3 dạng bài tập về hydrocarbon no trong đề thi Đại học (có lời giải)

Với 3 dạng bài tập về hydrocarbon no trong đề thi Đại học có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập về hydrocarbon no trong đề thi Đại học.

3 dạng bài tập về hydrocarbon no trong đề thi Đại học (có lời giải)

Bài giảng: Phương pháp giải bài toán đốt cháy hydrocarbon - Cô Nguyễn Thị Nhàn (Giáo viên VietJack)

Hydrocarbon no gồm: alkane (C_nH_2n+2; n≥1) và cycloalkane (C_nH_2n; n ≥3)

Dạng 1: Phản ứng thế halogen (Halogen hóa)

Phương pháp:

Sử dụng phương trình:

C_nH_2n+2 + aX₂ ^to→ C_nH_2n+2-aX_a + aHX

Tùy thuộc vào dữ kiện đề bài cho sản phẩm là monohalogen, đihalogen,... để biết giá trị của a.

Dựa vào số mol, khối lượng hoặc phân tử khối để có thể tìm ra giá trị của n

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1 : Khi brom hóa một alkane chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất có tỉ khối hơi đối với hiđro là 75,5. Tên của alkane đó là (cho H = 1, C = 12, Br = 80)

A. 3,3-dimethylhecxan.    B. 2,2-dimethylpropan.

C. isopentane.    D. 2,2,3-trimethylpentan

Hướng dẫn giải:

Sản phẩm là monobrom ⇒ Công thức: C_nH_2n+1Br

d_monobrom/H₂ = 75,5 ⇒ M_monobrom = 151

⇒ 14n + 81 = 151 ⇒ n = 5. Brom hóa C₅H₁₂ chỉ thu được một dẫn xuất

⇒ Công thức cấu tạo của C₅H₁₂ là: (2,2-dimethylpropan)

⇒ Đáp án B

Ví dụ 2 : Khi cho alkane X (trong phân tử có phần trăm khối lượng cacbon bằng 83,72%) tác dụng với clo theo tỉ lệ số mol 1:1 (trong điều kiện chiếu sáng) chỉ thu được 2 dẫn xuất monochloro đồng phân của nhau. Tên của X là :

A. 3-methylpentan.    B. 2,3-dimethylbutan.

C. 2-methylpropan.    D. butan.

Hướng dẫn giải:

Đặt CTPT của alkane X là C_nH_2n+2. Theo giả thiết ta có :

⇒ CTPT của alkane X là C₆H₁₄.

Vì X phản ứng với Cl₂ theo tỉ lệ mol 1:1 chỉ thu được hai sản phẩm thế monochloro nên X có tên là 2,3-dimethylbutan ⇒ Đáp án B

Ví dụ 3 : Khi clo hóa methane thu được một sản phẩm thế chứa 89,12% clo về khối lượng. Công thức của sản phẩm là :

A. CH₃Cl.    B. CH₂Cl₂.    C. CHCl₃.    D. CCl4

Hướng dẫn giải:

Phản ứng của CH₄ với clo :

Theo giả thiết ta có : 35,5x/(16-x) = 89,12/10,88 ⇒ x = 3

Vậy công thức của sản phẩm thế là : CHCl₃ ⇒ Đáp án C

Dạng 2: Phản ứng tách (Đề hiđrohóa; craking)

Phương pháp:

+ Sử dụng bảo toàn khối lượng: m_trước = m_sau

+ Khi cracking alkane C₃H₈, C₄H₁₀: n_{khí tăng} = n_{alkane phản ứng}

+ Đối với các alkane có từ 5C trở lên do các alkane sinh ra lại có thể tiếp tục tham gia phản ứng cracking nên số mol hỗn hợp sản phẩm luôn 2 lần số mol alkane phản ứng.

+ Đối với phản ứng đề hiđro từ alkane thì : n_{H2 tạo thành} = n_{khí tăng}

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1 : cracking 1 alkane A thu được hỗn hợp sản phẩm B gồm 5 hydrocarbon có khối lượng mol trung bình là 36,25 gam/mol, hiệu suất phản ứng là 60%. Công thức phân tử của A là :

A. C₄H₁₀.    B. C₅H₁₂.    C. C₃H₈.    D. C₂H₆.

Hướng dẫn giải:

Gọi n_alkane = 1 mol ⇒n_{alkane pư} = 0,6 mol = n _{khí tăng}

n_B = 1 + 0,6 = 1,6 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :

m_A = m_B

⇒ A là C₄H₁₀ ⇒ Đáp án A

Ví dụ 2 : Craking 40 lít n-butan thu được 56 lít hỗn hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₆, C₄H₈ và một phần n-butan chưa bị craking (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất). Giả sử chỉ có các phản ứng tạo ra các sản phẩm trên. Hiệu suất phản ứng tạo ra hỗn hợp A là :

A. 40%.    B. 20%.    C. 80%.    D. 20%.

Hướng dẫn giải:

V_{khí tăng} = V_{alkane phản ứng} = 16 lít

H% = V_pư/V_bđ .100% = 16/40.100% = 40%

⇒ Đáp án A

Ví dụ 3 : cracking hoàn toàn 6,6 gam propane được hỗn hợp X gồm hai hydrocarbon. Dẫn toàn bộ X qua bình đựng 400 ml dung dịch brom a mol/l thấy khí thoát ra khỏi bình có tỉ khối so methane là 1,1875. Giá trị a là:

A. 0,5M.     B. 0,25M.    C. 0,175M.    D. 0,1M.

Hướng dẫn giải:

Các phản ứng xảy ra :

C₃H₈ → CH₄ + C₂H₄ (1)

C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂ (2)

Theo (1) và giả thiết ta có : n_C3H8 = n_C2H4 = n_CH4 = 6,6/44 = 0,15 mol

Sau khi qua bình đựng brom khí thoát ra khỏi bình có: M_khí= 1,875.16 = 19

⇒ ngoài CH₄ còn có C₂H₄ dư.

Áp dụng sơ đồ đường chéo cho hỗn hợp CH₄ và C₂H₄ dư ta có :

⇒ n_{C2H4 dư} = 0,05 mol, n_{C2H4 pư với Br2} = n_{Br2 pư} = 0,1 mol.

CM _Br2 = 0,1/0,4 = 0,25M ⇒ Đáp án B

Ví dụ 4 : cracking 4,4 gam propane được hỗn hợp X (gồm 3 hydrocarbon?. Dẫn X qua nước brom dư thấy khí thoát ra có tỉ khối so với H₂ là 10,8. Hiệu suất cracking là :

A. 90%.     B. 80%.    C. 75%.    D. 60%.

Hướng dẫn giải:

Các phản ứng xảy ra :

C₃H₈ → CH₄ + C₂H₄ (1)

C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂ (2)

Theo (1) ta đặt : n_{C3H8 pư} = n_CH4 = n_C2H4 = a mol; n_C3H8 dư = b mol

Sau khi qua bình đựng brom dư, khí thoát ra khỏi bình ngoài CH₄ còn có C₃H₈ dư, khối lượng mol trung bình của hỗn hợp này là 21,6.

Áp dụng sơ đồ đường chéo cho hỗn hợp CH₄ và C₃H₈ dư ta có :

Vậy hiệu suất phản ứng cracking là : H = a/(a+b).100% = 80%

⇒ Đáp án B

Ví dụ 5 : Craking n-butan thu được 35 mol hỗn hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₆, C₄H₈ và một phần butan chưa bị crakinh. Giả sử chỉ có các phản ứng tạo ra các sản phẩm trên. Cho A qua bình nước brom dư thấy còn lại 20 mol khí. Nếu đốt cháy hoàn toàn A thì thu được x mol CO₂.

a. Hiệu suất phản ứng tạo hỗn hợp A là :

A. 57,14%.    B. 75,00%.    C. 42,86%.    D. 25,00%.

b. Giá trị của x là :

A. 140.    B. 70.    C. 80.    D. 40

Hướng dẫn giải:

a. Tính hiệu suất phản ứng

Phương trình phản ứng :

Theo các phản ứng và giả thiết ta đặt :

n_{C4H10 p/u} = n_{(CH4, C2H6, H2)} = n_{(C3H6, C2H4, C4H8)} = a mol

n_{C4H10 dư} = b mol => n_A = 2a + b = 35 (*)

Khi cho hỗn hợp A qua bình dựng brom dư thì chỉ có C₃H₆, C₂H₄, C₄H₈ phản ứng và bị giữ lại trong bình chứa brom. Khí thoát ra khỏi bình chứa brom là H₂, CH₄, C₂H₆, C₄H₁₀ dư nên suy ra :

a + b = 20 (**)

Từ (*) và (**) ta có :

Vậy hiệu suất phản ứng cracking là : H = 15/(15+5).100% = 75%

⇒ Đáp án B

b. Đốt cháy A cũng chính là đốt cháy n – butan

n_CO2 = 4n_butan = 4 (a + b) = 4.20 = 80 mol

⇒ Đáp án C

Dạng 3: Phản ứng đốt cháy

Phương pháp :

+ Đốt cháy một alkane hay hỗn hợp các alkane : C_nH_2n+2

n_CO2 < n_H2O

n_H2O – n_CO2 = n_alkane

+ Đốt cháy một cycloalkane hay hỗn hợp các cycloalkane: C_nH_2n

n_CO2 < n_H2O

Chú ý:

+ Khi gặp bài tập liên quan đến hỗn hợp các alkane thì nên sử dụng phương pháp trung bình quy về một alkane : dựa vào giả thiết ⇒

+ Khi đốt cháy hỗn hợp gồm alkane và các chất có công thức phân tử là C_nH_2n (có thể là alkene hoặc cycloalkane) ⇒ n_alkane = n_H2O – n_CO2

+ Khi đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp gồm alkane (C_mH_2m+2) và các chất có công thức phân tử là C_nH_2n-2 mà thu được số mol H₂O bằng số mol CO₂ ⇒% V của C_mH_2m+2 bằng % Vcủa C_nH_2n-2

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1 : Hỗn hợp khí A gồm etan và propan. Đốt cháy hỗn hợp A thu được khí CO₂ và hơi H₂O theo tỉ lệ thể tích 11:15.

a. Thành phần % theo thể tích của etan và propane lần lượt là :

A. 18,52% ; 81,48%.    B. 45% ; 55%.

C. 28,13% ; 71,87%.    D. 25% ; 75%.

b. Thành phần % theo khối lượng etan và propane lần lượt là :

A. 18,52% ; 81,48%.    B. 45% ; 55%.

C. 28,13% ; 71,87%.    D. 25% ; 75%.

Hướng dẫn giải:

a. Đặt CTPT trung bình của etan và propane là :

Phản ứng cháy :

Áp dụng sơ đồ đường chéo cho số nguyên tử cacbon trung bình của hai chất ta có:

⇒ Đáp án D

b. Thành phần phần trăm về khối lượng của các chất là :

%C₂H₆ = 0,25.30/(0,25.30+0,75.44).100% = 18,52%

⇒ %C₃H₈ = 81,48%.

⇒ Đáp án A

Ví dụ 2 : Đốt cháy hoàn toàn 6,72 lít hỗn hợp A (đktc) gồm CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₂H₄ và C₃H₆, thu được 11,2 lít khí CO₂ (đktc) và 12,6 gam H₂O. Tổng thể tích của C₂H₄ và C₃H₆ (đktc) trong hỗn hợp A là :

A. 5,60.    B. 3,36.    C. 4,48.    D. 2,24.

Hướng dẫn giải:

Trong hỗn hợp A, thay các chất CH₄, C₂H₆, C₃H₈ bằng một chất C_nH_2n+2 (x mol); thay các chất C₂H₄, C₃H₆ bằng một chất CmH₂m (y mol). Suy ra x + y = 0,3 (*).

Các phương trình phản ứng :

C_nH_2n+2 + (3n+1)/2 O₂ ^to→ nCO₂ + ( n +1)H₂O

x →     (3n+1)/2.x     xn     x(n+1)     (mol)

C_mH_2m + 3m/2O₂ ^to→ mCO₂ + mH₂O

y →     3m/2.y     ym     ym    (mol)

⇒ x = n_H2O - n_CO2 = 0,7 – 0,5 = 0,2 mol

V_{C2H4 + C3H6} = 0,1.22,4 = 2,24 lít. ⇒ Đáp án D

Ví dụ 3 : Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp A gồm CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₂H₂, C₃H₄, C₄H₆ thu được a mol CO₂ và 18a gam H₂O. Tổng phần trăm về thể tích của các alkane trong A là :

A. 30%.    B. 40%.    C. 50%.    D. 60%.

Hướng dẫn giải:

Trong hỗn hợp A, thay các chất C₂H₂, C₃H₄, C₄H₆ → C_nH_2n-2 (x mol) ; thay các chất CH₄, C₂H₆, C₃H₈ → C_mH_2m+2 (y mol).

Phương trình phản ứng :

C_nH_2n+2 + (3n+1)/2 O₂ ^to→ nCO₂ + ( n +1)H₂O

x →    (3n-1)/2.x     xn     x(n+1)     (mol)

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

y →    (3m-1)/2.y     ym     y(m-1)     (mol)

Ta có: n_CO2 =n_H2O = a mol

⇒ n_x + n_y = (n-1)x + (m +1)y ⇒ x =y

⇒ %V_CnH2n+2 = % V_CnH2n-2 = 50%

⇒ Đáp án C

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học lớp 11 có trong đề thi Tốt nghiệp THPT khác:

• Dạng 1: Dạng bài tập về đồng phân, gọi tên alkane, cycloalkane
• Dạng 2: Phản ứng halogen hóa alkane
• Dạng 3: Phản ứng oxi hóa alkane
• Dạng 4: Phản ứng đề hidro hóa và cracking alkane
• Dạng 5: Các dạng bài tập về cycloalkane

---