BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HỖN HỢP CÁC HIDROCACBON ĐÃ BIẾT CTPT

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Vũ Thị Thơ
II.3 – BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HỖN HỢP CÁC
HIDROCACBON ĐÃ BIẾT CTPT
 II.3.1 MỘT SỐ LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TOÁN HỖN HỢP :
-Khai thác tính chất hóa học khác nhau của từng loại hydrocacbon, viết các phương trình
phản ứng.
-Đặt a, b, c,… lần lượt là thể tích (hoặc số mol) khí trong hỗn hợp.
- Lập các phương trình đại số : bao nhiêu dữ kiện là bấy nhiêu phương trình.
-Các thí nghiệm thường gặp trong toán hỗn hợp :
+ Đốt cháy hỗn hợp trong O
2
: thường dùng lượng dư O
2
(hoặc đủ) để phản ứng xảy ra hoàn
toàn, nếu thiếu oxi bài toán sẽ trở nên phức tạp vì sản phẩm có thể là C, CO, CO
2
, H
2
O, hoặc
sản phẩm chỉ gồm CO
2
, H
2
O đồng thời dư hydrocacbon.
+ Phản ứng cộng với H
2
: cho hỗn hợp gồm hydrocacbon chưa no và H
2
qua Ni, t
o
C (hoặc

Pd,t
o
) sẽ có phản ứng cộng.
- Độ giảm thể tích hỗn hợp bằng thể tích H
2
tham gia phản ứng.
Ta luôn có :
- Số mol hỗn hợp trước phản ứng lớn hơn số mol hỗn hợp sau phản ứng.

hh
n
T
>
hh
n
S
- Khối lượng hỗn hợp trước và sau phản ứng bằng nhau (ĐLBTKL).
m
hh T
= m
hhS
⇒
T
M
<
S
M
⇒ d
T
< d

S
+ Phản ứng với dd brôm và thuốc tím dư, độ tăng khối lượng của dd chính là khối lượng của
hydrocacbon chưa no.
C
n
H
2n+2-2k
+ kBr
2
→ C
n
H
2n+2-2k
Br
2k
+ Phản ứng đặc trưng của ankin-1 :
2R(C
≡
CH)
n
+ nAg
2
O → 2R(C
≡
CAg)
n
↓ + nH
2
O
Khi làm toán hỗn hợp do số mol các chất luôn thay đổi qua mỗi thí nghiệm do đó khi

qua thí nghiệm mới ta nên liệt kê số mol của hỗn hợp sau và trước mỗi thí nghiệm.
Lưu ý : trong công thức tính PV = nRT thì V là V
bình
.
Ví dụ :
Một bình kín có dung tích 17,92 lít đựng hỗn hợp gồm khí hidro và axetilen (ở O
o
C và
1 atm) và một ít bột Ni xúc tác. Nung nóng bình một thời gian sau đó làm lạnh đến 0
o
C.
a) Nếu cho ½ lượng khí trong bình qua dd AgNO
3
/NH
3
sẽ sinh ra 1,2 gam kết tủa vàng
nhạt. Tìm số gam axetilen còn lại trong bình.
b) Cho ½ lượng khí còn lại qua dd Brom thấy khối lượng dung dịch tăng lên 0,41 gam.
Tính số gam etilen tạo thành trong bình.
SVTH : Phan Thị Thùy
79
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Vũ Thị Thơ
c) Tính thể tích etan sinh ra và thể tích H
2
còn lại sau phản ứng. Biết tỉ khối hỗn hợp đầu
(H
2
+ C
2
H

2
trước phản ứng) so với H
2
= 4. Bột Ni có thể tích không đáng kể.
GIẢI
a) Tính lượng axetilen còn dư :
 Phần 1 :
Sản phẩm cháy tạo kết tủa vàng nhạt với ddAgNO
3
/NH
3
chứng tỏ hỗn hợp còn axetilen
dư
Các ptpứ :
C
2
H
2
+ Ag
2
O
 →
33
/NHddAgNO
C
2
Ag
2
↓ + H
2

O
nC
2
Ag
2
=
005,0
240
2,1
=
(mol)
Lượng axetilen còn lại trong bình :
nC
2
H
2
dư = 2nC
2
H
2
pứ = 2nC
2
Ag
2
= 2.0,005 = 0,01 (mol)
b) Tính số gam etilen tạo thành trong bình :
 Phần 2 :
Các ptpứ :
C
2

H
4
+ Br
2
→ C
2
H
4
Br
2
b → b → b (mol)
C
2
H
2
+ 2Br
2
→ C
2
H
2
Br
4
0,005 → 2.0,005 (mol)
Áp dụng ĐLBT khối lượng :
m
bình tăng
= mC
2
H

4
+ mC
2
H
2

⇒ mC
2
H
4
= m
bình tăng
– mC
2
H
2
= 2(0,41- 0,005.26) = 0,56 (g)
nC
2
H
4
=
02,0
28
56,0
=
(mol)
c) Thể tích etan sinh ra và thể tích H
2
còn lại :

 Phần 3 :
n
hh
=
8,0
4,22
92,17
=
(mol)
Gọi x (mol) là số mol H
2
trong 0,8 mol hỗn hợp ban đầu.
M
hh
= 4.2 = 8
M
hh
=
8
8,0
)8,0(26.2
=
−+ xx
⇒ x = 0,6 (mol)
nC
2
H
2 bđ
= 0,2 (mol)
Các ptpứ :

C
2
H
2
+ H
2

 →
C
o
tNi,
C
2
H
4
0,02 ← 0,02 (mol)
C
2
H
2
+ 2H
2

 →
C
o
tNi,
C
2
H

6

y → 2y → y (mol)
SVTH : Phan Thị Thùy
80
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Vũ Thị Thơ
Gọi y là số mol etan tạo thành.
nC
2
H
2 pứ tạo etan
= y = 0,2 – (0,01 + 0,02)
= 0,17 (mol)
⇒ n
Etan
= 0,17 (mol)
nH
2 còn lại
= 0,6 – (0,02 + 2.0,17) = 0,24 mol
Ghi chú : ta nên đặt các ẩn số ngay từ đầu và phải cùng đơn vị. Qua mỗi thí nghiệm sẽ giúp
ta tìm một ẩn số.
Lưu ý lượng hỗn hợp mang phản ứng trong mỗi thí nghiệm có thể khác nhau nhưng tỉ lệ
thành phần các chất trong hỗn hợp không đổi.
II.3.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THÀNH
PHẦN HỖN HỢP CÁC HYDROCAC ĐÃ BIẾT CTPT
Bài 1 :
Đốt cháy hoàn toàn 100cm
3
hỗn hợp A gồm : C
2

H
6
, C
2
H
4
, C
2
H
2
và H
2
thì thu được
90cm
3
CO
2
. Nung nóng 100cm
3
A có sự hiện diện của Pd thì thu được 80cm
3
hỗn hợp khí
B. Nếu cho B tiếp tục qua Ni, t
o
thì thu được chất duy nhất.
Tìm % các chất trong hỗn hợp.
GIẢI :
Đặt 100cm
3
hh A gồm : C

2
H
6
: a
C
2
H
4
: b
C
2
H
2
: c
H
2
: d (cm
3
)
⇒ a + b + c + d = 100 (cm
3
)
 TN1 :
Các ptpứ :
C
2
H
6
+ 7/2O
2

→ 2CO
2
+ 3H
2
O
a → 2a (mol)
C
2
H
4
+ 3O
2
→ 2CO
2
+ 2H
2
O
b → 2b (mol)
C
2
H
2
+ 5/2O
2
→ 2CO
2
+ H
2
O
c → 2c (mol)

H
2
+ 1/2O
2
→ H
2
O
d → d (mol)
Lưu ý : H
2
cũng cháy trong Oxi, sản phẩm là H
2
O.
VCO
2
= 2(a + b + c) = 90 (cm
3
)
⇒ a + b + c = 45 (cm
3
)
SVTH : Phan Thị Thùy
81
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Vũ Thị Thơ
⇒ d = 100 – 45 = 55(cm
3
) (1)
 TN2 : xúc tác Pd,t
o
C thì một liên kết

π
bị đứt, sản phẩm cộng là anken.
C
2
H
2
+ H
2

 →
CtPd,
o
C
2
H
4

c → c (cm
3
)
Thể tích hỗn hợp giảm :
V
khí giảm
= 2c – c = c = 100 – 80 = 20 (cm
3
) (2)
Hỗn hợp khí B gồm : C
2
H
6

: a
C
2
H
4
: b + c (cm
3
)
H
2
: d – c = 55 – 20 = 35
 TN3 :
C
2
H
4
+ H
2

 →
CtNi,
o
C
2
H
6

b + c b + c (cm
3
)

Vì chỉ thu được một khí duy nhất ⇒ C
2
H
4
và H
2
đều hết.
⇒ b + c = 35 ⇒b = 35 – c = 35 – 20 = 15 (cm
3
)
a = 100 – (b + c + d) = 100 – (15 + 20 + 55) = 10 (cm
3
)
% thể tích các chất trong hỗn hợp :
%V
C2H6
=
%100.
100
10
%100.
100
=
a
=10%
%V
C2H4
=
%100.
100

15
%100.
100
=
b
= 15%
%V
C2H2
=
%100.
100
20
%100.
100
=
c
= 20%
%V
H2
=
%100.
100
55
%100.
100
=
d
= 55%
Bài 2 :
Cho 11 gam hỗn hợp gồm 6,72 lít hydrocacbon mạch hở A và 2,24 lít một ankin. Đốt

cháy hỗn hợp này thì tiêu thụ 25,76 lít Oxi. Các thể tích đo ở đktc.
a) Xác định loại hydrocacbon.
b) Cho 5,5 gam hỗn hợp trên cùng 1,5 gam hidro vào một bình kín chứa sẵn một ít bột Ni
(ở đktc) đun nóng bình để phản ứng xảy ra hoàn toàn rồi đưa về O
o
C. Tính thành phần %
hỗn hợp cuối cùng và áp suất trong bình.
GIẢI :
Dựa vào ptpứ cháy, đặt số mol các chất và giải hệ phương trình để tìm các giá trị x, n.
a) Xác định loại hydrocacbon :
SVTH : Phan Thị Thùy
82
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Vũ Thị Thơ
Số mol các chất : n
A
=
3,0
4,22
72,6
=
(mol)
n
ankin
=
1,0
4,22
24,2
=
(mol)
nO

2
=
15,1
4,22
76,25
=
(mol)
Gọi 11g hỗn hợp



−
1,0::
3,0::
22nn
yx
HCAnkin
HCA
(mol)
Các ptpứ :

OH
2
y
xCOO
4
y
xHC
22
t

2yx
0
+→






++
0,3→ 0,3(x + y/4) (mol)

O1)H(nnCOO
2
1-3n
HC
2222-2nn
−+→+
0,1 → 0,1(3n-1)/2 (mol)
n
O2
= 0,3(x +
4
y
) + 0,1(
2
1-3n
) = 1,15
m
hh

= (12x + y)0,3 + (14n - 2)0,1 = 11
⇔ 36x + 3y + 14n = 112 (1)
4x + y + 2n = 16 (2)
(1) – 7.(2) ⇒ y = 2x
Thay y = 2x vào (1), (2) :
36x + 6x +14n = 112
4x + 2x + 2n = 16
⇔ 3x + n = 8 ⇒ x <
66,2
3
8
=

⇒ x = 2 C
2
H
4
n = 2 ⇔ C
2
H
2
b) Tính thành phần % hỗn hợp cuối cùng và áp suất trong bình :
n
H2
= 1,5/2 = 0,75 (mol)
Hỗn hợp mới gồm C
2
H
4
: 0,015 mol

C
2
H
2
: 0,05 mol
H
2
: 0,75 mol
Các ptpứ :
C
2
H
4
+ H
2

 →
CtNi,
o
C
2
H
6

0,15 → 0,15 → 0,15
C
2
H
2
+ 2H

2

 →
CtNi,
o
C
2
H
6

0,05 → 0,1 → 0,05
SVTH : Phan Thị Thùy
83