Chương 4: Hiđrocacbon - Nhiên liệu cực hay, có lời giải

---

Chương 4: Hiđrocacbon - Nhiên liệu cực hay, có lời giải

Haylamdo biên soạn và sưu tầm Chương 4: Hiđrocacbon - Nhiên liệu cực hay, có lời giải môn Hoá học lớp 9 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 Hóa 9.

• Dạng 1: Cách viết Công thức cấu tạo của các hợp chất hữu cơ

• Dạng 2: Cách gọi tên các hợp chất hữu cơ

• Bài tập gọi tên các hợp chất hữu cơ

• Dạng 3: Bài tập Lý thuyết về hidrocacbon và nhiên liệu

• Dạng 4: Lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ

• Bài tập Lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ

• Dạng 5: Bài toán đốt cháy hidrocacbon

• Bài tập đốt cháy hidrocacbon

• Dạng 6: Phương pháp nhận biết Metan, Etilen, Axetilen

• Dạng 7: Bài toán Etilen, Axetilen cộng H₂, Br₂

• Bài tập Etilen, Axetilen cộng H₂, Br₂

Cách viết Công thức cấu tạo của các hợp chất hữu cơ

Lý thuyết và Phương pháp giải

Lý thuyết cần nhớ

- Các hợp chất hữu cơ có cùng công thức phân tử nhưng có cấu tạo hóa học khác nhau, dẫn tới tính chất hóa học khác nhau được gọi là các chất đồng phân của nhau.

- Ankan là những hidrocacbon no mạch hở có công thức chung C_nH_2n+2 (n ≥ 1).

- Xicloankan là hidrocacbon không no, mạch hở chứa 1 nối đôi C=C trong phân tử, có công thức chung là C_nH_2n (n ≥ 2).

- Ankadien: là hidrocacbon mạch hở, chứa 2 nối đôi trong phân tử, có công thức chung là C_nH_2n-2 (n ≥ 3).

- Ankin là hidrocacbon mạch hở, chứa một nối ba C ≡ C trong phân tử, có công thức chung C_nH_2n-2 (n ≥ 3).

- Hidrocacbon thơm (aren) là loại hidrocacbon trong công thức phân tử có một hay nhiều nhân bezen, đại diện cho dãy đồng đẳng aren là phân tử benzen có công thức tổng quát C_nH_2n-6 (n ≥ 6).

Phương pháp chung:

Bước 1: Tính độ bất bão hòa (số liên kết và vòng).

Bước 2: Viết cấu trúc mạch cacbon (không phân nhánh, có nhánh, vòng) và đưa liên kết bội (đôi, ba) vào mạch cacbon nếu có.

Bước 3: Đưa nhóm chức vào mạch cacbon (thông thường các nhóm chức chứa cacbon thường được đưa luôn vào mạch ở bước 3). Lưu ý đến trường hợp kém bền hoặc không tồn tại của nhóm chức (ví dụ nhóm –OH không bền và sẽ bị chuyển vị khi gắn với cacbon có liên kết bội).

Bước 4: Điền số H vào để đảm bảo đủ hóa trị của các nguyên tố, sau đó xét đồng phân hình học nếu có. Chú ý với các bài tập trắc nghiệm có thể không cần điền số nguyên tử H.

♦ Xác định độ bất bão hõa của hợp chất hữu cơ C_xH_yO_zN_tX_v theo công thức:

Chú ý:

-Công thức tính ở trên chỉ áp dụng cho hợp chất cộng hóa trị.

-Các nguyên tố hóa trị II như oxi, lưu huỳnh không ảnh hưởng tới độ bất bão hòa.

Bài tập vận dụng

Bài 1: Hợp chất C₅H₁₀ có bao nhiêu đồng phân cấu tạo của anken?

Hướng dẫn:

Vì C₅H₁₀ là anken nên C5H₁₀ là mạch hở, có 1 liên kết pi.

Có 5 đồng phân anken của C5H₁₀

CH₃-CH₂-CH₂-CH=CH₂

CH₃-CH₂-CH=CH-CH₃

CH₃-CH₂-C(CH₃)=CH₂

CH₃-CH=C(CH₃)-CH₃

CH₃-CH(CH₃)-CH=CH₂

Bài 2: Có bao nhiêu đồng phân cấu tạo có công thức phân tử C₆H₁₄?

Hướng dẫn:

⇒ Ankan ⇒ Chỉ có liên kết đơn

Vậy C₆H₁₄ chỉ có 5 đồng phân cấu tạo.

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₂-CH₃

CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₃

CH₃-CH(CH₃)-CH(CH₃)-CH₃

CH₃-C(CH₃)2-CH₂-CH₃

Cách lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Lý thuyết và Phương pháp giải

Để giải dạng bài này, đầu tiên ta cần xác định hợp chất hữu cơ cần tìm có những nguyên tố gì, sau đó tùy theo đề bài để giải bài toán.

Giả thiết bài toán:

Đốt cháy a (gam) hợp chất hữu cơ A thu được m (g) CO₂, m (g) H₂O và m (g) N₂ (nếu có). Tính M khối lượng mol của A (m_A) yêu cầu lập công thức phân tử của A.

Các bước lập công thức phân tử:

Bước 1: Định lượng các nguyên tố trong A.

- Tìm C: Dựa vào CO₂

- Tìm H: Dựa vào H₂O.

- Tìm N: Dựa vào N₂.

                        m_N = m_N2 hoặc m_N = n_N2.28

- Tìm O: Dùng phương pháp loại suy.

                        m_O = a - (m_C + m_H + m_N)

Bước 2: Tính khối lượng phân tử gần đúng của hợp chất hữu cơ.

- Dựa vào tỉ khối hơi:

Nếu B là không khí thì M_B = 29.

- Dựa vào số mol và khối lượng:

Bước 3: Lập công thức phân tử của A.

- Ở bước này, ta có 3 cách để lập công thức phân tử của A.

    ● Cách 1: Dựa vào thành phần khối lượng của các nguyên tố trong phân tử hợp chất hữu cơ. Đối với cách này thường phổ biến đối với bài toán cơ bản cho trước M_A.

Ta có công thức tổng quát C_xH_yO_zN_t.

Hoặc nếu bài toán cho phần trăm khối lượng của các %C ta có công thức:

Thay các giá trị đã biết vào công tác thức trên suy ra các giá trị x, y, z, t, sau đó thay vào CTTQ ta được công thức phân tử cần lập.

    ● Cách 2: Lập công thức phân tử qua công thức thực nghiệm. Đối với cách này thường dùng để giải các bài toán mà yêu cầu lập công thức nguyên hay bài toán cho thiếu giả thiết để tính M_A.

Trước tiên ta lập tỷ lệ số nguyên tử giữa các nguyên tố

= a : b : c : d (là tỉ lệ số nguyên, tối giản)

Suy ra công thức thực nghiệm (C_aH_bO_cN_d)_n.

Trong đó n ≥ 1 (là số nguyên): gọi là hệ số thực nghiệm.

Dựa vào M_A hoặc giả thiết của đề cho suy ra n, thay vào công thức thực nghiệm suy ra công thức phân tử cần lập.

    ● Cách 3: Dựa vào phương trình cháy.

Giáo viên hướng dẫn cho học sinh phương trình cháy tổng quát nhất và cách điền số vào phương trình.

Sau đó dựa vào M_A = 12x + y + 16z + 14t → Z

Bài tập vận dụng

Bài 1: Phân tử hợp chất hữu cơ A có 2 nguyên tố. Đốt cháy hoàn toàn 3 gam chất A thu được 5,4 gam nước. Hãy xác định công thức phân tử của A. Biết khối lượng mol của A là 30 gam.

Hướng dẫn:

Cách 1

Hợp chất hữu có A có 2 nguyên tố, khi đốt cháy thu được nước

→ A chứa 2 nguyên tố C và H

n_H2O = 5,4/18 = 0,3 mol

→ n_H = 2. 0,3 = 0,6 mol → m_H = 0,6 gam

→ m_C = 3 - 0,6 = 2,4 gam → n_C = 2,4/12= 0,2 mol

→ n_C : n_H = 0,2 : 0,6 = 1 : 3

→ Công thức đơn giản nhất của A là (CH₃)_n

Mà M_A = 30 → 15n = 30 → n = 2

→ CTPT của A là C₂H₆

Cách 2

A là chất hữu cơ nên trong A phải chứa nguyên tố C.

Khi đốt cháy A thu được nước → trong A phải có H

Mặt khác A chứa 2 nguyên tố nên A có công thức C_xH_y

n_A = 3/30 = 0,1 ml; n_H2O = 5,4/18 = 0,3 mol

4 C_xH_y + O₂ → 4x CO₂ + 2y H₂O

4.…………………………………2y

0,1………………………………0,3

→ 0,1.2y = 4.0,3 → y = 6

Mặt khác 12x+y = 30 → 12x + 6 = 30 → x = 2

→ CTPT của A là: C₂H₆

Bài 2: Đốt cháy 3 gam một chất hữu cơ A thu được 6,6 gam CO₂ và 3,6 gam H₂O. Xác định công thức phân tử của A, biết khối lượng mol phân tử của A là 60 gam

Hướng dẫn:

n_CO2 = 6,6/44=0,15 mol; n_H2O = 3,6/18 = 0,2 mol

→ n_C = 0,15 mol; n_H = 0,2.2 = 0,4 mol→ m_C = 12.0,15 = 1,8 gam; m_H = 0,4.1 = 0,4 gam

→ m_C + m_H = 1,8 + 0,4 = 2,2 gam < m_A

→ Trong A còn có O (vì khi đốt cháy chỉ thu được CO₂ và H₂O)

→ m_O = 3 – (m_C + m_H) = 3 – 2,2 = 0,8 mol → n_O = 0,8/16 = 0,05 mol

→ n_C : n_H : n_O = 0,15 : 0,4 : 0,05 = 3 : 8 :1

→ Công thức đơn giản nhất của A là (C₃H₈O)_n

M_A = 60 → 60n = 60 → n = 1

→ CTPT của A là C₃H₈O

Cách giải Bài toán đốt cháy hidrocacbon

Lý thuyết và Phương pháp giải

Hidrocacbon C_xH_y hoặc C_nH_2n+2-2k (n ≥ 1, 𝑘 ≥ 0)

* Dựa vào sản phẩm của phản ứng đốt cháy hidrocacbon:

- n_H2O > n_CO2 ⇒ CTPT C_nH_2n+2 và n_CnH2n+2 = n_H2O - n_CO2

- n_H2O = n_CO2 ⇒ CTPT C_nH_2n

- n_H2O < n_CO2 ⇒ CTPT C_nH_2n-2 và n_CnH2n-2 = n_CO2 - n_H2O

* Thường áp dụng ĐLBT nguyên tố và bảo toàn khối lượng:

BTKL: m_CxHy + m_{O2 pư} = m_CO2 + m_H2O

BTNT:

n_C(CxHy) = n_C(CO2)

n_H(CxHy) = n_H(H2O)

⇒ m_{CxHy pư} = m_C + m_H = 12.n_CO2 + 2. n_H2O

n_{O2 pư} = n_CO2 + 1/2 n_H2O

* Một số công thức cần nhớ:

Chú ý:

- Nếu cho sản phẩm cháy thu được dẫn qua bình (1) đựng chất hấp thụ H₂O: P₂O₅, H₂SO_{4 đặc}, CaCl₂…bình (2) đựng chất hấp thụ CO₂ như: NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂…

Khi đó:

    Khối lượng bình (1) tăng = m_H2O

    Khối lượng bình (2) tăng = m_CO2

- Nếu cho toàn bộ sản phẩm cháy qua dung dịch Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ thì khối lượng bình tăng = m_CO2 +m_H2O. Khi đó khối lượng dung dịch tăng hoặc giảm so với khối lượng dung dịch ban đầu.

    + Khối lượng dung dịch tăng: Δ𝑚_{𝑑𝑑 ↑} = (m_CO2+m_H2O) - m↓

    + Khối lượng dung dịch giảm: Δ𝑚_{𝑑𝑑 ↓} = m↓ -( m_CO2+m_H2O)

Bài tập vận dụng

Bài 1: Khi đốt hoàn toàn 3 gam một hợp chất hữu cơ A thu được 8,8 gam CO₂ và 5,4 gam H₂O

a) Trong A có chứa những nguyên tố nào?

b) Biết phân tử khối của A nhỏ hơn 40. Xác định công thức phân tử của A?

c) A có làm mất màu dung dịch brom không?

Hướng dẫn:

a)

→ m_O = 3 – (m_C + m_H) = 3 – 2,4 – 0,6 = 0

→ A chỉ chứa 2 nguyên tố C và H

b)

n_C : n_H = 0,2 : 0,6 = 1 : 3

→ Công thức đơn giản nhất của A: (CH₃)_n

M_A < 40 → 15n < 40 → n < 2,67 → n chỉ có thể là 1 hoặc 2

TH 1: n = 1 → Công thức phân tử của A là CH₃ ( Loại)

TH 2: n = 2 → Công thức phân tử của A là C₂H₆ ( thỏa mãn)

c) C₂H₆ không làm mất màu dung dịch brom

Bài 2: Đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol hỗn hợp A gồm 2 hidrocacbon no thu được 9,45g H₂O. Cho sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH)₂ dư thì khối lượng kết tủa thu được là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

n_H2O = 9,45/18 = 0,525 mol

n_A = n_H2O – n_CO2 ⇒ n_CO2 = n_H2O – n_A =0,525-0,15 = 0,375 mol

n_CaCO3 = n_CO2 = 0,375 mol

⇒ m_CaCO3 = 0,375.100 = 37,5g