C4H10 → C3H6 + CH4 | Butan ra propen và metan

Phản ứng cracking butan tạo ra propen và metan hay C₄H₁₀ tạo ra C₃H₆ và CH₄ đã được cân bằng chính xác và chi tiết nhất. Bên cạnh đó là một số bài tập có liên quan về C₄H₁₀ có lời giải, mời các bạn đón xem:

C₄H₁₀ C₃H₆ + CH₄

1. Phương trình phản ứng butan ra propilen

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₃ $\overset{t^{°}, x t}{\to}$ CH₂ = CH – CH₃ + CH₄

2. Hiện tượng của phản ứng butan ra propilen

- Sản phẩm thu được làm mất màu dung dịch brom ở điều kiện thường.

3. Cách tiến hành phản ứng butan ra propilen

- Đem khí butan (C₄H₁₀) đun nóng ở nhiệt độ cao, có xúc tác Ni, Fe.

4. Mở rộng về tính chất hoá học của ankan

- Ở nhiệt độ thường, các ankan không tác dụng với dung dịch axit, dung dịch kiềm và các chất oxi hóa như dung dịch KMnO₄ (thuốc tím)...

- Khi chiếu sáng hoặc đun nóng, các ankan dễ dàng tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách hiđro và phản ứng cháy.

4.1. Phản ứng thế bởi halogen

- Clo có thể thay thế lần lượt từng nguyên tử H trong phân tử metan.

Phương trình hóa học:

CH₄ + Cl₂ $\overset{a s}{\to}$ CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ $\overset{a s}{\to}$ CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ $\overset{a s}{\to}$ CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ $\overset{a s}{\to}$ CCl₄ + HCl

C4H10 → C3H6 + CH4 | Butan ra propen và metan

- Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự metan.

Nhận xét:

- Nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc cao hơn dễ bị thế hơn nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc thấp hơn.

4.2. Phản ứng tách

- Dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp, các ankan có phân tử khối nhỏ bị tách hiđro thành hiđrocacbon không no tương ứng.

Thí dụ:

CH₃ – CH₃ $\overset{500 {}^{o}C, x t}{\to}$ CH₂ = CH₂ + H₂

- Ở nhiệt độ cao và chất xúc tác thích hợp, ngoài việc bị tách hiđro, các ankan còn có thể bị phân cắt mạch cacbon tạo thành các phân tử nhỏ hơn.

Thí dụ:

CH₃ – CH₂ – CH₃ $\overset{t^{o}, x t}{\to} [\begin{array}{l} C_{2} H_{6} + C H_{4} \\ C_{3} H_{6} + H_{2} \end{array}$

4.3. Phản ứng oxi hóa

- Khi bị đốt, các ankan đều cháy, tỏa nhiều nhiệt.

C_nH_{2n + 2} + $\frac{3 n + 1}{2}$ O₂ $\overset{t^{o}}{\to}$ nCO₂ + (n + 1)H₂O

5. Bài tập vận dụng liên quan

Câu 1: Thực hiện phản ứng đề hiđro hóa một hiđrocacbon M thuộc dãy đồng đẳng của metan thu được một hỗn hợp gồm H₂và 3 hiđrocacbon N, P, Q. Đốt cháy hoàn toàn 4,48 lít khí N hoặc P, hoặc Q đều thu được 17,92 lít CO₂ và 14,4 gam H₂O (thể tích các khí ở đktc). Công thức cấu tạo của M là

A. CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

B. CH₃-CH(CH₃)₂

C. CH₃-CH₂-CH(CH₃)₂

D. CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

$n_{N} = 0,2 m o l; n_{C O_{2}} = 0,8 m o l; n_{H_{2} O} = 0,8 m o l$

Ta thấy: $n_{H_{2} O} = n_{C O_{2}}$ => hiđrocacbon N là anken

C_nH_2n + O₂ → CO₂ + nH₂O

0,2 0,8

=> 0,2n = 0,8 => n = 4 => anken là C₄H₈

=> N, P, Q là các đồng phân của nhau và cùng CTPT là C₄H₈

Khi đốt cháy N hoặc P hoặc Q đều cho số mol CO₂và H₂O giống nhau

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ (1) CH₃-CH(CH₃)-CH₃ (2)

Trong 2 đồng phân trên chỉ có (1) tách hiđro cho 3 sản phẩm là đồng phân của nhau

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ → CH₃-CH=CH-CH₃ + H₂

(cis-trans)

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ → CH₂=CH-CH₂-CH₃ + H₂

Câu 2: 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. C₂H₆

B. C₃H₈

C. C₄H₁₀

D. C₅H₁₂

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Giả sử cracking 1 mol ankan X thu được 3 mol hỗn hợp Y.

M_Y =12.2= 24 → m_Y = 3. 24 = 72 gam

Bảo toàn khối lượng: m_X = m_Y = 72g

→ M_X = 72 → 14n + 2 = 72 → n = 5

X là C₅H₁₂.

Câu 3: Cracking 8,8 gam propan thu được hỗn hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₃H₆ và một phần propan chưa bị cracking. 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.

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

Gọi số mol của C₃H₈ phản ứng là a và số mol của C₃H₈ dư là b mol

$\{\begin{matrix} a + b = 0,2 \\ \frac{a}{0,2} .100 % = 90 % \end{matrix}$ → a = 0,18; b = 0,02.

Số mol A = 2a + b = 0,38

M_tb = 8,8 : 0,38 = 23,16

Câu 4: Crackinh n-butan thu được 35 mol hỗn hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₆, C₄H₈ và một phần butan chưa bị cracking. Giả sử chỉ có các phản ứng tạo ra các sản phẩm trên. Cho A qua bình nước brom dư thấy còn lại 20 mol khí. Nếu đốt cháy hoàn toàn A thì thu được x mol CO₂. Hiệu suất phản ứng tạo hỗn hợp A và giá trị của x là

A. 57,14%; 70

B. 75,00%; 80

C. 57,14%; 80

D. 75,00%; 70

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

Phương trình phản ứng:

C₄H₁₀ → CH₄ + C₃H₆ (1)

C₄H₁₀→ C₂H₆ + C₂H₄(2)

C₄H₁₀ → H₂ + C₄H₈(3)

Từ phương trình phản ứng, ta thấy:

$\sum n_{C H_{4}, C_{2} H_{6}, H_{2}} = \sum n_{C_{3} H_{6}, C_{2} H_{4}, C_{4} H_{8}}$

$\begin{array}{l} n_{C_{4} H_{10} p u} = n_{(C H_{4}, C_{2} H_{6}, H_{2})} = n_{(C_{3} H_{6}, C_{2} H_{4}, C_{4} H_{8})} = a (m o l); n_{C_{4} H_{10} p u} = b (m o l) \\ \Rightarrow n_{A} = 2 a + b = 35 (*) \end{array}$ Khi cho hỗn hợp A qua bình dựng brom dư thì chỉ có C₃H₆, C₂H₄, C₄H₈ phản ứng và bị giữ lại trong bình chứa brom. Khí thoát ra khỏi bình chứa brom là H₂, CH₄, C₂H₆, C₄H₁₀ dư nên suy ra:

$= > n_{H_{2}, C H_{4}, C_{2} H_{6}} + n_{C_{4} H_{10}} = a + b = 20 (* *)$

Từ (*) và (**) ta có: a = 15 và b = 5

$H = \frac{15}{15 + 5} .100 % = 75 %$

Đốt cháy A cũng như đốt cháy lượng C₄H₁₀ ban đầu sẽ thu được lượng CO₂ như nhau

Bảo toàn C: $n_{C O_{2}} = 4. n_{C_{4} H_{10}} = 4.20 = 80 m o l$

Câu 5: Khi tiến hành cracking 22,4 lít khí C₄H₁₀ (đktc) thu được hỗn hợp A gồm CH₄, C₂H₆, C₂H₄, C₃H₆, C₄H₈, H₂ và C₄H₁₀ dư. Đốt cháy hoàn toàn A thu được x gam CO₂ và y gam H₂O. Giá trị của x và y tương ứng là

A. 44 và 18.

B. 44 và 72.

C. 176 và 90.

D. 176 và 180

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Coi đốt cháy hoàn toàn A chính là đốt cháy C₄H₁₀ ban đầu

$C_{4} H_{10} + \frac{13}{2} O_{2} \to 4 C O_{2} + 5 H_{2} O$

1 4 5 mol

→ x = 4.44 = 176 và y = 5.18 = 90

Câu 6: Cho etan qua xúc tác (ở nhiệt độ cao) thu được một hỗn hợp X gồm etan, etilen, axetilen và H₂. Tỉ khối của hỗn hợp X đối với etan là 0,4. Nếu cho 0, 4 mol hỗn hợp X qua dung dịch Br₂ dư thì số mol Br₂ đã phản ứng là

A. 0,16 mol

B. 0, 24 mol

C. 0,32 mol

D. 0,40 mol

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

$\begin{array}{l} d_{\frac{X}{e \tan}} = 0,4 \Rightarrow M_{X} = 0,4.30 = 12 (g / m o l) \\ C_{2} H_{6} \to C_{2} H_{4} + H_{2}; C_{2} H_{6} \to C_{2} H_{2} + 2 H_{2} \end{array}$

Ta có: m_trước = m_{sau phản ứng}

$\begin{array}{l} \Rightarrow M_{C_{2} H_{6}} . n_{C_{2} H_{6}} = M_{X} . n_{X} \\ \Rightarrow n_{C_{2} H_{6}} = \frac{M_{X} . n_{X}}{M_{C_{2} H_{6}}} = \frac{12.0,4}{30} = 0,16 (m o l) \\ n_{H_{2}} = n_{X} - n_{C_{2} H_{6}} = 0,4 - 0,16 = 0,24 (m o l) \end{array}$

H₂ tách ra được thay bằng Br₂ → n_Brom = 0,24 (mol)

Câu 7: 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:

Đáp án A

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

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

Câu 8: Khi cracking hoàn toàn một ankan X thu được 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 14,5. Công thức phân tử của X là

A. C₃H₈

B. C₄H₁₀

C. C₅H₁₂

D. C₂H₆

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

M_Y= 14,5.2 = 29

$\begin{array}{l} m_{X} = m_{Y} \Rightarrow M_{X} . n_{X} = M_{Y} . n_{Y} \\ \Rightarrow \frac{M_{X}}{M_{Y}} = \frac{n_{Y}}{n_{X}} = 2 \Rightarrow M_{X} = 2. M_{Y} = 58 \\ \Rightarrow C_{4} H_{10} \end{array}$

Câu 9: Thực hiện phản ứng cracking 11,2 lít butan ( đkc) thu được hỗn hợp A gồm các ankan và anken. Trong hỗn hợp A chứa 4,35g chất X mà khi đốt cháy thu được 6,72 lít CO₂ và 6,75g H₂O . Hiệu suất phản ứng cracking là

A. 70%

B. 75%

C. 80%

D. 85%

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

n_butan = 0,5 (mol);

$n_{C O_{2}} = 0,3 (m o l); n_{H_{2} O} = 0,375 (m o l)$

Do số mol nước lớn hơn số mol CO₂ nên X là ankan

→ n_ankan = 0,075 (mol), ankan đó là C₄H₁₀

n_{butan phản ứng} = 0,5 - 0,075 = 0,425 (mol)

$H = \frac{0,425}{0,5} .100 % = 85 %$

Câu 10: Một hỗn hợp X gồm hai ankan A, B đồng đẳng kế tiếp. Cracking 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 Y đối với H₂ là 8,2. Vậy công thức phân tử và số mol của A, B lần lượt là:

A. C₃H₈ (0,2 mol); C₄H₁₀(0,3 mol).

B. C₂H₆ (0,3 mol); C₃H₈(0,2 mol).

C. C₂H₆(0,1 mol); C₃H₈ (0,4 mol).

D. C₂H₆ (0,4 mol); C₃H₈(0,1 mol).

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

n_X = 0,5 mol; n_Y = 1 mol; M_Y = 8,2.2=16,4

$\begin{array}{l} m_{X} = m_{Y} \Rightarrow M_{X} . n_{X} = M_{Y} . n_{Y} \\ \Rightarrow M_{X} = \frac{M_{Y} . n_{Y}}{n_{X}} = 32,8 \\ \Rightarrow 14 n + 2 = 32,8 \Rightarrow n = 2,2 \\ \Rightarrow C_{2} H_{6}; C_{3} H_{8} \end{array}$

Ta có:

$\begin{array}{l} n_{C_{2} H_{6}} + n_{C_{3} H_{8}} = 0,5 \\ \frac{n_{C_{2} H_{6}}}{n_{C_{3} H_{8}}} = \frac{44 - 32,8}{32,8 - 30} = \frac{4}{1} \\ \Rightarrow n_{C_{2} H_{6}} = 0,4 (m o l); n_{C_{3} H_{8}} = 0,1 (m o l) \end{array}$