Phản ứng để hidro hóa và cracking ankan - Hoá học lớp 11

Phản ứng để hidro hóa và cracking ankan

Với Phản ứng để hidro hóa và cracking ankan Hoá học lớp 11 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Phản ứng để hidro hóa và cracking ankan từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Hoá học lớp 11.

A. Phương pháp giải & Ví dụ minh họa

- Dưới tác dụng của nhiệt độ, xúc tác, ankan có thể phản ứng theo nhiều hướng:

Phản ứng crackinh: ANKAN −^{tº, xt}→ ANKAN KHÁC + ANKEN (làm mất màu dd brom)

Phản ứng đề hydro hóa: ANKAN −^{tº, xt}→ ANKEN + H₂

Ví dụ:

C₃H₈ −^{tº, xt}→ CH₄ + C₂H₄ (CH₂=CH₂)

C₃H₈ −^{tº, xt}→ C₃H₆ (CH₂=CH–CH₃) + H₂

Đặc biệt, trong điều kiện thích hợp phản ứng còn có thể:

+ Tạo ra ankin: Ví dụ: 2CH₄ −^{1500ºC, lln}→ CH≡CH + 3H₂

+ Tạo ra cabon và hydro: Ví dụ: CH₄ −^{tº, xt}→ C (rắn) + 2H₂

- Phản ứng không làm thay đổi khối lượng hỗn hợp:

m_{trước phản ứng} = m_{sau phản ứng} ⇒ M_đ/M_s = n_s/n_đ

hàm lượng C và H trước và sau phản ứng là như nhau ⇒ đốt cháy hỗn hợp sau phản ứng được qui về đốt cháy hỗn hợp trước phản ứng.

- Phản ứng luôn làm tăng số mol khí: n_sau > n_trước ⇒ P_sau > P_đầu ⇒ M_tb sau < M_tb đầu (vì m_đầu = m_sau)

Ví dụ: C₃H₈ −^{tº, xt}→ CH₄ + C₂H₄ ⇒ nsau = 2. Nđầu

- Số mol anken sinh ra : n_anken = n_s – n_đ; Hiệu suất phản ứng: H = (n_s- n_đ)/n_đ .100%

Ví dụ minh họa

Bài 1: Crackinh butan thu được 35 mol hh A gồm CH₄, C₂H₆, H₂, C₂H₄, C₃H₆, C₄H₈ và C₄H₁₀ dư. Dẫn A lội qua bình nước brom dư thấy có 20 mol khí đi ra khỏi bình (biết rằng chỉ có C₂H₄, C₃H₆, C₄H₈ phản ứng với Br₂ và đều theo tỉ lệ số mol 1:1). Nếu đốt cháy hoàn toàn A thì thu được a mol CO₂.

a. Tính hiệu suất phản ứng tạo hh A.

b. Tính giá trị của a.

Hướng dẫn:

a. Phương trình phản ứng:

C₄H₁₀ −^{tº, xt}→ CH₄ + C₃H₆

C₄H₁₀ −^{tº, xt}→ C₂H₆ + C₂H₄

C₄H₁₀ −^{tº, xt}→ H₂ + C₄H₈

Số mol anken thu được: n_anken= 35 - 20 = 15mol

Số mol butan ban đầu là: n_đ = n_butan = n_s - n_anken = 35 – 15 = 20 mol

Hiệu suất cracking butan là H = (n_s- n_đ)/n_đ .100% = (35-20)/20.100% = 75%

b. Đốt cháy hỗn hợp A là đốt chay butan:

C₄H₁₀ + 11/2O₂ → 4CO₂ + 5H₂O

20                                80 mol

Vậy số mol CO₂ thu được khi đốt cháy hỗn hợp A là 80 mol

Bài 2: Craking m gam n-butan thu được hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₆, C₄H₈ và một phần butan chưa bị craking. Đốt cháy hoàn toàn A thu được 9 gam H₂O và 17,6 gam CO₂. Giá trị của m là

Hướng dẫn:

n_butan = n_H2O – n_CO2 = 9/18 - 17,6/44 = 0,1 mol; m = 0,1.58 = 5,8 gam

Bài 3: Crackinh propan thu được 67,2 lít (đktc) hỗn hợp X gồm H₂, C₃H₆, CH₄, C₂H₄, C₃H₈. Dẫn toàn bộ X vào bình đựng dung dịch Br₂ dư thì thấy có 160 gam brom phản ứng (biết rằng chỉ có C₂H₄, C₃H₆ phản ứng với Br₂ và đều theo tỉ lệ số mol 1:1). Vậy % propan đã phản ứng là:

Hướng dẫn:

n_X = 67,2/22,4 = 3 mol; n_anken = n_Br2 = 160/160 = 1 mol; n_propan = 3-1 = 2 mol; H = (3-2)/2.100% = 50%

Bài 4: Đề hidro hóa hỗn hợp A gồm: C₂H₆, C₃H₈ , C₄H₁₀. Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí B, dA/B =1,75. % ankan bị đề hiadro hóa là:

Hướng dẫn:

M_A/M_B = 1,75 ⇒ H = (M_A- M_B)/M_B .100% = (1,75-1)/1 .100% = 75%

Bài 5: Một hỗn hợp X gồm hai ankan A, B đồng đẳng kế tiếp. Crackinh 11,2 lít (đktc) hỗn hợp X thu được 22,4 lít hỗn hợp Y (đktc) gồm ankan, anken và H₂, tỉ khối hơi của Yđối với H₂ là 8,2. Vậy công thức phân tử và số mol của A, B lần lượt là:

Hướng dẫn:

M_Y/M_X = n_X/n_Y = 1/2 ; M_Y = 8,2.2 = 16,4; M_X = 16,4.2 = 32,8 = 14n_tb + 2 ⇒ n_tb = 2,2

CTPT của A và B lần lượt là: C₂H₆ ; C₃H₈; n_A/n_B = 4/1 = 0,4/0,1

B. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1: Khi crackinh hoàn toàn một thể tích ankan X thu được ba thể tích hỗn hợp Y (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất); tỉ khối của Y so với H₂ bằng 12. Công thức phân tử của X là:

A. C₆H₁₄.        B. C₃H₈.        C. C₄H₁₀.        D. C₅H₁₂.

Lời giải:

Đáp án: D

Nhận xét: Trong phản ứng cacking M_(trước) = M_(sau).

Vậy: M_(X) = 3M_(Y). d_(Y/H2) = 12 ⇒ M_(Y) = 24 ⇒ M_(X) = 72.

Bài 2: Craking 8,8 gam propan thu được hỗn hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₃H₆ và một phần propan chưa bị craking. Biết hiệu suất phản ứng là 90%. Khối lượng phân tử trung bình của A là:

A. 39,6.        B. 23,16.        C. 2,315.        D. 3,96.

Lời giải:

Đáp án: B

Ta có: a = 0.18, b = 0.02 (a là số mol C₃H₈ phản ứng, b là số mol C₃H₈dư).

số mol A = 2a + b = 0.38

M_tb = 8.8/0.38 = 23.16

Bài 3: Craking 2,24 lít butan thu được hỗn hợp A gồm H₂, CH₄ ,C₂H₄ ,C₂H₆ C₃H₆, C₄H₈, C₄H₁₀. Hỗn hợp khí A phản ứng vừa đủ với 100 ml dung dịch Br₂ 0,2 M. Hiệu suất phản ứng cracking butan là:

A. 80%.        B. 75%.        C. 25%.        D. 20%.

Lời giải:

Đáp án: D

n_anken = n_Br2 = 0,02 mol; n_butan = 2,24/22,4 = 0,1 mol; n_A = 0,1 + 0,02 = 0,12 mol;

H = (0,12-0,1)/0,1=20%

Bài 4: Crackinh 8,8 gam propan thu được hh A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₃H₆ và một phần propan chưa bị crackinh. Biết % propan phản ứng là 90%. Khối lượng phân tử trung bình của A là:

A. 39,6        B. 23,16        C. 2,315        D. 3,96.

Lời giải:

Đáp án: B

n_propan = 8,8/44 = 0,2 mol; H = (n_A- n_propan)/n_propan .100% ⇒ n_A = 0,38 mol ⇒ M_A = 8,8/0,38 =23,16 g/mol

Bài 5: Khi crackinh hoàn toàn V lit ankan X thu được 3V lit hh Y (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất); tỉ khối của Y so với H₂ bằng 12. CTPT của X là:

A. C₆H₁₄        B. C₃H₈        C. C₄H₁₀        D. C₅H₁₂

Lời giải:

Đáp án: D

V_X/V_Y = n_X/n_Y = 1/3 ; M_Y = 12.2 = 24; ta có n_X/n_Y = M_Y/M_X = 1/3 ⇒ M_X = 24.3 = 72 ⇒ CTPT của X: C₅H₁₂

Bài 6: Khi crackinh hoàn toàn một thể tích hexan (X) thu được bốn thể tích hỗn hợp Y(các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất); tỉ khối của Y so với H₂ bằng d. Giá trị của d là

A. 10,25        B. 10,5.        C. 10,75.        D. 9,5.

Lời giải:

Đáp án: C

V_X/V_Y = n_X/n_Y = 1/4; n_X/n_Y = M_Y/M_X = 1/4 ⇒ M_Y = 86/4 = 21,5 ; d_Y/H2 = 21,5/2 = 10,75

Bài 7: Nung một lượng butan trong bình kín (cố xúc tác thích hợp) thu được hỗn hợp X gồm ankan và anken. Tỉ khối của X so với khí hiđro là 21,75. Thành phần phần trăm thể tích của butan trong X là:

A. 25,00        B. 66,67        C. 50,00        D. 33,33.

Lời giải:

Đáp án: C

M_X = 21,75.2 = 43,5. Chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol

C₄H₁₀    →    C_nH_2n+2    +    C_mH_2m

a mol             a mol                 a mol

BTKL:

⇒ a = 1 – 0,75 = 0,25 mol ⇒ C₄H₁₀ còn dư: 0,75 – 0,25 = 0,5 mol

⇒ % thể tích C₄H₁₀ trong X là 50%

Bài 8: Craking 8,8 gam propan thu được hỗn hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₃H₆ và một phần propan chưa bị craking. Biết hiệu suất phản ứng là 90%. Khối lượng phân tử trung bình của A là:

A. 39,6.        B. 23,16.        C. 2,315.        D. 3,96.

Lời giải:

Đáp án: B

Ta có số mol chất sản phẩm n _sp = n_{C3H8 dư} + 2.n_{C3H8 phản ứng} = 0,02 + 2.0,18 = 0,38⇒ M = 8,8 : 0,38 = 23,16