Phương pháp giải một số dạng bài tập hidrocacbon no có đáp án và lời giải chi tiết

I. Phản ứng thế Cl₂, Br₂ (phản ứng clo hóa, brom hóa)

a. Phương pháp giải

- Bước 1 : Viết phương trình phản ứng của ankan với Cl₂ hoặc Br₂. Nếu đề bài không cho biết sản phẩm thế là monohalogen, đihalogen,… thì ta phải viết phản ứng ở dạng tổng quát :

\({{C}_{n}}{{H}_{2n+2}}\,\,\,\,\,+\,\,\,\,\,\,xB{{r}_{2}}\,\,\xrightarrow{\text{as,}\,\,{{\text{t}}^{o}}}\,\,\,{{C}_{n}}{{H}_{2n+2-x}}Br{}_{x}\,\,\,\,\,+\,\,\,\,\,xHBr\)

hoặc \({{C}_{n}}{{H}_{2n+2}}\,\,\,\,\,+\,\,\,\,\,\,xC{{l}_{2}}\,\,\xrightarrow{\text{as}}\,\,\,{{C}_{n}}{{H}_{2n+2-x}}Cl{}_{x}\,\,\,\,\,+\,\,\,\,\,xHCl\)

- Bước 2 : Tính khối lượng mol của sản phẩm thế hoặc khối lượng mol trung bình của hỗn hợp sản phẩm để tìm số nguyên tử cacbon trong ankan hoặc mối liên hệ giữa số cacbon và số nguyên tử clo, brom trong sản phẩm thế, từ đó xác định được số nguyên tử cacbon và số nguyên tử clo, brom trong sản phẩm thế. Suy ra công thức cấu tạo của ankan ban đầu và công thức cấu tạo của các sản phẩm thế.

b. Các ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Ankan Y phản ứng với clo tạo ra 2 dẫn xuất monoclo có tỉ khối hơi so với H₂ bằng 39,25. Tên của Y là :

A. butan.

B. propan.

C. iso-butan.

D. 2-metylbutan.

Hướng dẫn giải chi tiết:

 Đặt CTPT của ankan là C_nH_2n+2.

Phản ứng của C_nH_2n+2 với clo tạo ra dẫn xuất monoclo :

\({{C}_{n}}{{H}_{2n+2}}\,\,\,\,\,+\,\,\,\,\,\,C{{l}_{2}}\,\,\xrightarrow{\text{as}}\,\,\,{{C}_{n}}{{H}_{2n+1}}Cl\,\,\,\,\,+\,\,\,\,\,HCl\)(1)

Theo giả thiết ta thấy C_nH_2n+1Cl gồm hai đồng phân và

 \({{M}_{{{C}_{n}}{{H}_{2n+1}}Cl}}=39,25.2=78,5\,\,gam/mol\) nên ta có : 14n + 36,5 = 78,5

=> n = 3

=> CTPT của ankan là C₃H₈.

Ví dụ 2: Khi clo hóa một ankan X chỉ thu được một dẫn xuất monoclo duy nhất có tỉ khối hơi đối với hiđro là 53,25. Tên của ankan X là :

A. 3,3-đimetylhecxan.                                    

B. 2,2-đimetylpropan.                                    

C. isopentan.

D. 2,2,3-trimetylpentan

Hướng dẫn giải chi tiết:

Đặt CTPT của ankan là C_nH_2n+2.

Phản ứng của C_nH_2n+2 với clo tạo ra dẫn xuất monoclo :

\({{C}_{n}}{{H}_{2n+2}}\,\,\,\,\,+\,\,\,\,\,\,C{{l}_{2}}\,\,\xrightarrow{\text{as}}\,\,\,{{C}_{n}}{{H}_{2n+1}}Cl\,\,\,\,\,+\,\,\,\,\,HCl\)            (1)

Theo giả thiết  nên ta có:

14n + 36,5 = 106,5 => n = 5

=>CTPT của ankan là C₅H₁₂.

Vì phản ứng chỉ tạo ra một sản phẩm duy nhất nên ankan X là 2,2-đimetylpropan.

Phương trình phản ứng : 

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết:

II. Phản ứng tách (phản ứng crackinh, tách hidro)

Phương pháp giải

Khi làm các bài tập liên quan đến phản ứng crackinh, phản ứng tách hiđro thì cần chú ý những điều sau :

+ Trong phản ứng khối lượng được bảo toàn, từ đó suy ra :    

\({{n}_{Ankan}}.{{M}_{Ankan}}={{n}_{hỗn hợp sau phản ứng}}.{{\overline{M}}_{hỗn hợp sau phản ứng}}\)

      + Khi crackinh ankan C₃H_8­, C₄H₁₀ (có thể kèm theo phản ứng tách hiđro tạo ra anken) thì :

Số mol hỗn hợp sản phẩm luôn gấp 2 lần số mol ankan phản ứng.

      + Đối với phản ứng tách hiđro từ ankan thì :

Số mol H₂ tạo thành = Số mol khí tăng lên sau phản ứng = Số mol hỗn hợp sau phản ứng – số mol ankan ban đầu.

Một số ví dụ cụ thể

Ví dụ 1: Cracking 8,8 gam propan thu được hỗn hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₃H₆ và một phần propan chưa bị crakinh. 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 chi tiết:

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có : m_A = m_propan = 8,8 gam.   \({{n}_{{{C}_{3}}{{H}_{8\,\,ban\,\,\tilde{n}a\grave{a}u}}}}=\frac{8,8}{44}=0,2\,\,mol\Rightarrow {{n}_{{{C}_{3}}{{H}_{8\,\,pha\hat{u}n\,\,\ddot{o}\grave{u}ng}}}}=0,2.90%=0,18\,\,mol.\)

Vậy sau phản ứng tổng số mol khí trong A là 0,2 + 0,18 = 0,38 mol.

 \({{\overline{M}}_{A}}=\frac{{{m}_{A}}}{{{n}_{A}}}=\frac{8,8}{0,38}=23,16\,\,gam/mol.\)

Ví dụ 2: Crackinh C₄H₁₀ (A) thu được hỗn hợp sản phẩm B gồm 5 hiđrocacbon có khối lượng mol trung bình là 32,65 gam/mol. Hiệu suất phản ứng crackinh là :

A. 77,64%.

B. 38,82%.

C. 17,76%. 

D. 16,325%.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Chọn số mol của ankan là 1 mol.

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :

m_A = m_B  \(\Leftrightarrow \) n_AM_A =  n_BM_B

  \(\frac{{{\text{n}}_{B}}}{{{\text{n}}_{A}}}=\frac{{{M}_{A}}}{{{\overline{M}}_{B}}}=\frac{58}{32,65}\Rightarrow {{n}_{B}}=1,7764\,\,mol\)

Số mol C₄H₁₀ phản ứng = số mol khí tăng lên = 1,7764 – 1 = 0,7764 mol.

Vậy hiệu suất phản ứng : H = \(\frac{0,7764}{1}.100=77,64%.\)

Đáp án A.

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết:

III. Phản ứng oxi hóa ankan

Phương pháp giải

 Khi làm bài tập liên quan đến phản ứng đốt cháy ankan cần lưu ý những điều sau :

1. Đốt cháy một ankan hay hỗn hợp các ankan thì số mol ankan phản ứng bằng số mol H₂O – số mol CO₂; 

Số C trong ankan hay số C trung bình của hỗn hợp các ankan  $n_C=\frac{n_{C{O}_2}}{n_{H_{2}O }-n_{C{O}_2}}$

 số mol O₂ tham gia phản ứng đốt cháy = $\frac{2.n_{C{O}_2}+n_{H_{2}O}}{2}$

 khối lượng ankan phản ứng + khối lượng O₂ phản ứng = khối lượng CO₂ tạo thành + khối lượng H₂O tạo thành;

 khối lượng ankan phản ứng = khối lượng C + khối lượng H =$12.n_{C{O}_2}+2.n_{H_{2}O}$

Một số ví dụ cụ thể

Ví dụ 1:Khi đốt cháy hoàn toàn 7,84 lít hỗn hợp khí gồm CH₄, C₂H₆, C₃H₈ (đktc) thu được 16,8 lít khí CO₂ (đktc) và x gam H₂O. Giá trị của x là :

A. 6,3. 

B. 13,5.

C. 18,0.

D. 19,8.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Khi đốt cháy ankan ta có :

\({{n}_{Ankan}}={{n}_{{{H}_{2}}O}}-{{n}_{C{{O}_{2}}}}\Rightarrow {{n}_{{{H}_{2}}O}}={{n}_{Ankan}}+{{n}_{C{{O}_{2}}}}=\frac{7,84}{22,4}+\frac{16,8}{22,4}=1,1\,\,mol\)

Vậy

Đáp án D.

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 6,72 lít hỗn hợp A (đktc) gồm CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₂H₄ và C₃H₆, thu được 11,2 lít khí CO₂ (đktc) và 12,6 gam H₂O. Tổng thể tích của C₂H₄ và C₃H₆ (đktc) trong hỗn hợp A là :

A. 5,60.

B. 3,36.

C. 4,48.

D. 2,24.

Hướng dẫn giải

Trong hỗn hợp A, thay các chất CH₄, C₂H₆, C₃H₈ bằng một chất C_nH_2n+2 (x mol); thay các chất C₂H₄, C₃H₆ bằng một chất C_mH_2m (y mol). Suy ra x + y = 0,3 (*).

Các phương trình phản ứng :

Từ (1) và (2) ta thấy :

Vậy tổng thể tích của C₂H₄ và C₃H₆ (đktc) trong hỗn hợp A là : 0,1.22,4 = 2,24 lít.

Đáp án D.

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết: