Bài tập phản ứng crackinh ankan

Trong hỗn hợp sản phẩm thu được anken nhiều C nhất là C₃H₆ và ankan ít C nhất là CH₄

=> hiđrocacbon X có 4C và đó là pentan C₄H₁₀ : Butan

\(BTKL:\,\,{m_X} = {m_Y}\)

\({V_Y} = 3{V_X} =  > {n_Y} = 3{n_X}\)

\( <  =  > \frac{{{m_Y}}}{{{M_Y}}} = 3.\frac{{{m_X}}}{{{M_X}}} <  =  > {M_X} = 3{M_Y}\)

Mặt khác M_Y = 24 => M_X = 72 = 14n + 2 <=> n=5

X là C₅H₁₂

Nhận thấy cracking ankan X luôn cho số mol ankan = số mol anken

C_nH_2n+2 \( \to\) C_aH_2a+2 + C_bH_2b (với a + b = n)

Gọi số mol của ankan là 1 mol \( \to\) số mol của anken là 1 mol \( \to\) số mol của X là 1 mol

Áp dụng bảo toàn khối lượng \( \to\) ${M_{{C_n}{H_{2n + 2}}}} = \dfrac{{29.2}}{1} = 58 \to X:{C_4}{H_{10}}$

C₄H₁₀ → C_aH_2a+2 + C_bH_2b (a+b=4)

Giả sử nung 1 mol butan

BTKL: m_{C4H10 bđ} = m_X → n_X = 58: (23,2. 2)= 1,25 mol

n_{C4H10 p/u} = n_X – n_{C4H10 bđ} = 1,25 – 1 = 0,25 mol

n_{C4H10 dư} =  0,75 mol

%C₄H₁₀ = (0,75 : 1,25). 100 = 60%

Gọi d là tỉ khối của M so với N

Khi tách hiđro có a mol etan phản ứng và b mol propan phản ứng (a < a+b < 1)

Sau phản ứng: n_N = n_{C2H6 dư} + n_{C3H8 dư} + n_C2H4 + n_C3H6 + n_H2 = 1+ a + b (mol)

BTKL: m_M = m_N →

\(\dfrac{{{M_M}}}{{{M_N}}} = \dfrac{{{n_N}}}{{{n_M}}} = \dfrac{{1 + a + b}}{1} \to 1 < d < 2\)

C₄H₁₀ → C_aH_2a+2 + C_bH_2b (a+b=4)

Giả sử nung 1 mol butan

BTKL: m_{C4H10 bđ} = m_X → n_X = 58: (17,4. 2)= 5/3 mol

n_{C4H10 p/u} = n_X – n_{C4H10 bđ} = 5/3 – 1 = 2/3 mol

\(H\%  = \dfrac{{2/3}}{1}.100\%  = 66,67\% \)

C₄H₁₀ → C_aH_2a+2 + C_bH_2b (a+b=4)

Giả sử nung 1 mol butan

BTKL: m_{C4H10 bđ} = m_X → n_X = 58: (16,325. 2)= 1,7764 mol

n_{C4H10 p/u} = n_X – n_{C4H10 bđ} = 1,7764 – 1 = 0,7764 mol

\(H\%  = \dfrac{{0,7764}}{1}.100\%  = 77,64\% \)

BTNT C: n_CaCO3 = n_CO2 = n_C(C4H10) = 0,1. 4 = 0,4 mol

BTNT H: 2 n_H2O = 10 n_C4H10 => n n_H2O = (10. 0,1) : 2 = 0,5mol

m_CaCO3 = 0,4. 100 = 40 gam

Ta thấy: m_CaCO3 – ( m_CO2 + m_H2O) = 13,4

Vậy khối lượng dung dịch giảm 13,4 gam

n_CaCO3 = 0,3 mol

BTNT C: n_C(C3H8) = n_C(CaCO3) <=>  3n_C3H8 = n_CaCO3 => n_C3H8 = 0, 1mol

m_C3H8 = 4,4 gam

n_C5H12 = 0,5mol

n_CO2 = 0,5mol; n_H2O = 0,6 mol > n_CO2 => X là ankan

n_X = n_H2O – n_CO2 = 0,1 mol

Số C trong X = 0,5: 0,1 = 5

Số H trong X= (2. 0,6) : 0,1 = 12 => X là isopentan dư

\(H\%  = \dfrac{{0,5 - 0,1}}{{0,5}}.100\%  = 80\% \)

Hỗn hợp X gồm CH₄ và CH₂=CH-CH₃

hh X + 0,07 mol Br₂ thì dd Br₂ mất màu hoàn toàn => n_{CH2=CH-CH3 p/u} = 0,07 mol

Có 0,13 mol hh CH₄ và CH₂=CH –CH₃ dư thoát ra có d/_CO2= 0,5

BTKL : m= m _{CH2=CH-CH3 p/u} + m_{hh khí thoát ra} = 0,07. 42 + 0,5. 44. 0,13 = 5,8 gam

n_Br2 = 0,16 mol  => n_anken = 0,16 mol => n_X = 0,16 : 40% = 0,4 mol => n_ankan = 0,24 mol

Khi cracking, số mol ankan mới tạo ra bằng số mol ankan ban đầu => n_{C4H10 bđ} = 0,24 mol

Khi đốt cháy C₄H₁₀ ban đầu :

BTNT C => n_CO2 = 0,24. 4 = 0,96 mol

BTNT H => n_H2O = 1,2 mol

Gọi công thức anken tạo ra là

Đốt anken sẽ thu được 0,4mol CO₂ và 0,4 mol H₂O

Vậy đốt hỗn hợp khí bay ra (hh các ankan) sẽ thu được :

n_CO2 = 0,96 – 0,4 = 0,56 mol ; n_H2O = 0,12 – 0,4 = 0,8 mol

C₄H₁₀ → C_aH_2a+2 + C_bH_2b (a+b=4)

Giả sử nung 1 mol butan

BTKL: m_{C4H10 bđ} = m_X → n_X = 58: (17,4. 2)= 5/3 mol

n_{C4H10 p/u} = n_X – n_{C4H10 bđ} = 5/3 – 1 = 2/3 mol

n_{C4H10 dư} =  1- 2/3 = 1/3 mol

%C₄H₁₀ = (1/3 : 5/3). 100 = 20%

Cứ 1 mol C₄H₁₀ cracking thì cho 2 mol khí => số mol khí tăng lên chính là lượng C₄H₁₀ đã phản ứng = 896 – 560 = 336 lít => thể tích C₄H₁₀ dư là 560 – 336 = 224 lít

3X + Y → hỗn hợp Y

Dẫn Y qua xt Ni, đun nóng thu được hh Z gồm 4 hiđrocacbon có V giảm 20% so với Y

Z không có khả năng làm mất màu Br2 nên Z chứa ankan và H₂ dư

Giả sử có 3 mol X và 1 mol H₂

Vì hỗn hợp Z gồm 4 hiđrocacbon và có thể tích giảm 25% so với ban đầu nên n_{H2 p/u} = 4. 25% = 1 mol

=> n _Anken = 1 mol => Trong Y có n _ankan = n _{C4H10 dư}  + n _CH4 + n _{CH3 – CH3} = n _{C4H10 bđ} = 2 mol

H% = 1:2 = 50%

Hh X qua Br₂ dư → m bình tăng = 8,4 gam

Khí thoát ra ngoài dd Brom là ankan C_nH_2n+2

=> n_Y = 0,2 mol ; m_hhY = 0,2. 58 – 8,4 = 3,2 gam

=> M = 16 => n = 1 =>

\({n_{{O_2}}} = {n_C} + \dfrac{{{n_H}}}{4} = 0,2.(1 + \dfrac{4}{4}) = 0,4 =  > {V_{{O_2}}} = 22,4.\,\,0,4 = 8,96\,lit\)

BTNT C: n_C = 0,4 => n_C4H10 = 0,1 mol

Khi cho T qua dd brom thì hiđrocacbon không no phản ứng với brom

n _C4H10 = n _anken + n _C4H6 = 0,1 (1)

n _Br2 = n _anken + 2n _C4H6 = 0,12 (2)

Từ (1)(2) => n _anken = 0,08 và n _C4H6 = 0,02

\(\% {n_{{C_4}{H_6}}} = \dfrac{{0,02}}{{0,08.2 + 0,02.2 + 0,02}}.100\%  = \dfrac{1}{{11}}\%  \approx 9,091\% \)

Ta thấy cứ  1 mol khí C₄H₁₀ cracking thì cho 2 mol khí.

→ Số mol khí tăng lên hay là thể tích khí tăng lên chính là lượng C₄H₁₀ đã phản ứng: 896 - 560 = 336 (lít)

→ Thể tích khí C₄H₁₀ dư là 560 - 336 = 224 (lít)

Đốt cháy hỗn hợp A tương đương như đốt C₄H₁₀ (vì số mol mỗi nguyên tố giống nhau).

BTNT "C": n_CO2 = 4n_C4H10 = 4 mol

BTNT "H": n_H2O = 5n_C4H10 = 5 mol