Toptailieu.vn biên soạn và giới thiệu Phương pháp giải Bảo toàn mol pi 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 Bảo toàn mol pi trong giải toán hiđrocacbon (50 bài tập minh họa)

A. Lý thuyết và phương pháp giải

1. Cách xác định số liên kết

Độ bất bão hòa k = $\mathrm{\pi }$ + số vòng

- Đối với các hợp chất C_xH_y và C_xH_yO_z có: $k=\frac{2x-y+2}{2}$

Một số trường hợp hay gặp:

k = 0:  hiđrocacbon chỉ có liên kết đơn, mạch hở

k = 1: hiđrocacbon chỉ có 1 liên kết đôi hoặc 1 vòng no

k = 2: hiđrocacbon có 2 liên kết đôi hoặc 1 liên kết ba hoặc 1 vòng no có một liên kết đôi

k = 4: hiđrocacbon có nhân thơm trong phân tử …

2. Bản chất của bảo toàn liên kết $\mathrm{\pi }$

- Khi ankan bị mất H₂ sẽ tạo thành các hợp chất không no và cứ mất đi một phân tử H₂ thì hợp chất mới sẽ có liên kết $\mathrm{\pi }$ là 1 (k = 1)

- Ví dụ:

+ Ankan mất 1 phân tử H₂ biến thành anken có k = 1

+ Ankan mất 2 phân tử H₂ biến thành ankin, ankađien,... có k = 2

3. Bảo toàn mol $\mathrm{\pi }$ trong giải toán hiđrocacbon

- Hiđrocacbon không no khi tác dụng với H₂ hay halogen thì

$C_n{H}_{2n+2-2k}+k{H}_2\stackrel{Ni,t^o}{\to }{C}_n{H}_{2n+2}$ (số liên kết $\mathrm{\pi }$ = k)

$C_n{H}_{2n+2-2k}+kB{r}_2\stackrel{xt,t^o}{\to }{C}_n{H}_{2n+2-2k}B{r}_{2k}$

- Ta thấy số mol liên kết $\mathrm{\pi }$ bằng số mol H₂ hay Br₂ phản ứng.

- Chú ý:

+ Khi giải một số bài toán, có thể hiểu vai trò của H₂ và Br₂ trong phản ứng cộng là như nhau và $n_{B{r}_2}+n_{H_2}=n_X.k$ (X là các hiđrocacbon không no)

+ Trong bình kín khối lượng hỗn hợp không đổi nhưng số mol hỗn hợp giảm chính là do H_{2 phản ứng}.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hỗn hợp khí X gồm H₂ và C₂H₄ có 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. 25%.

B. 30%.

C. 40%.

D. 50%.

Hướng dẫn giải:

Phương trình phản ứng: $C_2{H}_4+H_2\stackrel{Ni,t^o}{\to }{C}_2{H}_6$

Bảo toàn khối lượng ta có m_trước = m_sau $\to {\overline{M}}_X.n_X={\overline{M}}_Y.n_Y$

$\to \frac{n_X}{n_Y}=\frac{{\overline{M}}_Y}{{\overline{M}}_X}=\frac{5}{3,75}=\frac{4}{3}$

$\to$Coi n_X = 4 mol; n_Y = 3 mol

Hỗn hợp X có ${\overline{M}}_X=3,75.4=15$

Bảo toàn mol $\mathrm{\pi }$: 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 D

Ví dụ 2: Hỗn hợp khí X gồm 0,6 mol H₂ và 0,15 mol vinylaxetilen. Nung nóng X một thời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H₂ bằng 10. Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn khối lượng brom tham gia phản ứng là

A. 8 gam.

B. 16 gam.

C. 12 gam.

D. 24 gam.

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,6 + 0,15 = 0,75 mol; m_X= 0,6.2 + 0,15.52 = 9gam

Bảo toàn khối lượng ta có m_trước = m_sau $\to$m_Y = 9gam

${\overline{M}}_Y=20\Rightarrow n_Y=\frac{9}{20}=0,45mol$

Ta có n_{đihro phản ứng} = n_X – n_Y = 0,75 - 0,45 = 0,3 mol

Bảo toàn số mol $\mathrm{\pi }$ ta có: 0,15.3 = n_{hidro phản ứng} + n_brom = 0,3 + n_brom

$\to$ n_brom = 0,15.3 – 0,3 = 0,15 mol

m_brom = 0,15.160 = 24 gam

Đáp án D

Ví dụ 3: Cho hỗn hợp X gồm 0,1 mol C₂H₄ 0,2 mol C₂H₂ và 0,7 mol H₂. Nung X trong bình kín với xúc tác Ni. Sau một thời gian thu được 0,8 mol hỗn hợp Y. Cho Y phản ứng vừa đủ với 100ml dd Br₂ a mol/l. Tìm giá trị a

A. 0,2 M.

B. 0,3 M.

C. 2 M.

D. 3 M

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,1 + 0,2 + 0,7 = 1 mol

$\to$ n_{đihro phản ứng} = n_X – n_Y = 1 - 0,8 = 0,2 mol

Bảo toàn số mol $\mathrm{\pi }$ ta có:

0,1.1 + 0,2.2 = n_{hidro phản ứng} + n_brom = 0,2 + n_brom $\to$ n_brom = 0,3 mol

$\to$ a = 0,3 : 0,1 = 3M

Đáp án D

C. Luyện tập

Câu 1: 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. Hỗn hợp khí Y phản ứng vừa đủ với a mol dung dịch Br₂. Giá trị của a 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 $\to {\overline{M}}_X.n_X={\overline{M}}_Y.n_Y$

$\to n_Y=0,5mol$

- $n_{H_2}$ _{phản ứng} = n_X – n_Y = 0,75- 0,5 = 0,25(mol)

- Bảo toàn số mol liên kết $\mathrm{\pi }$: 0,15.2 + 0,1.3 + 0,1.1 = a + 0,25  $\to a=0,45mol$

Đáp án C

Câu 2: Cho 22,4 lít (đktc) hỗn hợp A gồm x mol C₂H₄, y mol C₂H₂ và z mol H₂ (biết tỉ khối của E so với He là 3,6) qua bình đựng Ni nung nóng, sau một thời gian phản ứng thì thu được 15,68 lít hỗn hợp khí B (đktc). Dẫn toàn bộ khí B qua bình đựng dung dịch brom dư, khối lượng brom phản ứng là 80 gam. Giá trị x, y và z lần lượt là

A. 0,2; 0,3 và 0,5.

B. 0,2; 0,5 và 0,3.

C. 0,3; 0,2 và 0,5.

D. 0,3; 0,5 và 0,2.

Hướng dẫn giải:

n_A = 1 mol; n_B = 0,7 mol

$\to n_{H_2}$_{phản ứng} = 1 - 0,7 = 0,3 mol

n_Brom = 0,5 mol

Bảo toàn mol : x+2y = 0,3 + 0,5 = 0,8

Mặt khác: x + y + z = 1 và $\frac{28x+26y+2z}{x+y+z}=14,4$

Suy ra x = 0,2; y = 0,3 và z = 0,5

Đáp án A

Câu 3: Hỗn hợp khí A gồm 0,5 mol H₂ và 0,25 mol hai ankin X, Y kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng (M_X < M_Y). Nung A một thời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp B có tỉ khối so với H₂ bằng 9,25. Dẫn hỗn hợp B qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng là 40 gam. Công thức phân tử của Y là

A. C₃H₄.                    

B. C₂H₂.                           

C. C₄H₆.                     

D. C₃H₆.

Hướng dẫn giải:

n_A= 0,75 mol; M_B = 9,25.2 = 18,5; n_brom = 0,25 mol

Bảo toàn mol $\mathrm{\pi }$ ta có: n_{hidro phản ứng} = 0,25.2 – 0,25 = 0,25 mol

$\to n_B=n_A-n_{H_{2}pu}=0,75-0,25=0,5mol$

Ta có: m_A = m_B = 0,5.18,5 = 9,25g

Gọi công thức ankin có dạng C_nH_2n-2

Ta có: 0,5.2 + 0,25.(14n -2) = 9,25

2 ankin là C₂H₂ và C₃H₄ và Y là C₃H₄
Đáp án A

Câu 4: Cho H₂ và 1 anken có thể tích bằng nhau qua niken nung nóng ta thu được hỗn hợp A. Biết tỉ khối hơi của A với H₂ là 23,2. Hiệu suất của phản ứng hiđro hóa là 75%. Công thức phân tử của anken là

A. C₂H₄.

B. C₃H₆.

C. C₄H₈.

D. C₅H₁₀.

Hướng dẫn giải:

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

Giải sử có n_hiđro = $n_{C_n{H}_{2n}}$ = 1 mol

Do hiệu suất phản ứng là 75%

n_A = 1+1 – 0,75 = 1,25 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m_A = 1.2 + 1.14n

$M_A=\frac{m_A}{n_A}\Rightarrow m_A=n_A.M_A=1,25.23,2.2=58$

Suy ra 2+14n = 58 $\to$ n = 4

Anken là C₄H₈

Đáp án C

Câu 5: Hỗn hợp X có tỉ khối so với H₂ là 27,25 gồm: butan, but-1-en và vinylaxetilen. Đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol hỗn hợp X thu được tổng khối lượng của CO₂ và H₂O là m gam. Mặt khác, khi dẫn 0,15 mol hỗn hợp X trên vào bình đựng dung dịch brom dư thấy a gam brom phản ứng. Giá trị m và a lần lượt là

A. 43,95 và 42.

B. 35,175 và 42.

C. 35,175 và 21.

D. 43,95 và 21.

Hướng dẫn giải:

m_X = n_X.M_X = 0,15. 27,25. 2 = 8,175 g; $n_{C{O}_2}=0,15.4=0,6mol$

Bảo toàn khối lượng: $n_H=\frac{m_H}{1}=\frac{8,175-0,6.12}{1}=0,975mol$

Bảo toàn nguyên tố: $n_{H_{2}O}=\frac{1}{2}{n}_H=0,4875mol$

Suy ra m = 0.6.44 + 0,4875. 18 = 35,175g

Gọi số liên kết $\mathrm{\pi }$ của X là k

Bảo toàn liên kết $\mathrm{\pi }$: $\left\{\begin{array}{c}0,6-0,4875=(k-1).0,15\\ 0,15k=n_{B{r}_2}\end{array}\right.\to n_{B{r}_2}=0,2625$

Suy ra a= 0,2625.160 = 42 gam

Đáp án B

Câu 6: 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. Hỗn hợp Y phản ứng tối đa với a mol Br₂ trong dung dịch. Giá trị của a 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

$n_Y=\frac{8,8}{22}=0,4\left(mol\right)$

$n_{H_2}$_{phản ứng} = n_X – n_Y = 0,6-0,4 = 0,2 (mol)

Bảo toàn số mol liên kết  ta có:

0,1.2 + 0,2 - 0,2 = $n_{B{r}_2}=a$

Đáp án B

Câu 7: 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. Nếu cho toàn bộ Y sục từ từ vào dung dịch brom (dư) thì có a mol brom tham gia phản ứng. Giá trị của a là

A. 0,2.                 

B. 0,05.                             

C. 0,04.                             

D. 0,1.

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,3 + 0,1 = 0,4 mol

 m_X = 0,3.2 + 0,1.52 = 5,8 gam

Bảo toàn khối lượng: m_Y = 5,8 gam; M_Y = 29 $\to n_Y=0,2mol$

n_{hidro phản ứng}   = 0,4 – 0,2 = 0,2 mol

Bảo toàn số mol $\mathrm{\pi }$ ta có:

3.0,1 =  a + 0,2 $\to a=0,1mol$

Đáp án D 

Câu 8: Dẫn 1,68 lít hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon vào bình đựng dung dịch brom dư. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, có 4 gam brom đã phản ứng và còn lại 1,12 lít khí. Nếu đốt cháy hoàn toàn 1,68 lít X thì sinh ra 2,8 lít khí CO₂. CTPT của 2 hiđrocacbon là

A. CH₄ và C₂H₄

B. CH₄ và C₃H₆

C. CH₄ và C₄H₈

D. CH₄ và C₅H₁₀

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,075 mol; n_brom = 0,025 mol; n_{chất khí còn lại} = 0,05 mol

Số mol brom phản ứng = n_X – n _{khí còn lại} = 0,075 – 0,05 = 0,025 mol

Ta thấy n_{brom pư} = n_brom = 0,025 mol nên khí phản ứng brom là anken và khí còn lại là ankan.

n_anken = 0,025 mol; n_ankan = 0,05 mol

$\begin{array}{l}{n}_{C{O}_2}=0,125mol\\ \to \overline{C}=\frac{0,125}{0,075}=1,67\end{array}$

Suy ra trong X có chứa CH₄ và $n_{C{H}_4}=0,05mol$

Bảo toàn nguyên tố C: 0,05.1 + 0,025.n = 0,125 $\to n=3$

Anken là C₃H₆

Đáp án B

Câu 9: 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. Nếu cho toàn bộ Y sục từ từ vào dung dịch brom (dư) thì có a mol brom tham gia phản ứng. Giá trị của a 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

$\to n_Y=\frac{1,5}{2.9,375}=0,08mol$

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

Bảo toàn số mol $\mathrm{\pi }$ ta có:

0,02.2 + 0,03.1 =  a + 0,04 $\to a=0,03mol$

Đáp án A

Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn 14,28 gam hỗn hợp X chứa C₄H₈, C₄H₆, C₄H₄, C₄H₂ và H₂ thu được 1,04 mol khí CO₂. Mặt khác, nếu cho một ít bột Ni vào bình kín chứa hỗn hợp X trên rồi nung nóng một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỷ khối so với H₂ là 17,85. Biết các chất trong X đều có mạch hở. Nếu sục toàn bộ Y vào dung dịch nước Br₂ dư thì số mol Br₂ phản ứng tối đa là

A. 0,54.

B. 0,52.

C. 0,48.

D. 0,46.

Hướng dẫn giải:

Bảo toàn khối lượng:

$n_{H_{2}O}=\frac{1}{2}{n}_H=\frac{m_X-m_C}{2}=\frac{14,28-1,04.12}{2}=0,9mol$

Bảo toàn số liên kết $\mathrm{\pi }$ trong phản ứng đốt cháy:

$n_{C{O}_2}-n_{H_{2}O}=(k-1).n_X\to k{n}_X=0,14+n_X$

$n_Y=\frac{14,28}{2.17,85}=0,4\to n_{H_{2}pu}=n_x-0,4$

Bảo toàn số liên kết $\mathrm{\pi }$ trong phản ứng với brom: k.n_X = n _{hiđro phản ứng} +n_brom

0,14 + n_X = n_X – 0,4 + n_brom $\to n_{B{r}_2}=0,54mol$

Đáp án A