Phương pháp giải Phương pháp tăng giảm số mol trong giải toán hiđrocacbon (50 bài tập minh họa)

Ngọc Nguyễn Ngày: 17-07-2023 Lớp 11

326

Toptailieu.vn biên soạn và giới thiệu Phương pháp giải Phương pháp tăng giảm số mol trong giải toán hiđrocacbon (50 bài tập minh họa) hay, chi tiết nhất, từ cơ bản đến nâng cao giúp học sinh nắm vững kiến thức, từ đó học tốt môn Hóa học 11.

Phương pháp giải Phương pháp tăng giảm số mol trong giải toán hiđrocacbon (50 bài tập minh họa)

A. Lý thuyết và phương pháp giải

- Áp dụng để tính nhanh số mol H₂ phản ứng trong phản ứng cộng H₂ vào hiđrocacbon không nó. Số mol (thể tích) giảm chính là số mol (thể tích) hiđro phản ứng.

$\begin{array}{l} C_{n} H_{2 n} + H_{2} \overset{N i, t^{o}}{\to} C_{n} H_{2 n + 2} (1) \\ C_{n} H_{2 n - 2} + 2 H_{2} \overset{N i, t^{o}}{\to} C_{n} H_{2 n + 2} (2) \end{array}$

Theo phản ứng (1): $n_{H_{2}} = n_{C_{n} H_{2 n}}$

Theo phản ứng (2): $n_{H_{2}} = 2 n_{C_{n} H_{2 n}}$

$\to$ Dựa váo tính chất này ta có thể tính nhanh số mol các chất trong phản ứng

- Áp dụng cho các bài tính hiệu suất phản ứng cracking:

+ Ta thấy số mol các chất sản phẩm luôn lớn hơn số mol các chất phản ứng.

+ Khối lượng trước và khối lượng sau không thay đổi.

$C_{n} H_{2 n + 2} \overset{x t, t^{o}}{\to} C_{m} H_{2 m + 2} + C_{x} H_{2 x}$

Pư a a a lít

Sau pư b a a lít

$\to$ V_{sau phản ứng} = 2a + b, V_{tăng sau pư}= V_{ankan tham gia phản ứng}.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho 8,96 lít hỗn hợp khí X gồm C₃H₈, C₂H₂, C₃H₆, CH₄ và H₂ đi qua bột Niken xúc tác nung nóng để phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau phản ứng ta thu được 6,72 lít hỗn hợp khí Y không chứa H₂. Thể tích hỗn hợp hiđrocacbon có trong X là

A. 4,48 lít.

B. 5,6 lít.

C. 6,72 lít.

D. 8,96 lít.

Hướng dẫn giải:

- Thể tích giảm chính là thể tích H₂ phản ứng = 2,24 lít.

- Theo đề bài H₂ hết nên thể tích hỗn hợp hiđrocacbon có trong X bằng thể tích hỗn hợp hiđrocacbon trước phản ứng = 6,72 lít.

Đáp án C

Ví dụ 2: Hỗn hợp khí X gồm 0,3 mol H₂ và 0,1 mol vinylaxetilen. Nung X một thời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với không khí là 1. Số mol H₂phản ứng là

A. 0,1 mol.

B. 0,2 mol.

C. 0,3 mol.

D. 0,4 mol.

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,3 + 0,1 = 0,4 mol

m_X= 0,3.2 + 0,1. 52 = 5,8 gam

Theo định luật bảo toàn khối lượng: m_Y = m_X = 5,8 g

Mặt khác M_Y = 29 $\to n_{Y} = 0, 2 m o l$

Vậy số mol H₂ phản ứng = 0,4 – 0,2 = 0,2 mol

Đáp án B

Ví dụ 3: Cracking 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 cracking (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 hỗn hợp A là

A. 40%

B. 50%

C. 60%

D. 70%

Hướng dẫn giải:

Coi tỉ lệ về thể tích cũng là tỉ lệ về số mol

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

$H = \frac{56 - 40}{40} .100 % = \frac{16}{40} .100 % = 40 %$

Đáp án A

C. Luyện tập

Câu 1: Hỗn hợp X gồm 3 khí C₃H₄, C₂H₄ và H₂ cho vào bình kín có thể tích là 8,96 lít ở , áp suất 1 atm, chứa ít bột Ni, nung nóng bình một thời gian thu được hỗn hợp khí Y. Biết tỉ khối của X so với Y là 0,75. Số mol H₂ tham gia phản ứng là

A. 0,1 mol.

B. 0,3 mol.

C. 0,6 mol.

D. 0,75 mol.

Hướng dẫn giải:

n_X= 0,4 mol;

Theo ĐLBTKL m_X = m_Y

$\frac{M_{X}}{M_{Y}} = \frac{n_{Y}}{n_{X}} = 0, 75 \Rightarrow n_{Y} = 0, 75.0, 4 = 0, 3 m o l$

Vậy số mol H₂ phản ứng là 0,4 – 0,3 = 0,1 mol

Đáp án A

Câu 2: Cracking 560 lít C₄H₁₀sau một thời gian thu được 1010 lít hỗn hợp X gồm C₄H₁₀, CH₄, C₃H₆, C₂H₄, C₂H₆ (các chất cùng điều kiện). Thể tích C₄H₁₀ chưa phản ứng là

A. 100 lít.

B. 110 lít.

C. 120 lít.

D. 130 lít.

Hướng dẫn giải:

V_{khí tăng} = ${V_{C}}_{_{4} H_{10}}$ _{phản ứng} = 1010 – 560 = 450 lít

Suy ra thể tích C₄H₁₀ chưa phản ứng là 560- 450 = 110 lít.

Đáp án B

Câu 3: Hỗn hợp X gồm H_2,C₂H₄ và C₃H₆ có tỉ khối so với H₂ là 9,25. Cho 22,4 lít X (đktc) vào bình kín có sẵn một ít bột Ni. Đun nóng bình một thời gian, thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H₂ bằng 10. Tổng số mol H₂ đã phản ứng là

A. 0,015 mol.

B. 0,05 mol.

C. 0,07 mol.

D. 0,075 mol.

Hướng dẫn giải:

M_Y= 10.2 = 20; M_X = 9,25.2 = 18,5

Bảo toàn khối lượng: m_X = m_Y

$\begin{array}{l} M_{X} . n_{X} = M_{Y} . n_{Y} \\ \to \frac{n_{X}}{n_{Y}} = \frac{M_{Y}}{M_{X}} = \frac{20}{18, 5} \Rightarrow n_{Y} = 0, 925 m o l \end{array}$

$\to n_{H_{2}}$ _{phản ứng} = n_X – n_Y= 1- 0,925 = 0,075 mol

Đáp án D

Câu 4: Hỗn hợp khí X gồm H₂ và C₂H₄có tỉ khối so với He là 3,75. Dẫn X qua Ni nung nóng thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He là 5. Hiệu suất của phản ứng hiđro hóa là

A. 50%.

B. 60%.

C. 70%.

D. 80%.

Hướng dẫn giải:

Phương trình phản ứng: $C_{2} H_{4} + H_{2} \to C_{2} H_{6}$

Bảo toàn khối lượng ta có m_trước= m_sau $\to {\bar{M}}_{X} . n_{X} = {\bar{M}}_{Y} . n_{Y}$

$\to \frac{n_{X}}{n_{Y}} = \frac{{\bar{M}}_{Y}}{{\bar{M}}_{X}} = \frac{5}{3, 75} = \frac{4}{3}$

Coi n_X = 4 mol; n_Y = 3 mol

Hỗn hợp X có ${\bar{M}}_{X} = 3, 75.4 = 15$

$\to % n_{H_{2}} = \frac{28 - 15}{28 - 2} .100 % = 50 % \Rightarrow n_{H_{2}} = n_{C_{2} H_{4}} = 2 m o l$

Ta có: n_giảm = 4 - 3 =1mol = $n_{H_{2}}$ _{phản ứng} = $n_{C_{2} H_{4}}$ _{phản ứng}

$\to % H = \frac{1}{2} .100 % = 50 %$

Đáp án A

Câu 5: Cracking V lít C₄H₁₀ thu được 35 lít hỗn hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₆, C₄H₈ và một phần C₄H₁₀ chưa bị cracking. Cho hỗn hợp A đi từ từ qua bình đựng brom dư thấy thể tích còn lại 20 lít. Tính hiệu suất của phản ứng cracking?

A. 25%.

B. 60%.

C. 75%.

D. 85%.

Hướng dẫn giải:

Thể tích anken là 35 – 20 = 15 lít.

Thể tích của H₂, CH₄, C₂H₆ = thể tích anken = thể tích C₄H₁₀ phản ứng = 15 lít

Thể tích của C₄H₁₀dư là 35- 15.2 = 5 lít.

Vậy hiệu suất phản ứng là $\frac{15}{15 + 5} .100 % = 75 %$

Đáp án C

Câu 6: Hỗn hợp X gồm 0,15 mol axetilen; 0,1 mol vinylaxetilen; 0,1 mol etilen và 0,4 mol hiđro. Nung hỗn hợp X với niken xúc tác,sau một thời gian được hỗn hợp Y có tỉ khối đối với hiđro bằng 12,7. Số mol hiđro phản ứng là

A. 0,25.

B. 0,35.

C. 0,45.

D. 0,65.

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,15 + 0,1 + 0,1 + 0,4 = 0,75 (mol);

m_X = 0,15. 26 + 0,1. 52 + 0,1.28 + 0,4.2 = 12,7 g

Bảo toàn khối lượng có m_X = m_Y $\to {\bar{M}}_{X} . n_{X} = {\bar{M}}_{Y} . n_{Y}$

$\to n_{Y} = 0, 5 m o l$

- $n_{H_{2}}$ _{phản ứng}= n_X – n_Y = 0,75- 0,5 = 0,25(mol)

Đáp án A

Câu 7: Hỗn hợp khí X gồm 0,1 mol C₂H₂; 0,2 mol C₂H₄ và 0,3 mol H₂. Đun nóng X với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H₂ bằng 11. Số mol hiđro phản ứng là

A. 0,1.

B. 0,2.

C. 0,3.

D. 0,4

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,1 + 0,2 + 0,3 = 0,6 mol; M_Y = 11. 2 = 22

Bảo toàn khối lượng: m_Y = m_X = 0,1.26 + 0,2.28 + 0,3.2 = 8,8 gam

$n_{Y} = \frac{8, 8}{22} = 0, 4 (m o l)$

$n_{H_{2}}$ _{phản ứng} = n_X – n_Y = 0,6-0,4 = 0,2 (mol)

Đáp án B

Câu 8: Hỗn hợp X gồm 0,02 mol C₂H₂; 0,03 mol C₂H₄ và 0,07 mol H₂, đun nóng hỗn hợp X với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H₂ là 9,375. Số mol H₂đã tham gia phản ứng là

A. 0,03.

B. 0,04.

C. 0,05.

D. 0,06.

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,02 + 0,03 + 0,07 = 0,12 mol; m_X = 0,02.26 + 0,03. 28 + 0,07.2 = 1,5 gam

Bảo toàn khối lượng có: m_X = m_Y = 1,5 gam

$\to n_{Y} = \frac{1, 5}{2.9, 375} = 0, 08 m o l$

Số mol hiđro phản ứng = n_X – n_Y = 0,12 – 0,08 = 0,04 mol

Đáp án B

Câu 9: Cracking 1 ankan A thu được hỗn hợp sản phẩm B gồm 5 hidrocacbon có khối lượng mol trung bình là 36,25 g/mol; hiệu suất phản ứng là 60%. Công thức phân tử A là

A. C₃H₈

B. C₄H₁₀

C. C₅H₁₂

D. C₂H₆

Hướng dẫn giải:

Giả n_{ankan ban đầu} = 1 mol

H = 60% => n_{ankan phản ứng} = 0,6 mol => n_{khí tăng} = 0,6 mol

=> n_{hh B} = n_A+ n_{khí tăng} = 1 + 0,6 = 1,6 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

$\begin{array}{l} m_{A} = m_{B} \Rightarrow M_{A} . n_{A} = M_{B} . n_{B} \\ \Rightarrow M_{A} = \frac{M_{B} . n_{B}}{n_{A}} = \frac{1, 6.36, 25}{1} = 58 \end{array}$

Câu 10: Cracking V lít C₅H₁₂ thu được 70 lít hỗn hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₆, C₄H₈, C₅H₁₀, C₃H₈ và một phần C₅H₁₂ chưa bị cracking. Cho hỗn hợp A đi từ từ qua bình đựng brom dư thấy thể tích còn lại 40 lít. Tính hiệu suất của phản ứng cracking?