Phương Pháp, Kỹ Thuật Giải Toán Hóa Học HYDROCACBON phần 6 doc

61

X
X
M
m
®
X
X
M
m
. n
Cách 1: phương pháp số C trung bình ( n )
Số mol hỗn hợp
X
X
X
M
m
n =
Số mol CO
2
: nCO
2
=
X
X
M
m
. n = 1,3

2,6n3,1n
2
n
14
19,2
=Þ=
+
Þ
Hỗn hợp gồm 2 ankan liên tiếp C
n
H
2n+2


C
m
H
2m+2
; n<m; 1£ n , m = n +1

à n < 2,6n = < m = n +1
Vậy n = 2 vậy 2 ankan là: C
2
H
6

m = 3 C
3
H
8

Cách 2: Dùng phương pháp phân tử khối trung bình
M
:
Gọi 2 ankan A : C
n
H
2n+2
(a mol) ; B : C
m
H
2m+2
(b mol)
()
OHnnCOO
n
HC
nn 22222
1
2
13
++¾®¾
÷
ø
ö
ç
è
æ
+

+
+

a an (mol)
()
OHmmCOO
m
HC
mm 22222
1
2
13
++¾®¾
÷
ø
ö
ç
è
æ
+
+
+

b bm (mol)
nCO
2
= an + bm = 1,3 (1)
m
hh
= (14n + 2)a + (14m +2)b = 19,2

ó 14(bm + an) + 2(a + b) = 19,2 (2)
Từ (1),(2) suy ra : a + b = 0,5 = n
hh

=>
M
= m
hh
/ n
hh
= 19,2/0,5 = 38,4
M
A
< 38,4 < M
B
= M
A
+ 14

A CH
4
C
2
H
6
C
3
H
8
C

4
H
10
…
M
A
16 30 44 58 …
M

38,4 38,4 38,4 38,4 …
M
B
30 44 58 72 …

Vậy A : C
2
H
6

62

B : C
3
H
8

II.2.1.5 - Phương pháp biện luận
1. Dựa vào giới hạn xác định CTPT của một hydrocacbon:
- Khi số phương trình đại số thiết lập được ít hơn số ẩn cần tìm, có thể biện luận dựa vào
giới hạn :

A : C
x
H
y
thì : y £ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ³ 1, nguyên.
- Nếu không biện luận được hay biện luận khó khăn có thể dùng bảng trị số để tìm kết quả.
- Điều kiện biện luận chủ yếu của loại toán này là : hóa trị các nguyên tố. Phương pháp
biện luận trình bày ở trên chỉ có thể áp dụng để xác định CTPT của một chất hoặc nếu nằm
trong 1 hỗn hợp thì phải biết CTPT của chất kia.
2. Biện luận theo phương pháp ghép ẩn số để xác định CTPT của một
hydrocacbon :
a) Các bước cơ bản :
Bước 1 : Đặt số mol các chất trong hỗn hợp là ẩn số.
Bứơc 2 : Ứng với mỗi dữ kiện của bài toán ta lập một phương trình toán học.
Bước 3 : Sau đó ghép các ẩn số lại rút ra hệ phương trình toán học. Chẳng hạn : a + b = P
(với a, b là số mol 2 chất thành phần)
an + bm = Q (với n, m là số C của 2 hydrocacbon thành phần)
Bước 4 : Để có thể xác định m, n rồi suy ra CTPT các chất hữu cơ thành phần, có thể áp
dụng tính chất bất đẳng thức :
Giả sử : n < m thì n(x + y) < nx + my < m(x + y)

nx+my
n<<m
x+y
Þ

Hoặc từ mối liên hệ n,m lập bảng trị số biện luận
- Nếu A, B thuộc hai dãy đồng đẳng khác nhau ta phải tìm x, y rồi thế vào phương trình nx
+ my = Q để xác định m, n Þ CTPT.

3. Một số phương pháp biện luận xác định dãy đồng đẳng và CTPT
hydrocacbon :
v Cách 1 : Dựa vào phản ứng cháy của hydrocacbon, so sánh số mol CO
2
và số
mol H
2
O. Nếu đốt 1 hydrocacbon (A) mà tìm được :
* nH
2
O > nCO
2
à (A) thuộc dãy đồng đẳng ankan
ptpư :
n2n+2222
3n+1
CH + OnCO + (n+1)HO
2
¾¾®

* nH
2
O = nCO
2
Þ (A) thuộc dãy đồng đẳng anken hay olefin
hoặc (A) là xicloankan
ptpư :
n2n222
3n
CH + OnCO + nHO

2
¾¾®


63

* nH
2
O < nCO
2
Þ (A) thuộc dãy đồng đẳng ankadien, ankin hoặc benzen
ptpư :
n2n-2222
3n-1
CH + OnCO + (n-1)HO
2
¾¾®-
( đồng đẳng ankin hoặc ankadien)

n2n-6222
3n-3
CH + OnCO + (n-3)HO
2
¾¾®-
( đồng đẳng benzen)
v Cách 2 : Dựa vào CTTQ của hydrocacbon A :
* Bước 1 : Đặt CTTQ của hydrocacbon là :
C
n
H

2n+2-2k
(ở đây k là số liên kết p hoặc dạng mạch vòng hoặc cả 2 trong CTCT A)

Điều kiện k ³ 0, nguyên. Nếu xác định được k thì xác định được dãy đồng đẳng của A.
- k = 0 Þ A thuộc dãy đồng đẳng ankan
- k = 1 Þ A thuộc dãy đồng đẳng anken
- k = 2 Þ A thuộc dãy đồng đẳng ankin hay ankadien
- k = 4 Þ A thuộc dãy đồng đẳng benzen.
Để chứng minh hai ankan A, B thuộc cùng dãy đồng đẳng, ta đặt A : C
n
H
2n+2-2k
; B :
C
m
H
2m+2-2k’
. Nếu tìm được k = k’ thì A,B cùng dãy đồng đẳng.
* Bước 2 : Sau khi biết được A,B thuộc cùng dãy đồng đẳng, ta đặt CTTQ của A là C
x
H
y
.
Vì B là đồng đẳng của A, B hơn A n nhóm –CH
2
- thì CTTQ của B :C
x
H
y
(CH

2
)
n
hay
C
x+n
H
y+2n
.
* Bước 3 : Dựa vào phương trình phản ứng cháy của A, B, dựa vào lượng CO
2
, H
2
O, O
2

hoặc số mol hỗn hợp thiết lập hệ phương trình toán học, rồi giải suy ra x, y, n à Xác định
được CTPT A, B.
v Cách 3 : dựa vào khái niệm dãy đồng đẳng rút ra nhận xét :
- Các chất đồng đẳng kế tiếp nhau có khối lượng phân tử lập thành một cấp số cộng
công sai d = 14.
- Có một dãy n số hạng M
1
, M
2
, …,M
n
lập thành một cấp số cộng công sai d thì ta có
:
+ Số hạng cuối M

n
= M
1
+ (n-1)d
+ Tổng số hạng S =
2
M
1 n
M+
.n
+ Tìm M
1
, …, M
n
suy ra các chất
Trong một bài toán thường phải kết hợp nhiều phương pháp.

Ví dụ :
Đốt cháy một hỗn hợp gồm 2 hydrocacbon A, B (có M hơn kém nhau 28g) thì thu
được 0,3mol CO
2
và 0,5 mol H
2
O. Tìm CTPT & tên A, B
GIẢI :
Hydrocacbon A, B có M hơn kém nhau 28g Þ A, B thuộc cùng dãy đồng đẳng.
Cách 1 :
A, B + O
2
® CO

2
+ H
2
O

64

67,1
3,0
5,0
n
n
2
2
CO
OH
== >1 Þ A, B thuộc dãy đồng đẳng ankan.
Đặt CTTB A, B :
2n2n
HC
+
: a mol
O1)Hn(COnO
2
1n3
HC
222
2n2n
++®
+

+
+

a ® a
n
® a(
n
+1) (mol)
Ta có
n
1n
3,0
5,0
n
n
2
2
CO
OH
+
== Þ
n
= 1,5
Đặt CTTQ A, B : C
n
H
2n+2
và C
m
H

2m+2

Giả sử n< m Þ n< 1,5 Þ n = 1 Þ CTPT A : CH
4
(M = 16)
Þ M
B
= 16 + 28 = 44 Þ CTPT B : C
3
H
8
.

Cách 2 : Đặt CTTQ A, B : C
n
H
2n+2
: a mol và C
m
H
2m+2
: b mol
Các ptpứ cháy :
Ok)H-1(nnCOO
2
k-13n
HC
2222k-22nn
++¾®¾
+

+
+

a an a(n+1-k) (mol)
Ok)H-1(mmCOO
2
k-13m
HC
2222k-22mm
++¾®¾
+
+
+

b bm b(m+1-k) (mol)
Ta có :
î
í
ì
=+++
=+
0,5k)b-1(mk)a-1(n
0,3bman

Þ (a+b)(1-k) = 0,2 Þ k = 0 vì chỉ có k = 0 thì phương trình mới có nghĩa.
Þ a + b = 0,2 và an + bm = 0,3
Giả sử n < m
Þ n(a+b) < m (a+b)
Þ n <
b

a
bmna
+
+
< m Þ n < 5,1
0,2
0,3
= < m
Biện luận tương tự cách trên suy ra CTPT A : CH
4
và B : C
3
H
8
.


II.2.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN LẬP CTPT
HYDROCACBON

Bài 1 :

65

Cracking ankan A, người ta thu được một hỗn hợp khí B gồm 2 ankan và 2 anken. Tỉ
khối hơi của B so với H
2
d
B/H2
= 14,5. Khi dẫn hỗn hợp khí B qua dung dịch Br

2
dư, khối
lượng hỗn hợp khí giảm đi 55,52%.
a) Tìm CTPT của A và các chất trong B.
b) Tính % thể tích các chất khí trong B.
GIẢI
Ở bài này dựa vào tính chất phản ứng cracking và áp dụng định luật bảo toàn khối
lượng để tìm M
A
kết hợp với phương pháp ghép ẩn số để giải.
hhB
M =14,5.2 = 29
Theo ĐLBT khối lượng : khối lượng A đem cracking = khối lượng hỗn hợp B
Þ m
Atham gia pứ
= m
B
(1)
Phản ứng cracking làm tăng gấp đôi số mol hydrocacbon nên
n
B
= 2n
A tham gia pứ
(2)
(1) chia (2) Þ
hhB
M = ½ M
A

Þ M

A
= 29.2 = 58
M
A
= 14n + 2 = 58 Þ n= 4
v CTPT A là C
4
H
10

Các ptpu cracking A :
C
4
H
10
® CH
4
+ C
3
H
6
a ® a a (mol)
C
4
H
10
® C
2
H
6

+ C
2
H
4

b ® b b (mol)
Gọi A, B lần lượt là số mol A đã bị cracking theo 2 phản ứng trên.
hh B gồm : CH
4
: a (mol)
C
2
H
6
: b (mol)
C
3
H
6
: a (mol)
C
2
H
4
: b (mol)
Khi dẫn hh qua dd Br
2
thì 2 anken bị hấp thụ.
Þ m
2anken

= 55,52%m
B
= 55,52%m
A

Þ mC
3
H
6
+ mC
2
H
4
= 55,52%.58 (a+b)
Û 42a + 28b = 32,2016 (a+b)
Û 9,7984a = 4,2016b Û b @ 2,3a (mol)
n
B
= 2(a + b) = 2 (a + 2,3a) = 6,6a (mol)
Ở cùng điều kiện, tỉ lệ số mol cũng chính là tỉ lệ về thể tích
Þ %CH
4
= %C
3
H
6
= %100*
6,6 a
a
= 15%

%C
2
H
6
= %C
2
H
4
= %35%100*
6,6
3,2
%100*
6,6
==
a
a
a
b

Bài 2 :

66

Hydrocacbon (X) dn xut t aren. Húa hi (X) trn vi oxi va trong mt khớ
nhiờn k, t hon ton hn hp ri a v nhit ban u, ỏp sut trong bỡnh bng 12
ln ỏp xut ca (X) ban u. a v 0
o
C ỏp sut khớ gim cũn 2/3.
5,2 gam (X) lm mt mu dung dch cha 8 gam Brụm.
Xỏc nh CTCT ca (X)

GII
Bi ny cú 2 cỏch gii :
v cựng iu kin T, V khụng i thỡ t l s mol bng t l ỏp sut.
PV = nRT
12
n
n
P
P
1
2
1
2
==
v Khi a v O
o
C, hi nc b ngng t. Khớ cũn li l CO
2

P
3
= 2/3P
2

n
CO2
= 2/3 (n
CO2
+ n
H2O

)
Cỏch 1 : Dựng phng phỏp thụng thng gii.
v Gi s s mol ca X l 1mol
OH
2
y
xCOO
4
y
xHC
22
t
2yx
0
+ắđắ
ữ
ứ
ử
ỗ
ố
ổ
++

1 đ x đ y/2 (mol)
n
2
= x + y/2
ị n
2
= 12n

1
hay x + y/2 = 12 (1)
x = 2/3 (x + y/2) 3x = 2x + y
x = y (2)
(1), (2) ị x + x/2 = 12 ị x = 8 = y ị CTPT X : C
8
H
8

Cỏch 2 : Dựng phng phỏp bin lun gii
Gi C
x
H
y
: n
1
(mol)
ị n
2
= 12n
1
(1)
Khi a v O
o
C :
n
3
= 2/3n
2
= 2/3.12n

1
= 8n
1
= n
CO2

ị nH
2
O = 12n
1
8n
1
= 4n
1
OH
2
y
xCOO
4
y
xHC
22
t
2yx
0
+ắđắ
ữ
ứ
ử
ỗ

ố
ổ
++

n
1
đ 8n
1
đ 4n
1

x : y/2 = 8n
1
: 4n
1
ị x= y.
v CTN ca X (CH)
n
hay C
n
H
n

C
n
H
n
+ kBr
2
đ C

n
H
n
Br
k

13n đ 160k
5,2 đ 8

67

n
kkn
kn 8
205,2
8
160
2,5
13
=Þ=Þ=
X là dẫn xuất của Benzen Þ n ³ 6 Þ k £ 8/6 = 1,33
Þ k = 1 và n = 8.
v Vậy CTPT A : C
8
H
8
r = (8.2 + 2 – 8) = 5
A là dẫn xuất của benzen, A lại làm mất màu dd Br
2
Þ có nối đôi C=C ở nhánh.

v CTCT A :

CH=CH
2

A là Styren.

Bài 3 :
Đốt cháy 19,2 g hỗn hợp 2 ankan kế tiếp thì thu được V lít CO
2
(0
o
C, 2 atm). Cho V
lít CO
2
trên qua dd Ca(OH)
2
thì thu được 30g kết tủa. Nếu tiếp tục cho dd Ca(OH)
2
vào
đến dư thì thu được thêm 100g kết tủa nữa.
a) Xác định CTPT 2 ankan.
b) Tính thành phần % theo khối lượng 2 hydrocacbon.
GIẢI
Ở bài này, đốt cháy hỗn hợp gồm 2 ankan liên tiếp nên dùng phương pháp trung bình
để giải.
a) Xác định CTPT 2 ankan :
Đặt CTTQ 2 ankan X : C
n
H

2n+2
: a (mol)
Y : C
m
H
2m+2
: b (mol)
CTPT trung bình 2 ankan
22 +nn
HC
Giả sử n < m Þ n< n < m = n + 1.
CO
2
+ Ca(OH)
2
® CaCO
3
+ H
2
O
2CO
2
+ Ca(OH)
2
® Ca(HCO
3
)
2

Khi cho thêm dd Ca(OH)

2
vào đến dư :
Ca(HCO
3
)
2
+ Ca(OH)
2
® 2CaCO
3
+ 2H
2
O
Áp dụng ĐLBT khối lượng thì mCO
2
= mCO
2
(trong
å
3
CaCO )
Þ nCO
2
= nCaCO
3
= 3,1
100
10030
=
+

(mol)
Þ mCO
2
= 1,3.44 = 57,2 (g)
OHnCOnO
n
HC
nn
222
22
)1(
2
13
++¾®¾
+
+
+


M
44n
19,2 57,2

68

Ta có tỉ lệ :
2,57
44
2,19
214

2,57
44
2,19
nnnM
=
+
Û=
n = 2,6
Ta có n < n = 2,6 < m = n+1
Þ n = 2 và m =3
v Vậy CTPT 2 ankan là C
2
H
6
và C
3
H
8


b) Tính % các hydrocacbon trên :
C
2
H
6
+ 7/2O
2
® 2CO
2
+ 3H

2
O
a ® 2a (mol)
C
3
H
8
+ 5O
2
® 3CO
2
+ 4H
2
O
b ® 3b (mol)
n
CO2
= 2a + 3b = 1,3 (1)
m
hh
= 30a + 44b = 19,2 (2)
(1) , (2) Þ a = 0,2 ;b = 0,3 (mol)
%C
2
H
6
= %25,31%100*
2,19
2,0.30
%100*

2,19
30
==
a

% C
3
H
8
= %75,68%100*
2,19
3,0.44
%100*
2,19
44
==
b

Bài 4 :
Một hỗn hợp X gồm 2 hydrocacbon liên tiếp nhau thuộc cùng một dãy đồng đẳng và
đều ở thể khí ở đktc. Đốt cháy X với 6,4g O
2
(lấy dư) và cho hỗn hợp CO
2
, H
2
O, O
2
dư đi
qua bình đựng dung dịch Ca(OH)

2
dư thì có 100g kết tủa và còn lại 1 khí thoát ra có V=
11,2l(0,4atm,O
o
C).
a) Xác định dãy đồng đẳng A,B
b) Xác định CTPT của A, B
Tóm tắt :
X
6,4g O
2
CO
2
H
2
O
O
2
dö
dd Ca(OH)
2
dö
1 khí coù V=11,2l (0,4atm;O
o
C)
100g

n
O2bđ
= 64/32 = 2 mol

GIẢI
Ở bài này, đốt cháy 2 hydrocacbon liên tiếp thuộc cùng một dãy đồng đẳng nên sử dụng
phương pháp trung bình để giải.
a) Xác định dãy đồng đẳng của A, B :
nO
2 dư
= PV/RT = 11,2.0,4/(0,082.273) = 0,2 mol
nO
2 pu
= 2-0,2 = 1,8 (mol)
khí CO
2
, H
2
O bị hấp thụ vào dd Ca(OH)
2
dư