Dạng 4: Phản ứng đề hidro hóa và cracking ankan - Chuyên đề Hóa 11
A. Phương pháp giải & Ví dụ minh họa
- Dưới tác dụng của nhiệt độ, chất xúc tác, ankan có thể phản ứng theo nhiều hướng, như:
+ Phản ứng crackinh: ANKAN −tº, xt→ ANKAN KHÁC + ANKEN (làm mất màu dd brom)
+ Phản ứng đề hydro hóa: ANKAN −tº, xt→ ANKEN + H2
Ví dụ:
C3H8 −tº, xt→ CH4 + C2H4 (CH2=CH2)
C3H8 −tº, xt→ C3H6 (CH2=CH–CH3) + H2
Đặc biệt, trong điều kiện thích hợp phản ứng còn có thể:
+ Tạo ra ankin:
Ví dụ: 2CH4 −1500º C, lln→ CH≡ CH + 3H2
+ Tạo ra cabon và hydro:
Ví dụ: CH4 −tº, xt→ C (rắn) + 2H2
- Phản ứng không làm thay đổi khối lượng hỗn hợp:
mtrước phản ứng = msau phản ứng ⇒ Mđ/Ms = ns/nđ
Hàm lượng C và H trước và sau phản ứng là như nhau ⇒ đốt cháy hỗn hợp sau phản ứng được qui về đốt cháy hỗn hợp trước phản ứng.
- Phản ứng luôn làm tăng số mol khí: nsau > ntrước ⇒ Psau > Pđầu
⇒ Mtb sau < Mtb đầu (vì mđầu = msau)
Ví dụ: C3H8 −tº, xt→ CH4 + C2H4 ⇒ nsau = 2. nđầu
- Số mol anken sinh ra: nanken = ns – nđ; Hiệu suất phản ứng: H = (ns- nđ)/nđ. 100%
Ví dụ minh họa
Bài 1: Crackinh butan thu được 35 mol hỗn hợp A gồm: CH4, C2H6, H2, C2H4, C3H6, C4H8 và C4H10 dư. Dẫn A lội qua bình nước brom dư thấy có 20 mol khí đi ra khỏi bình (biết rằng chỉ có C2H4, C3H6, C4H8 phản ứng với Br2 và đều theo tỉ lệ số mol 1: 1). Nếu đốt cháy hoàn toàn A thì thu được a mol CO2.
a. Tính hiệu suất phản ứng tạo hh A.
b. Tính giá trị của a.
Bài giải:
a. Phương trình phản ứng:
C4H10 −tº, xt→ CH4 + C3H6
C4H10 −tº, xt→ C2H6 + C2H4
C4H10 −tº, xt→ H2 + C4H8
Số mol anken thu được: nanken= 35 - 20 = 15mol
Số mol butan ban đầu là: nđ = nbutan = ns - nanken = 35 – 15 = 20 mol
Hiệu suất cracking butan là H = (ns- nđ)/nđ. 100% = (35-20)/20.100% = 75%
b. Đốt cháy hỗn hợp A là đốt chay butan:
C4H10 + 11/2O2 → 4CO2 + 5H2O
20 80 mol
Vậy số mol CO2 thu được khi đốt cháy hỗn hợp A là 80 mol.
Bài 2: Craking m gam n-butan thu được hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C4H8 và một phần butan chưa bị craking. Đốt cháy hoàn toàn A thu được 9 gam H2O và 17,6 gam CO2. Giá trị của m là?
Bài giải:
nbutan = nH2O – nCO2 = 9/18 - 17,6/44 = 0,1 mol; m = 0,1.58 = 5,8 gam
Bài 3: Crackinh propan thu được 67,2 lít (đktc) hỗn hợp X gồm: H2, C3H6, CH4, C2H4, C3H8. Dẫn toàn bộ X vào bình đựng dung dịch Br2 dư thì thấy có 160 gam brom phản ứng (biết rằng chỉ có C2H4, C3H6 phản ứng với Br2 và đều theo tỉ lệ số mol 1: 1). Vậy % propan đã phản ứng là?
Bài giải:
nX = 67,2/22,4 = 3 mol; nanken = nBr2 = 160/160 = 1 mol; npropan = 3-1 = 2 mol; H = (3-2)/2.100% = 50%
Bài 4: Đề hidro hóa hỗn hợp A gồm: C2H6, C3H8, C4H10. Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí B, dA/B =1,75. Hỏi % ankan bị đề hiadro hóa là?
Bài giải:
MA/MB = 1,75 ⇒ H = (MA- MB)/MB. 100% = (1,75-1)/1.100% = 75%.
Vậy % ankan bị đề hiadro hóa là: 75%.
Bài 5: Một hỗn hợp X gồm hai ankan A, B đồng đẳng kế tiếp. Crackinh 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 Yđối với H2 là 8,2. Vậy công thức phân tử và số mol của A, B lần lượt là?
Bài giải:
MY/MX = nX/nY = 1/2; MY = 8,2.2 = 16,4; MX = 16,4.2 = 32,8 = 14ntb + 2
⇒ ntb = 2,2
Công thức phân tử của A và B lần lượt là: C2H6; C3H8; nA/nB = 4/1 = 0,4/0,1
B. Bài tập trắc nghiệm
Bài 1: 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. C6H14. B. C3H8. C. C4H10. D. C5H12.
Đáp án: D
Nhận xét: Trong phản ứng cacking M(trước) = M(sau).
Vậy: M(X) = 3M(Y). d(Y/H2) = 12 ⇒ M(Y) = 24 ⇒ M(X) = 72.
Bài 2: Craking 8,8 gam propan thu được hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C3H6 và một phần propan chưa bị craking. 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.
Đáp án: B
Ta có: a = 0.18, b = 0.02 (a là số mol C3H8 phản ứng, b là số mol C3H8dư).
=> Số mol A = 2a + b = 0.38
Mtb = 8.8/0.38 = 23.16
Vậy khối lượng phân tử trung bình của A là 23.16
Bài 3: Craking 2,24 lít butan thu được hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C2H6 C3H6, C4H8, C4H10. Hỗn hợp khí A phản ứng vừa đủ với 100 ml dung dịch Br2 0,2 M. Hiệu suất phản ứng cracking butan là?
A. 80%. B. 75%. C. 25%. D. 20%.
Đáp án: D
nanken = nBr2 = 0,02 mol; nbutan = 2,24/22,4 = 0,1 mol; nA = 0,1 + 0,02 = 0,12 mol;
H = (0,12-0,1)/0,1=20%
Bài 4: Crackinh 8,8 gam propan thu được hh A gồm H2, CH4, C2H4, C3H6 và một phần propan chưa bị crackinh. Biết % propan 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.
Đáp án: B
npropan = 8,8/44 = 0,2 mol; H = (nA- npropan)/npropan. 100% ⇒ nA = 0,38 mol
⇒ MA = 8,8/0,38 =23,16 g/mol
Bài 5: Khi crackinh hoàn toàn V lit ankan X thu được 3V lit hh 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. C6H14 B. C3H8 C. C4H10 D. C5H12
Đáp án: D
VX/VY = nX/nY = 1/3; MY = 12.2 = 24; ta có nX/nY = MY/MX = 1/3
⇒ MX = 24.3 = 72 ⇒ Công thức phân tử của X là: C5H12
Bài 6: Khi crackinh hoàn toàn một thể tích hexan (X) thu được bốn 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 d. Giá trị của d là?
A. 10,25 B. 10,5. C. 10,75. D. 9,5.
Đáp án: C
VX/VY = nX/nY = 1/4; nX/nY = MY/MX = 1/4
⇒ MY = 86/4 = 21,5; dY/H2 = 21,5/2 = 10,75
Bài 7: Nung một lượng butan trong bình kín (cố xúc tác thích hợp) thu được hỗn hợp X gồm ankan và anken. Tỉ khối của X so với khí hiđro là 21,75. Thành phần phần trăm thể tích của butan trong X là?
A. 25,00 B. 66,67 C. 50,00 D. 33,33.
Đáp án: C
MX = 21,75.2 = 43,5. Chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol
C4H10 → CnH2n+2 + CmH2m
a mol a mol a mol
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
⇒ a = 1 – 0,75 = 0,25 mol ⇒ C4H10 còn dư: 0,75 – 0,25 = 0,5 mol
⇒ % thể tích C4H10 trong X là 50%
Bài 8: Craking 8,8 gam propan thu được hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C3H6 và một phần propan chưa bị craking. 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.
Đáp án: B
Ta có số mol chất sản phẩm n sp = nC3H8 dư + 2. nC3H8 phản ứng = 0,02 + 2.0,18 = 0,38
⇒ M = 8,8: 0,38 = 23,16