2m: 0,2 mol; CpH2p-2 : 0,4 mol. CpH2p-2 +  AgNO3 +  NH3  CpH 2 p  2   Ag   +  NH4NO3  0,4 mol 0,4 mol Ta có n  = nankin = 0,4 mol = 14 p  96 2  107 + Nếu  =1  p = 9,6 (loại) 4  5,6p + 42,8  = 96,8 + Nếu  = 2  p = 2 (nhận)  CTPT của ankin là C2H2 Khí Y gồm : CnH2n+2: 0,2 mol và CmH2m: 0,2 mol Ta có phản ứng cháy:  3n  1   O2  2   nCO2 + (n+1)CO2  0,2n mol CnH2n+2 +  0,2 mol  0,2 (n+m) = 13,44 22,4  3m   O2  2  CmH2m +  0,2 mol  mCO2 + mH2O  0,2m mol = 0,6 mol  n+m = 3  n=1 và m=2  CTPT ankan là CH4. CTPT anken là C2H4 Ví dụ 2: Đốt cháy 3,4g ankin A tạo ra 11g CO 2. Mặt khác, khi cho 3,4g A tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 thấy tạo thành a gam kết tủa. CTPT của A và a là: A. C2H2 ; 8,5g B. C3H4 ; 8,5g C. C4H6 ; 8,75g D. C5H8 ; 8,7 Giải:  3n  1   O2  2  Do A tác dụng được với AgNO 3 trong NH3 nên A là ank-1-in: C nH2n-2 +   nCO2 + (n- 1)H2O 3,4 mol 14n  2 n CO = 2 11 = 0,25 mol 44 Ta có: 0,25 mol 3,4 0,25  n = 5  CTPT A là C5H8 = 14n  2 n C5H8 + AgNO3 + NH3  C5H7Ag + NH4NO3  0,05 mol 0,05 mol n C 5H = 8 3,4 6,8 =0,05 mol  a = 0,05.175= 8,75g  Đáp án D 2.3. Bài tập tự rèn luyện : BT1: Khi đốt cháy một ankin A thu được một khối lượng nước đúng bằng khối lượng ankin đem đốt. Tìm công thức phân tử, viết công thức cấu tạo của A. Gọi tên của A, biết A tạo được kết tủa với AgNO3/NH3. Viết PTHH của phản ứng. BT2: Chất A có CTPT C7H8. Cho A tác dụng với Ag2O/NH3 thu được kết tủa B. MB > MA là 214đvC. Số đồng phân thỏa mãn điều kiện trên là: A. 2. B. 3. C. 4. D. 5. BT3: A là một HC mạch hở. Đốt cháy A thu được tỉ số mol CO2 gấp đôi số mol nước. Mặt khác lấy 0,05mol A phản ứng vừa hết với dd AgNO3/NH3 thu được 7,95g kết tủa. Tìm CTCT của A? 3. Phản ứng thế vào vòng benzen VD1. Nitro hóa benzen thu dược 2 chất X, Y kém nhau một nhóm –NO2. Đốt cháy hoàn toàn 19,4g hh X, Y thu được CO2, H2O và 2.24l khí N2 (đkc). Tìm CTCT của X, Y? HD: Đặt công thức trung bình của sản phẩm là: C6 H 6 x ( NO2 ) x 19, 4.x  0, 2 � x  1,5 78  45 x ( x là số nhóm thế NO2 trung bình của 2 sản phẩm) � x1  1; x2  2 Thiết lập phương trình số mol nguyên tử N ta có: nN  X là C6H5-NO2; Y là m-NO2-C6H4-NO2. III. PHẢN ỨNG CỘNG VÀO H-C. 1. Cơ sở lí thuyết: Cn H 2 n2 2 k  kH 2  C n H 2 n 2 Cn H 2 n2 2 k  kBr2  Cn H 2 n 2 2 k Br2 k Thông thường các bài toán về phản ứng cộng thường dẫn hổn hợp của anken đồng đẳng phản ứng với Br2, H2 sau phản ứng khối lượng bình tăng lên agam, hoặc % của brom trong hợp chất là x% xác định công thức của hidrocacbon đó. 5 _ Với những dạng này ta cần xác định n của hidrocacbon rồi từ đó suy ra CTPT của HC 2. Bài tập áp dụng: Ví dụ 1: A là 1 HC mạch hở, chất khí ở điều kiện thường. 4,48 lít khí A ở đktc tác dụng vừa đủ với 0,4 mol Brom tạo ra sản phầm B chứa 85,562% brom về khối lượng. Công thức phân tử của A là: A. C2H6. B. C3H4. C. C4H6. D. C6H6. Giải: n A 0,2mol đặt CTPT trung bình của HC là C n H 2 n 2  2 k C n H 2 n 2  2 k  kBr2  C n H 2 n 2  2 k Br2 k pt phản ứng: 0,2 0,2k  k 2 Ta lại có 160.2 % Br  .100 85,562  n 4 14n  2  2.2  160.2 Ví dụ 2: Cho 10,2g hỗn hợp khí A gồm CH 4 và 2 anken đồng đẳng liên tiếp đi qua dd nước brom dư, thấy khối lượng bình tăng 7g, đồng thời thể tích hỗn hợp giảm đi một nửa.Công thức phân tử các anken là: A. C2H4, C3H6 B. C3H6, C4H10 C.C4H8,C5H10 D. C5H10, C6H12 Giải: Đặt CTPT trung bình của anken là: C n H 2 n ; gọi x, y(mol) lần lượt à số mol của CH4 và anken Phương trình phản ứng: C n H 2 n  Br2  C n H 2 n Br2 y y ta có 16x + 14 n y = 10,2 (1) khi hỗn hợp khí qua Br2 thì thể tích giảm một nửa  x  y (2) khối lượng bình brom tăng 7g là khối lượng của hổn hợp anken M  7 14n (3) y từ (3) và (1)  n y 0,5, x 0,2  y  n 2.5 Bài tập liên quan đến tỉ khối: Ví dụ 3: Một hỗn hợp Z gồm anken A và H2. Tỉ khối hơi của hỗn hợp Z so với hiđro là 10. Dẫn hỗn hợp qua bột Ni nung nóng tới phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp khí B có tỉ khối so với hiđro là 15. Thành phần % theo thể tích của A trong hỗn hợp Z và công thức phân tử của A là: A. 66,67% và C5H10 B. 33,33% và C5H10 C. 66,67% và C4H8 D. 33,33% và C4H8 Bài giải: Hỗn hợp Z gồm anken CnH2n x mol và y mol H2. Do thu được hỗn hợp khí B nên trong B còn dư H2. Từ đây ta có các hệ thức: 14nx  2 y  20 xy    30y = 20(x + y)  y = 2x. Thay vào một trong hai biểu thức ta có: 14nx  2 y 30   y 14nx  2.2 x 20  n 4. x  2x Thành phần % thể tích của A trong hỗn hợp Z là: %V A  x .100 33,33%. x  2x 3. Bài tập tự rèn luyện : BT1. Một hỗn hợp X gồm một H-C mạch hở (A) có hai liên kết pi 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 ta thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 bằng 8. Tìm công thức và thành phần % theo thể tích của A trong X là: A. C2H2 ; 80%. B. C3H4; 20%. C. C2H2; 20%. D. C3H4; 80%. 6 BT2. 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: Xét trong 1 mol X: mX=1.4.3,75=15(g); số molH2=x : 2x+28(1-x)=15, x=0,5(mol) nY=15: [4.5]=0,75(mol) số mol H2 pứ=1-0,75=0,25(mol)=nC2H4 H=(0,25:0,5).100=50% BT3. Hỗn hợp khí X gồm 0,3 mol H2 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 HD: mX=0,3.2+0,1.52=5,8(g) Theo bảo toàn khối lượng mX=mY nY=5,8:29=0,2(mol) số mol H2 dư=0,1 (mol) nH2 phản ứng =0,3-0,1=0,2(mol) C4H4+2H2→C4H8 C4H8+Br2→C4H8Br2 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 mBr2=160.0,1=16(g) BT4. Cho hiđrocacbon X phản ứng với brom (trong dung dịch) theo tỉ lệ mol 1 : 1, thu được chất hữu cơ Y (chứa 74,08% Br về khối lượng). Khi X phản ứng với HBr thì thu được hai sản phẩm hữu cơ khác nhau. Tên gọi của X là A. but-1-en B. but-2-en C. propilen D. Xiclopropan B. HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ H-C THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH. I. Sử dụng các giá trị trung bình về H-C. 1. cơ sở lý thuyết: Nếu có một hỗn hợp nhiều chất cùng tác dụng với một chất khác (mà các PTPƯ cùng loại, cùng hiệu suất, sản phẩm phản ứng tương tụ nhau) ta có thể thay hỗn hợp này bằng một chất tương đương. Giả sử hỗn hợp gồm các chấtA, B, C,…( chứa C, H, O), có thể thay bàng chất tương đương C x H y Oz : M với: -Khối lượng phân tử (nguyên tử) trung bình: M mhh nA M A  nB M B  ...  nK M K  nhh nA  nB  ...  nK (nA, nB, … nK có thể là số mol, thể tích hay % số mol,…) Luôn có MA < M - Xem thêm -

Tài liệu liên quan