Phương pháp giải Bài tập đốt cháy hỗn hợp các hidrocacbon (50 bài tập minh họa)

Ngọc Nguyễn Ngày: 17-07-2023 Lớp 11

183

Toptailieu.vn biên soạn và giới thiệu Phương pháp giải Bài tập đốt cháy hỗn hợp các hidrocacbon (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 Bài tập đốt cháy hỗn hợp các hidrocacbon (50 bài tập minh họa)

A. Lý thuyết và phương pháp giải

* Gọi công thức hiđrocacbon là: C_xH_y hoặc C_nH_2n+2-2k(k là số liên kết $π$ + vòng)

$C_{n} H_{2 n + 2 - 2 k} + \frac{3 n + 1 - k}{2} O_{2} \overset{t^{o}}{\to} n C O_{2} + (n + 1 - k) H_{2} O$

* Dựa vào sản phẩm của phản ứng đốt cháy:

- $n_{C O_{2}} < n_{H_{2} O}$ thì trong hỗn hợp đốt cháy chứa ít nhất 1 ankan.

- Đốt cháy hỗn hợp ankan và anken thì $n_{C O_{2}} < n_{H_{2} O}$ và n_{ankan (trong hỗn hợp)} = $n_{H_{2} O} - n_{C O_{2}}$

- $n_{C O_{2}} = n_{H_{2} O}$ thì hỗn hợp đó có thể gồm:

+) 2 hiđrocacbon (anken hoặc xicloankan) có công thức C_nH_2n.

+) 1 hiđrocacbon là ankan C_nH_2n+2, chất còn lại có độ bất bão hoà k ≥ 2.

+) Đặc biệt nếu hỗn hợp gồm C_nH_2n+2và C_mH_2m-2thì số mol 2 chất trong hỗn hợp bằng nhau.
- Để giải các bài toán cần phối hợp triệt để bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng:

$\begin{array}{l} n_{O_{2}} = n_{C O_{2}} + \frac{1}{2} . n_{H_{2} O} \\ m_{h i đ r o c a c b o n} = m_{C} + m_{H} = 12 n_{C O_{2}} + 2 n_{H_{2} O} \end{array}$

- Khi cho sản phẩm cháy thu được qua bình (1) đựng chất hấp thụ H₂O như: P₂O₅, H₂SO₄ đặc, CaCl₂…bình (2) đựng chất hấp thụ CO₂ như: NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂…

khối lượng bình (1) tăng = $m_{H_{2} O}$

khối lượng bình (2) tăng = $m_{C O_{2}}$

- Nếu cho toàn bộ sản phẩm cháy qua dung dịch Ca(OH)₂, Ba(OH)₂thì

+ Khối lượng bình tăng = $m_{C O_{2}} + m_{H_{2} O}$

+ Khối lượng dung dịch tăng = ( $m_{C O_{2}} + m_{H_{2} O}$ ) – m↓

+ Khối lượng dung dịch giảm = m↓ - ( $m_{C O_{2}} + m_{H_{2} O}$ )

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 6,72 lít (đktc) hỗn hợp gồm 2 hiđrocacbon X và Y (M_Y> M_X), thu được 11,2 lít khí CO₂ (đktc) và 10,8 gam H₂O. Công thức của X là

A. CH₄

B. C₂H₄

C. C₂H₆

D. C₂H₂

Hướng dẫn giải:

$\begin{array}{l} n_{h h} = 0, 3 m o l; n_{C O_{2}} = 0, 5 m o l; n_{H_{2} O} = 0, 6 m o l \\ \bar{C} = \frac{0, 5}{0, 3} = 1, 66 \end{array}$

$\Rightarrow$ Hỗn hợp có CH₄. Mặt khác M_Y > M_X $\Rightarrow$ X là CH₄.

Đáp án A

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol hỗn hợp X gồm một ankan và một anken, thu được 0,35 mol CO₂ và 0,4 mol H₂O. Phần trăm số mol của ankan trong X là

A. 25%.

B. 30%.

C. 75%.

D. 70%.

Hướng dẫn giải:

Ta có: Ankan có k = 0 và $n_{a n k a n} = n_{H_{2} O} - n_{C O_{2}}$ ; Anken có k = 1 và $n_{H_{2} O} = n_{C O_{2}}$

n_ankan = 0,4 - 0,35 = 0,05 (mol)

$\Rightarrow % n_{a n k a n} = \frac{0, 05}{0, 2} .100 % = 25 %$

Đáp án A

Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp M gồm một ankan X và một ankin Y, thu được số mol CO₂ bằng số mol nước. Thành phần phần trăm về số mol của X và Y trong hỗn hợp M lần lượt là

A. 20% và 80%.

B. 35% và 65%.

C. 50% và 50%.

D. 75% và 25%.

Hướng dẫn giải:

$n_{H_{2} O (X)} + n_{H_{2} O (Y)} = n_{C O_{2} (X)} + n_{C O_{2} (Y)}$

$\begin{array}{l} \Rightarrow n_{H_{2} O (X)} - n_{C O_{2} (X)} = n_{C O_{2} (Y)} - n_{H_{2} O (Y)} \\ \Rightarrow n_{X} = n_{Y} \end{array}$

$\Rightarrow % n_{x} = % n_{Y} = 50 %$

Đáp án C

C. Luyện tập

Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon thu được 6,72 lít CO₂ (đktc) và 7,2 g H₂O. Tính thể tích oxi (đktc) dùng để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X?

A. 2,24 lít

B. 6,72 lít

C. 8,96 lít

D. 11,2 lít

Hướng dẫn giải:

$n_{C O_{2}} = 0, 3 m o l; n_{H_{2} O} = 0, 4 m o l$

Bảo toàn nguyên tố oxi

$n_{O_{2}} = n_{C O_{2}} + \frac{1}{2} n_{H_{2} O}$

→ $n_{O_{2}} = 0, 3 + \frac{0, 4}{2} = 0, 5 m o l$

→ $V_{O_{2}} = 11, 2 (l)$

Đáp án D

Câu 2: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp 2 hiđrocacbon thu được số mol CO₂ nhỏ hơn số mol nước. Hỗn hợp đó gồm:

A. 2 ankan.

B. 2 anken.

C. chứa ít nhất một anken.

D. chứa ít nhất một ankan.

Hướng dẫn giải:

Khi đốt cháy ankan sẽ cho số mol CO₂ nhỏ hơn số mol nước

$C_{n} H_{2 n + 2} + \frac{3 n + 1}{2} O_{2} \overset{t^{o}}{\to} n C O_{2} + (n + 1) H_{2} O$

$\Rightarrow$ Hỗn hợp sẽ chứa ít nhất một ankan.

Đáp án D

Câu 3: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp 2 hiđrocacbon thu được số mol CO₂ bằng số mol nước. Hỗn hợp 2 hiđrocacbon là

A. 2 ankan.

B. 2 anken.

C. 2 xicloankan.

D. B, C đều đúng.

Hướng dẫn giải:

$C_{x} H_{y} \overset{+ O_{2}, t^{o}}{\to} x C O_{2} + \frac{y}{2} H_{2} O$

1 1 mol

$\begin{array}{l} n_{C O_{2}} = n_{H_{2} O} \Rightarrow y = 2 x \\ \Rightarrow C_{x} H_{2 x} \end{array}$

Hỗn hợp là anken hoặc xicloankan

Đáp án D

Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn 1 lít hỗn hợp khí gồm C₂H₂ và hiđrocacbon X sinh ra 2 lít khí CO₂ và 2 lít hơi H₂O (các thể tích khí và hơi đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). Công thức phân tử của X là

A. CH₄

B. C₂H₄

C. C₂H₆

D. C₃H₈

Hướng dẫn giải:

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

$\bar{C} = \frac{n_{C O_{2}}}{n_{h h}} = \frac{V_{C O_{2}}}{V_{h h}} = \frac{2}{1} = 2$

Mà C₂H₂ có 2 nguyên tử C nên X cũng có 2 nguyên tử C

$\bar{H} = \frac{2 n_{H_{2} O}}{n_{h h}} = \frac{2 V_{H_{2} O}}{V_{h h}} = \frac{2.2}{1} = 4$

Mà C₂H₂ có 2 nguyên tử H nên X có 6 nguyên tử H

Vậy X là C₂H₆

Đáp án C

Câu 5: Hỗn hợp gồm CH₄ và xicloankan X có tỉ lệ mol 1:1. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp thu được 4 mol CO₂ và 5 mol nước. Công thức của X là

A. xiclopropan.

B. metylxiclopropan.

C. xiclobutan.

D. xiclopentan.

Hướng dẫn giải:

- Khi đốt cháy xicloankan thì cho số mol nước bằng số mol CO₂; khi đốt cháy ankan cho số mol nước lớn hơn số mol CO₂.

- Ta thấy khi đốt cháy hỗn hợp trên cho số mol nước lớn hơn số mol CO₂ nên

$n_{C H_{4}} = n_{x i c l o a n k a n} = n_{H_{2} O} - n_{C O_{2}} = 5 - 4 = 1 (m o l)$

$C H_{4} + 2 O_{2} \overset{t^{o}}{\to} C O_{2} + 2 H_{2} O$

1 1 2 mol

$C_{n} H_{2 n} + \frac{3 n}{2} O_{2} \overset{t^{o}}{\to} n C O_{2} + n H_{2} O$

1 3 3 mol

$n = \frac{n_{C O_{2}}}{n_{h h}} = \frac{3}{1} = 3$

Vậy X là xiclopropan.

Đáp án A

Câu 6: Dẫn 1,68 lít hỗn hợp khí X gồm hai 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. Công thức phân tử của hai hiđrocacbon là (biết các thể tích khí đều đo ở đktc)

A. CH₄ và C₂H₄

B. CH₄ và C₃H₄

C. CH₄ và C₃H₆

D. C₂H₆ và C₃H₆

Hướng dẫn giải:

n_Brom = 0,025 mol; Sau phản ứng với Br₂, khí thoát ra là ankan.

$\bar{C} = \frac{V_{C O_{2}}}{V_{X}} = \frac{2, 8}{1, 68} \approx 1, 67$ $\Rightarrow$ ankan là CH₄

Gọi CTPT của hiđrocacbon còn lại là C_xH_y

Tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol

$C H_{4} \to_{t^{o}}^{+ O_{2}} C O_{2}$

1,12 1,12

$C_{x} H_{y} \to_{t^{o}}^{+ O_{2}} x C O_{2}$

0,56 1,68

$\Rightarrow x = \frac{1, 68}{0, 56} = 3; n_{C_{x} H_{y}} = \frac{0, 56}{22, 4} = 0, 025 m o l$

Hiđrocacbon còn lại là anken C₃H₆

Đáp án C

Câu 7: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp 2 hiđrocacbon mạch hở, liên tiếp trong dãy đồng đẳng thu được 22,4 lít CO₂ (đktc) và 25,2 gam H₂O. Công thức phân tử 2 hiđrocacbon là

A. CH₄, C₂H₆

B. C₂H₆, C₃H₈

C. C₃H₈, C₄H₁₀

D. C₄H₁₀, C₅H₁₂

Hướng dẫn giải:

$n_{C O_{2}} = 1 m o l; n_{H_{2} O} = 1, 4 m o l$

$n_{H_{2} O} > n_{C O_{2}}$ nên 2 hiđrocacbon đó là ankan

Gọi công thức chung của 2 chất đó là C_nH_2n+2 (n>1)

Ta có: $\frac{n_{C O_{2}}}{n_{H_{2} O}} = \frac{n}{n + 1} = \frac{1}{1, 4}$

$\to$ n = 2,5

$\to$ X và Y lần lượt là C₂H₆, C₃H₈

Đáp án B

Câu 8: Hỗn hợp X có tỉ khối so với H₂ là 21,2 gồm propan, propen và propin. Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X, tổng khối lượng của CO₂ và H₂O thu được là

A. 16,8 gam

B. 18,60 gam

C. 18,96 gam

D. 20,40 gam

Hướng dẫn giải:

X gồm C₃H₈, C₃H₆, C₃H₄ đều có 3 nguyên tử C; M_X = 21,2.2=42,4

m_X = 0,1. 42,4 = 4,24 g

$n_{C O_{2}} = 3. n_{X} = 3.0, 1 = 0, 3 m o l$

$\to$ n_C = 0,3 mol $\to$ m_C = 0,3.12=3,6g

$n_{H} = \frac{4, 24 - 3, 6}{1} = 0, 64 m o l$

$\Rightarrow m_{C O_{2}} + m_{H_{2} O} = 0, 3.44 + \frac{0, 64}{2} .18 = 18, 96 g$

Đáp án C

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

A. 37,5 g

B. 52,5 g

C. 50 g

D. 30,7 g

Hướng dẫn giải:

$n_{H_{2} O} = \frac{9, 45}{18} = 0, 525$ mol

$n_{A} = n_{H_{2} O} - n_{C O_{2}} \Rightarrow n_{C O_{2}} = n_{H_{2} O} - n_{A} = 0, 525 - 0, 15 = 0, 375$ mol

$n_{C a C O_{3}} = n_{C O_{2}} = 0, 375 m o l$

$\Rightarrow m_{C a C O_{3}} = 0, 375.100 = 37, 5 g$

Đáp án A

Câu 10: Hỗn hợp X gồm metan, axetilen và propen có tỉ khối so với H₂ là 13,1. Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol hỗn hợp X sau đó dẫn sản phẩm cháy vào bình chứa dung dịch Ca(OH)₂ dư thì thu được 38 gam kết tủa trắng và khối lượng bình tăng thêm m gam. Giá trị của m là:

A. 21,72 gam

B. 16,68 gam

C. 22,84 gam

D. 16,72 gam

Hướng dẫn giải:

Ta có: $\{\begin{cases} M_{X} = 13, 1.2 = 26, 2 \\ n_{X} = 0, 2 m o l \end{cases} \to m_{X} = \sum m (C, H) = 5, 24 g$

$\begin{array}{l} n_{↓} = 0, 38 m o l \overset{B T N T}{\to} n_{C} = 0, 38 \\ \to \{\begin{cases} n_{C}^{t r o n g X} = 0, 38 m o l \\ n_{H}^{t r o n g X} = 0, 68 m o l \end{cases} \overset{B T N T}{\to} \{\begin{cases} n_{C O_{2}} = 0, 38 m o l \\ n_{H_{2} O} = 0, 34 m o l \end{cases} \end{array}$