Bài tập phản ứng oxi hóa ankan

Bước 1: Tính số mol của ankan

- n_CO2 = 0,55 mol ;  n_H2O = 0,7 mol

- n_ankan = n_H2O – n_CO2 = 0,7 – 0,55 = 0,15 mol

Bước 2: Xác định CTPT của 2 ankan

- Số C trung bình = n_CO2 / n_ankan = 0,55 / 0,15 = 3,66

- Vì 2 ankan liên tiếp => 2 ankan là C₃H₈ và C₄H₁₀

Gọi công thức phân tử trong bình là ${{C}_{{\bar{n}}}}{{H}_{2\bar{n}+2}}$

$=>14\bar{n}+2=52,4\,\,=>\,\bar{n}=3,6$ => loại B vì 2 chất có số C > 3,6 và loại C vì 2 chất đều có số C < 3,6

Giả sử A đúng => n_C2H6 = 1 mol ;  n_C4H10 = 4 mol $=>\,\,\bar{C}=\frac{2.1+4.4}{1+4}=3,6$ (thỏa mãn)

Giả sử D đúng => n_C4H10 = 1 mol ;  n_C3H8 = 4 mol $=>\,\,\bar{C}=\frac{4.1+3.4}{1+4}=3,2$ (loại)

Khí thoát ra khỏi bình là O₂ dư

=> n_{O2 dư} = $\frac{PV}{\text{R}T}=\frac{0,4.11,2}{0,082.273}$ = 0,2 mol

=> n_{O2 phản ứng} = n_{O2 ban đầu} – n_{O2 dư} = 2 – 0,2 = 1,8 mol

n_CO2 = n_CacO3 = 1 mol

Bảo toàn nguyên tố O: 2.n_O2 = 2.n_CO2 + n_H2O => n_H2O = 2.1,8 – 2.1 = 1,6 mol

=> n_ankan = n_H2O – n_CO2 = 1,6 – 1 = 0,6 mol

=> số C trung bình = $\frac{{{n}_{C{{O}_{2}}}}}{{{n}_{ankan}}}=\frac{1}{0,6}=1,67$ => 2 ankan đó là CH₄ và C₂H₆

Bước 1: Xác định dãy đồng đẳng của hiđrocacbon

n_CO2 = 0,2 mol ; n_H2O = 0,3 mol

=> n_H2O > n_CO2 => 2 hiđrocacbon là ankan

Bước 2: Xác định CTPT của 2 hiđrocacbon

n_ankan = n_H2O – n_CO2 = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol

$=>\,\,\bar{C}=\frac{{{n}_{C{{O}_{2}}}}}{{{n}_{ankan}}}=\frac{0,2}{0,1}=2$

=> Có 1 ankan có số C < 2 và 1 ankan có số C > 2

=> 2 ankan thỏa mãn là CH₄ và C₃H₈

Theo giả thiết, ta có : ${{V}_{{{H}_{2}}O}}=1,6$ lít ;${{V}_{C{{O}_{2}}}}=1,3$ lít ; ${{V}_{{{O}_{2}}}}$(dư) = 0,5 lít.

Sơ đồ phản ứng :

(C_xH_y  + CO₂)   +  O₂       →  CO₂   +   H₂O   +   O_{2 dư}  

   a            b           2,5            1,3         1,6           0,5       

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với các nguyên tố C, H, O ta có :

$\left\{ \begin{gathered}  a.x + b.1 = 1,3 \hfill \\  a.y = 1,6.2 \hfill \\  b.2 + 2,5.2 = 1,3.2 + 1,6.1 + 0,5.2 \hfill \\  a + b = 0,5 \hfill \\ \end{gathered}  \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{gathered}  x = 3 \hfill \\  y = 8 \hfill \\  a = 0,4 \hfill \\  b = 0,1 \hfill \\ \end{gathered}  \right.$  → Công thức của hiđrocacbon là C₃H₈.

Đặt số mol của metan, propan và cacbon (II) oxit lần lượt là x, y, z

Sơ đồ phản ứng :

CH₄ → CO₂ (1); C₃H₈ → 3CO₂ (2); CO → CO₂ (3)

  x          x               y           3y             z           z

Từ (1), (2), (3) và giả thiết ta có hệ :

$\left\{ \begin{gathered}  x + y + z = 13,7 \hfill \\  x + 3y + z = 25,7 \hfill \\ \end{gathered}  \right. \Rightarrow \left\{ \begin{gathered}  x + z = 7,7 \hfill \\  y = 6 \hfill \\ \end{gathered}  \right. \Rightarrow \% {V_{{C_3}{H_8}}} = \frac{6}{{13,7}}.100 = 43,8\% $

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp A là :

${{\overline{M}}_{A}}=\frac{16x+44y+28z}{x+y+z}>\frac{16(x+z)+44y}{x+y+z}=\frac{16.7,7+44.6}{13,7}=28,3\,\,gam/mol$

Mặt khác ${{M}_{{{N}_{2}}}}=28\,\,gam/mol$ nên suy ra khối lượng phân tử trung bình của A lớn hơn so với N₂ hay $\frac{\overline{M}{}_{A}}{{{M}_{{{N}_{2}}}}}>1$

Để đơn giản cho việc tính toán ta chọn số mol của A là 1 mol và của O₂ là 4 mol (Vì ankan chiếm 20% và O₂ chiếm 80% về thể tích).

Phương trình phản ứng :

${{C}_{n}}{{H}_{2n+2}}+(\frac{3n+1}{2}){{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}nC{{O}_{2}}+(n+1){{H}_{2}}O$            (1)

bđ:          1                    4   

pư:          1                 $(\frac{3n+1}{2})$                    n               (n+1)

spư:         0                 4 - $(\frac{3n+1}{2})$              n               (n+1)

Vì sau phản ứng hơi nước đã ngưng tụ nên chỉ có O₂ dư và CO₂ gây áp suất nên bình chứa.

Tổng số mol khí trước phản ứng : n₁ = 1 + 4 = 5 mol

Tổng số mol khí sau phản ứng : n₂ = 4 - $(\frac{3n+1}{2})$ + n =  (3,5 – 0,5n) mol

Do nhiệt độ trước và sau phản ứng không đổi nên : $\frac{{{n}_{1}}}{{{n}_{2}}}=\frac{{{p}_{1}}}{{{p}_{2}}}\Rightarrow \frac{5}{3,5-0,5n}=\frac{{{p}_{1}}}{0,5{{p}_{1}}}=2\Rightarrow n=2$

Vậy A là C₂H₆.

Để đơn giản cho việc tính toán ta chọn số mol của X (C_x­H_y) là 1 mol thì từ giả thiết và phương trình phản ứng ta thấy số mol O₂ đem phản ứng là $(x+\frac{y}{4})$.

Phương trình phản ứng :

$\,\,\,\,\,\,\,\,{{C}_{x}}{{H}_{y}}\,+\,(x+\frac{y}{4}){{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}\,xC{{O}_{2}}+\frac{y}{2}{{H}_{2}}O$                        (1)

bđ:       1             $(x+\frac{y}{4})$                                               mol

pư:       1              $(x+\frac{y}{4})$             x             $\frac{y}{2}$              mol

spư:     0                  0                        x            $\frac{y}{2}$             mol

Ở 218,4^oC nước ở thể hơi và gây áp suất lên bình chứa.

Tổng số mol khí trước phản ứng : n₁ = [1 + $(x+\frac{y}{4})$] mol

Tổng số mol khí sau phản ứng : n₂ = (x +  $\frac{y}{2}$) mol

Do nhiệt độ trước và sau phản ứng thay đổi đổi nên :

$\frac{{{n_1}}}{{{n_2}}} = \frac{{{p_1}{T_2}}}{{{p_2}{T_1}}} = \frac{{{p_1}(218,4 + 273)}}{{2{p_1}.273}} = 0,9 \Rightarrow \frac{{1 + x + \frac{y}{4}}}{{x + \frac{y}{2}}} = 0,9 \Rightarrow 0,2y- 0,1x = 1 \Rightarrow \left\{ \begin{gathered}  x = 2 \hfill \\  y = 6 \hfill \\ \end{gathered}  \right.$.

Vậy A là C₂H₆

Dẫn CO₂ vào dung dịch Ca(OH)₂ dư: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

⟹ n_CO2 = n_CaCO3 = 0,75 mol

Đặt CTPT của ankan là C_nH_2n+2

Ta có: C_nH_2n+2 → nCO₂

           0,75/n ←    0,75   (mol)

Ta có: \({m_{ank{\rm{a}}n}} = {n_{ank{\rm{a}}n}}.{M_{ank{\rm{a}}n}} \to \frac{{0,75}}{n}.\left( {14n + 2} \right) = 11 \to n = 3\)

Vậy CTPT của ankan là C₃H₈.

1. Đặt công thức của A là: \({C_x}{H_y}\) (trong đó x và y chỉ nhận giá trị nguyên, dương) và thể tích của A đem đốt là a (lít), (a>o). Phản ứng đốt cháy A.

C_xH_y + (x+y/4)O₂ → xCO₂ + y/2 H₂O (1)

  a         a(x+y/4)          ax         ay/2           (lít)

=> \(a + 2a(x + \frac{y}{4}) = ax + a\frac{y}{2} + a(x + \frac{y}{4}) \Leftrightarrow y = 4\) (I)

Sau khi ngưng tụ hơi nước thì thể tích giảm 40% do vậy:

\({V_{{H_2}O}} = \frac{{40}}{{100}}[a + 2a(x + \frac{y}{4})]\)

Mặt khác theo (1) thì \({V_{{H_2}O}} = a\frac{y}{2}\). Nên ta có phương trình: \(a\frac{y}{2} = \frac{{40}}{{100}}[a + 2a(x + \frac{y}{4})]\)(II)

Thay (I) vào (II) ta có => x = 1 => Công thức phân tử của A là CH₄                                   

2. \({n_{C{H_4}}} = \frac{{8,96}}{{22,4}} = 0,4(mol);{n_{Ca{{(OH)}_2}}} = \frac{{22,2}}{{74}} = 0,3(mol)\)

n_CO2 = n_CH4 = 0,4 mol (mol). Xét tỷ lệ \(\frac{{{n_{C{O_2}}}}}{{{n_{Ca{{(OH)}_2}}}}}\) ta thấy \(1 \le \frac{{0,4}}{{0,3}} \le 2\). 

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (2)

0,4                  0,4        0,8                     (mol)

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O (3)

     0,3         0,3        0,3                         (mol)

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ (4)

   0,1        0,1                      0,1              (mol)

Theo (3) n_CaCO3 = n_CO2 = n_Ca(OH)2 = 0,3 mol

Số mol CO₂ tham gia phản ứng ở (4) là: (0,4 - 0,3) = 0,1 (mol). Theo (4) => n_CaCO3 = n_CO2 = 0,1 mol.

Vậy số mol CaCO₃ không bị hòa tan sau phản ứng (4) là:

n_CaCO3 = 0,3 - 0,1 = 0,2 mol.

Ta có: Δm _dd = m_CO2 + m_H2O - m_CaCO3 = 0,4.44 + 0,8.18 - 0,2.100 = 12 gam > 0

=> m = 12 gam.

n_O2 = 25,76/22,4 = 1,15 mol

Đặt n_CO2 = x và n_H2O = y (mol)

+ BTKL: m_CO2 + m_H2O = m_X + m_O2

=> 44x + 18y = 10,2 + 1,15.32 (1)

+ BTNT "O": 2n_CO2 + n_H2O = 2n_O2

=> 2x + y = 2.1,15 (2)

Giải hệ thu được x = 0,7 và y = 0,9

Hấp thụ sản phẩm cháy vào nước vôi trong dư thì :

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ ↓ + H₂O

Ta thấy: n_CaCO3 = n_CO2 = 0,7 mol

Suy ra m = m_CaCO3 = 0,7.100 = 70 gam

TQ của ankan: C_nH_2n+2 (n ≥ 1)

PTHH đốt cháy: C_nH_2n+2 + O₂ → nCO₂ + (n + 1)H₂O

n_H2O : n_CO2 = (n + 1) : n = 1 + 1/n

Với n ≥ 1 => 0 < 1/n ≤ 1 => 1 < 1 + 1/n ≤ 2

Như vậy khi đốt cháy ankan từ ankan nhỏ nhất (n = 1) thì tỉ lệ mol H₂O và CO₂ giảm từ 2 đến 1.

Khi đốt cháy ankan ta luôn thu được số mol H₂O lớn hơn số mol CO₂. Do đó, hỗn hợp đó thuộc dãy đồng đẳng của ankan có công thức chung là: C_nH_2n+2 (n ≥ 1, n nguyên)