Đề bài
Một bình kín dung tích 5,6 lít có chứa hỗn hợp hơi của hai ancol đơn chức và 3,2 g O2. Nhiệt độ trong bình là 109,2°C, áp suất trong bình là 0,728 atm.
Bật tia lửa điện để đốt cháy hoàn toàn hai ancol, sau phản ứng nhiệt độ trong bình là 136,5°C và áp suất là p atm.
Dẫn các chất trong bình sau phản ứng qua bình (1) đựng H2SO4 đặc (dư), sau đó qua bình (2) đựng dung dịch NaOH (dư), thấy khối lượng bình (1) tăng 1,26 g, khối lượng bình (2) tăng 2,2 g.
1. Tính p, biết rằng thể tích bình không đổi.
2. Xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo, phần trăm khối lượng và gọi tên từng chất trong hỗn hợp ancol biết rằng số mol của ancol có phân tử khối nhỏ hơn gấp 2 lần số mol của ancol có phân tử khối lớn hơn.
Phương pháp giải - Xem chi tiết
1. +) Đổi thể tích hỗn hợp khí trong bình trước phản ứng về đktc dựa vào công thức: \({V_o} = \dfrac{{{p_1}{V_1}}}{{{T_1}}}.\dfrac{{{T_o}}}{{{p_o}}}\)
+) Tính số mol các chất trước phản ứng.
+) Viết PTHH:
\(\begin{array}{l}
{C_x}{H_y}O + (x + \dfrac{y}{4} - \dfrac{1}{2}){O_2} \to xC{O_2} + \dfrac{y}{2}{H_2}O\\
{C_{x'}}{H_{y'}}O + (x' + \dfrac{{y'}}{4} - \dfrac{1}{2}){O_2} \to x'C{O_2} + \dfrac{{y'}}{2}{H_2}O\\
{H_2}S{O_4} + n{H_2}O \to {H_2}S{O_4}.n{H_2}O\\
2NaOH + C{O_2} \to N{a_2}C{O_3} + {H_2}O
\end{array}\)
+) Dựa theo PTHH, tính toán, tính số mol các chất sau phản ứng.
+) Dựa vào công thức : \(\dfrac{{pV}}{T} = \dfrac{{{P_o}V{'_o}}}{{{T_o}}} \Rightarrow p = \dfrac{{{P_o}V{'_o}}}{{{T_o}}}.\dfrac{T}{V}\)=> p
2. +) Giả sử CxHyO có PTK nhỏ hơn Cx'Hy'O ; như vậy số mol CxHyO sẽ là 0,02 và số mol Cx'Hy'O là 0,01.
+) Biện luận x, y, và x', y' theo dữ kiện đề bài => trả lời yêu cầu bài toán.
Lời giải chi tiết
1. Đổi thể tích hỗn hợp khí trong bình trước phản ứng về đktc :
\({V_o} = \dfrac{{{p_1}{V_1}}}{{{T_1}}}.\dfrac{{{T_o}}}{{{p_o}}} = \dfrac{{0,728.5,6}}{{273 + 109,2}}.\dfrac{{273}}{1}\) = 2,912 (lít)
Số mol các chất trong bình trước phản ứng là : \(\dfrac{{2,912}}{{22,4}}\) = 0,13 (mol).
Số mol O2 = \(\dfrac{{3,2}}{{32}}\) = 0,1 (mol) \( \Rightarrow \) Số mol 2 ancol = 0,13 - 0,1 = 0,03 (mol).
Khi 2 ancol cháy :
\(\begin{array}{l}
{C_x}{H_y}O + (x + \dfrac{y}{4} - \dfrac{1}{2}){O_2} \to xC{O_2} + \dfrac{y}{2}{H_2}O\\
{C_{x'}}{H_{y'}}O + (x' + \dfrac{{y'}}{4} - \dfrac{1}{2}){O_2} \to x'C{O_2} + \dfrac{{y'}}{2}{H_2}O\\
{H_2}S{O_4} + n{H_2}O \to {H_2}S{O_4}.n{H_2}O\\
2NaOH + C{O_2} \to N{a_2}C{O_3} + {H_2}O
\end{array}\)
Số mol H2O là : \(\dfrac{{1,26}}{{18}}\) = 0,07 (mol) ;
Số mol \(C{O_2}\) là : \(\dfrac{{2,2}}{{44}}\) = 0,05 (mol).
Theo định luật bảo toàn khối lượng :
\({m_{{O_2}du}} = {m_{{O_2}ban{\rm{d}}au}} + {m_{Ot{\rm{r}}ong{\rm{a}}ncol}} - {m_{Ot{\rm{r}}ong{H_2}O}} - {m_{Ot{\rm{r}}ongC{O_2}}}\)
= 3,2 + 0,03.16 - 0,07.16 - 0,05.32 = 0,96 (g).
Số mol O2 còn dư : \(\dfrac{{0,96}}{{32}}\) = 0,03 (mol).
Tổng số mol các chất trong bình sau phản ứng :
0,07 + 0,05 + 0,03 = 0,15 (mol).
Thể tích của 0,15 mol khí ở đktc là : V0 = 0,15.22,4 = 3,36 (lít).
Thực tế, sau phản ứng V = 5,6 lít.
\(\dfrac{{pV}}{T} = \dfrac{{{P_o}V{'_o}}}{{{T_o}}} \Rightarrow p = \dfrac{{{P_o}V{'_o}}}{{{T_o}}}.\dfrac{T}{V} = \dfrac{{1.3,36}}{{273}}.\dfrac{{(273 + 136,5)}}{{5,6}} = 0,9(atm)\)
2. Giả sử CxHyO có PTK nhỏ hơn Cx'Hy'O ; như vậy số mol CxHyO sẽ là 0,02 và số mol Cx'Hy'O là 0,01.
Số mol CO2 sẽ là 0,02x + 0,01x' = 0,05 (mol) hay 2x + x' = 5.
x và x' là số nguyên : x = 1 ; x' = 3
hoặc x = 2 ; x' = 1
Cặp x = 2 ; x' = 1 loại vì trái với điều kiện : CxHyO có PTK nhỏ hơn Cx'Hy'O
Vậy, một ancol là \(C{H_4}O\) và chất còn lại \({C_3}{H_{y'}}O\).
Số mol H2O là 0,02.2 + 0,01.\(\dfrac{{y'}}{2}\) = 0,07 (mol).
\( \Rightarrow \) y' = 6 \( \Rightarrow \) Ancol còn lại là C3H60.
% về khối lượng của \(C{H_4}O\) hay CH3 - OH (ancol metylic) :
\(\dfrac{{0,02.32}}{{0,02.32 + 0,01.58}}\).100% = 52,46%.
% về khối lượng của C3H6O hay CH2 = CH - CH2 - OH (ancol anlylic) : 100,00% - 52,46% = 47,54%.
