Dạng 1
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 CnH2n+2.
Phản ứng của CnH2n+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 CnH2n+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 CnH2n+2.
Phản ứng của CnH2n+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 :
Dạng 2
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 C3H8, 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 : mA = mpropan = 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 :
mA = mB \(\Leftrightarrow \) nAMA = nB \({{\overline{M}}_{B}}\)
\(\Leftrightarrow\) \) \(\frac{{{\text{n}}_{B}}}{{{\text{n}}_{A}}}=\frac{{{M}_{A}}}{{{\overline{M}}_{B}}}=\frac{58}{32,65}\Rightarrow {{n}_{B}}=1,7764\,\,mol\)
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.
Dạng 3
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 =
\(\frac{n{}_{C{{O}_{2}}}}{{{n}_{{{H}_{2}}O}}-{{n}_{C{{O}_{2}}}}}\)
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 CnH2n+2 (x mol); thay các chất C2H4, C3H6 bằng một chất CmH2m (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.
