50 bài tập về Bảo toàn mol pi trong giải toán hiđrocacbon (có đáp án 2024) và cách giải

Bảo toàn mol pi trong giải toán hiđrocacbon và cách giải – Hóa học lớp 11

A. Lý thuyết và phương pháp giải

1. Cách xác định số liên kết

Độ bất bão hòa k = $\mathrm{\pi }$ + số vòng

- Đối với các hợp chất C_xH_y và C_xH_yO_z có: $k=\frac{2x-y+2}{2}$

Một số trường hợp hay gặp:

k = 0: hiđrocacbon chỉ có liên kết đơn, mạch hở

k = 1: hiđrocacbon chỉ có 1 liên kết đôi hoặc 1 vòng no

k = 2: hiđrocacbon có 2 liên kết đôi hoặc 1 liên kết ba hoặc 1 vòng no có một liên kết đôi

k = 4: hiđrocacbon có nhân thơm trong phân tử …

2. Bản chất của bảo toàn liên kết $\mathrm{\pi }$

- Khi ankan bị mất H₂ sẽ tạo thành các hợp chất không no và cứ mất đi một phân tử H₂ thì hợp chất mới sẽ có liên kết $\mathrm{\pi }$ là 1 (k = 1)

- Ví dụ:

+ Ankan mất 1 phân tử H₂ biến thành anken có k = 1

3. Bảo toàn mol $\mathrm{\pi }$ trong giải toán hiđrocacbon

- Hiđrocacbon không no khi tác dụng với H₂ hay halogen thì

$C_n{H}_{2n+2-2k}+k{H}_2\stackrel{Ni,t^o}{\to }{C}_n{H}_{2n+2}$ (số liên kết $\mathrm{\pi }$ = k)

$C_n{H}_{2n+2-2k}+kB{r}_2\stackrel{xt,t^o}{\to }{C}_n{H}_{2n+2-2k}B{r}_{2k}$

- Ta thấy số mol liên kết $\mathrm{\pi }$ bằng số mol H₂ hay Br₂ phản ứng.

- Chú ý:

+ Khi giải một số bài toán, có thể hiểu vai trò của H₂ và Br₂ trong phản ứng cộng là như nhau và $n_{B{r}_2}+n_{H_2}=n_X.k$ (X là các hiđrocacbon không no)

+ Trong bình kín khối lượng hỗn hợp không đổi nhưng số mol hỗn hợp giảm chính là do H_{2 phản ứng}.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1:

A. 25%.

B. 30%.

C. 40%.

D. 50%.

Hướng dẫn giải:

Phương trình phản ứng: $C_2{H}_4+H_2\stackrel{Ni,t^o}{\to }{C}_2{H}_6$

Bảo toàn khối lượng ta có m_trước = m_sau $\to {\overline{M}}_X.n_X={\overline{M}}_Y.n_Y$

$\to \frac{n_X}{n_Y}=\frac{{\overline{M}}_Y}{{\overline{M}}_X}=\frac{5}{3,75}=\frac{4}{3}$

$\to$Coi n_X = 4 mol; n_Y = 3 mol

Hỗn hợp X có ${\overline{M}}_X=3,75.4=15$

Bảo toàn mol $\mathrm{\pi }$: n_giảm = 4-3 =1mol =$n_{H_2}$ _{phản ứng} = $n_{C_2{H}_4}$_{phản ứng}

$\to \%H=\frac{1}{2}.100\%=50\%$

Đáp án D

Ví dụ 2:

A. 8 gam.

B. 16 gam.

C. 12 gam.

D. 24 gam.

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,6 + 0,15 = 0,75 mol; m_X= 0,6.2 + 0,15.52 = 9gam

Bảo toàn khối lượng ta có m_trước = m_sau $\to$m_Y = 9gam

${\overline{M}}_Y=20\Rightarrow n_Y=\frac{9}{20}=0,45mol$

Ta có n_{đihro phản ứng} = n_X – n_Y = 0,75 - 0,45 = 0,3 mol

Bảo toàn số mol $\mathrm{\pi }$ ta có: 0,15.3 = n_{hidro phản ứng} + n_brom = 0,3 + n_brom

$\to$ n_brom = 0,15.3 – 0,3 = 0,15 mol

m_brom = 0,15.160 = 24 gam

Đáp án D

Ví dụ 3: Cho hỗn hợp X gồm 0,1 mol C₂H₄ 0,2 mol C₂H₂ và 0,7 mol H₂. Nung X trong bình kín với xúc tác Ni. Sau một thời gian thu được 0,8 mol hỗn hợp Y. Cho Y phản ứng vừa đủ với 100ml dd Br₂ a mol/l. Tìm giá trị a

A. 0,2 M.

B. 0,3 M.

C. 2 M.

D. 3 M

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,1 + 0,2 + 0,7 = 1 mol

$\to$ n_{đihro phản ứng} = n_X – n_Y = 1 - 0,8 = 0,2 mol

Bảo toàn số mol $\mathrm{\pi }$ ta có:

0,1.1 + 0,2.2 = n_{hidro phản ứng} + n_brom = 0,2 + n_brom $\to$ n_brom = 0,3 mol

$\to$ a = 0,3 : 0,1 = 3M

Đáp án D

C. Luyện tập

Câu 1:

A. 0,25.

B. 0,35.

C. 0,45.

D. 0,65.

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,15 + 0,1 + 0,1 + 0,4 = 0,75 (mol);

m_X = 0,15. 26 + 0,1. 52 + 0,1.28 + 0,4.2 = 12,7 g

Bảo toàn khối lượng có m_X = m_Y $\to {\overline{M}}_X.n_X={\overline{M}}_Y.n_Y$

$\to n_Y=0,5mol$

- $n_{H_2}$ _{phản ứng} = n_X – n_Y = 0,75- 0,5 = 0,25(mol)

- Bảo toàn số mol liên kết $\mathrm{\pi }$: 0,15.2 + 0,1.3 + 0,1.1 = a + 0,25 $\to a=0,45mol$

Đáp án C

Câu 2:

A. 0,2; 0,3 và 0,5.

B. 0,2; 0,5 và 0,3.

C. 0,3; 0,2 và 0,5.

D. 0,3; 0,5 và 0,2.

Hướng dẫn giải:

n_A = 1 mol; n_B = 0,7 mol

$\to n_{H_2}$_{phản ứng} = 1 - 0,7 = 0,3 mol

n_Brom = 0,5 mol

Bảo toàn mol : x+2y = 0,3 + 0,5 = 0,8

Mặt khác: x + y + z = 1 và $\frac{28x+26y+2z}{x+y+z}=14,4$

Suy ra x = 0,2; y = 0,3 và z = 0,5

Đáp án A

Câu 3: Hỗn hợp khí A gồm 0,5 mol H₂ và 0,25 mol hai ankin X, Y kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng (M_X < M_Y). Nung A một thời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp B có tỉ khối so với H₂ bằng 9,25. Dẫn hỗn hợp B qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng là 40 gam. Công thức phân tử của Y là

A. C₃H₄.

B. C₂H₂.

C. C₄H₆.

D. C₃H₆.

Hướng dẫn giải:

n_A= 0,75 mol; M_B = 9,25.2 = 18,5; n_brom = 0,25 mol

Bảo toàn mol $\mathrm{\pi }$ ta có: n_{hidro phản ứng} = 0,25.2 – 0,25 = 0,25 mol

$\to n_B=n_A-n_{H_{2}pu}=0,75-0,25=0,5mol$

Ta có: m_A = m_B = 0,5.18,5 = 9,25g

Gọi công thức ankin có dạng C_nH_2n-2

Ta có: 0,5.2 + 0,25.(14n -2) = 9,25

2 ankin là C₂H₂ và C₃H₄ và Y là C₃H₄Đáp án A

Câu 4: Cho H₂ và 1 anken có thể tích bằng nhau qua niken nung nóng ta thu được hỗn hợp A. Biết tỉ khối hơi của A với H₂ là 23,2. Hiệu suất của phản ứng hiđro hóa là 75%. Công thức phân tử của anken là

A. C₂H₄.

B. C₃H₆.

C. C₄H₈.

D. C₅H₁₀.

Hướng dẫn giải:

Coi tỉ lệ về thể tích cũng chính là tỉ lệ về số mol

Giải sử có n_hiđro = $n_{C_n{H}_{2n}}$ = 1 mol

Do hiệu suất phản ứng là 75%

n_A = 1+1 – 0,75 = 1,25 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m_A = 1.2 + 1.14n

$M_A=\frac{m_A}{n_A}\Rightarrow m_A=n_A.M_A=1,25.23,2.2=58$

Suy ra 2+14n = 58 $\to$ n = 4

Anken là C₄H₈

Đáp án C

Câu 5:

A. 43,95 và 42.

B. 35,175 và 42.

C. 35,175 và 21.

D. 43,95 và 21.

Hướng dẫn giải:

m_X = n_X.M_X = 0,15. 27,25. 2 = 8,175 g; $n_{C{O}_2}=0,15.4=0,6mol$

Bảo toàn khối lượng: $n_H=\frac{m_H}{1}=\frac{8,175-0,6.12}{1}=0,975mol$

Bảo toàn nguyên tố: $n_{H_{2}O}=\frac{1}{2}{n}_H=0,4875mol$

Suy ra m = 0.6.44 + 0,4875. 18 = 35,175g

Gọi số liên kết $\mathrm{\pi }$ của X là k

Bảo toàn liên kết $\mathrm{\pi }$: $\begin{array}{c}0,6-0,4875=(k-1).0,15\\ 0,15k=n_{B{r}_2}\end{array}\to n_{B{r}_2}=0,2625$

Suy ra a= 0,2625.160 = 42 gam

Đáp án B

Câu 6: Hỗn hợp khí X gồm 0,1 mol C₂H₂; 0,2 mol C₂H₄ và 0,3 mol H₂. Đun nóng X với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H₂ bằng 11. Hỗn hợp Y phản ứng tối đa với a mol Br₂ trong dung dịch. Giá trị của a là

A. 0,1.

B. 0,2.

C. 0,3.

D. 0,4.

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,1 + 0,2 + 0,3 = 0,6 mol; M_Y = 11. 2 = 22

Bảo toàn khối lượng: m_Y = m_X = 0,1.26 + 0,2.28 + 0,3.2 = 8,8 gam

$n_Y=\frac{8,8}{22}=0,4\left(mol\right)$

$n_{H_2}$_{phản ứng} = n_X – n_Y = 0,6-0,4 = 0,2 (mol)

Bảo toàn số mol liên kết ta có:

0,1.2 + 0,2 - 0,2 = $n_{B{r}_2}=a$

Đáp án B

Câu 7: Hỗn hợp khí X gồm 0,3 mol H₂ và 0,1 mol vinylaxetilen. Nung X một thời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với không khí là 1. Nếu cho toàn bộ Y sục từ từ vào dung dịch brom (dư) thì có a mol brom tham gia phản ứng. Giá trị của a là

A. 0,2.

B. 0,05.

C. 0,04.

D. 0,1.

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,3 + 0,1 = 0,4 mol

m_X = 0,3.2 + 0,1.52 = 5,8 gam

Bảo toàn khối lượng: m_Y = 5,8 gam; M_Y = 29 $\to n_Y=0,2mol$

n_{hidro phản ứng} = 0,4 – 0,2 = 0,2 mol

Bảo toàn số mol $\mathrm{\pi }$ ta có:

3.0,1 = a + 0,2 $\to a=0,1mol$

Đáp án D

Câu 8:

A. CH₄ và C₂H₄

B. CH₄ và C₃H₆

C. CH₄ và C₄H₈

D. CH₄ và C₅H₁₀

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,075 mol; n_brom = 0,025 mol; n_{chất khí còn lại} = 0,05 mol

Số mol brom phản ứng = n_X – n _{khí còn lại} = 0,075 – 0,05 = 0,025 mol

Ta thấy n_{brom pư} = n_brom = 0,025 mol nên khí phản ứng brom là anken và khí còn lại là ankan.

n_anken = 0,025 mol; n_ankan = 0,05 mol

$\begin{array}{l}{n}_{C{O}_2}=0,125mol\\ \to \overline{C}=\frac{0,125}{0,075}=1,67\end{array}$

Suy ra trong X có chứa CH₄ và $n_{C{H}_4}=0,05mol$

Bảo toàn nguyên tố C: 0,05.1 + 0,025.n = 0,125 $\to n=3$

Anken là C₃H₆

Đáp án B

Câu 9: Hỗn hợp X gồm 0,02 mol C₂H₂; 0,03 mol C₂H₄ và 0,07 mol H₂, đun nóng hỗn hợp X với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H₂ là 9,375. Nếu cho toàn bộ Y sục từ từ vào dung dịch brom (dư) thì có a mol brom tham gia phản ứng. Giá trị của a là

A. 0,03.

B. 0,04.

C. 0,05.

D. 0,06.

Hướng dẫn giải:

n_X = 0,02 + 0,03 + 0,07 = 0,12 mol; m_X = 0,02.26 + 0,03. 28 + 0,07.2 = 1,5 gam

Bảo toàn khối lượng có: m_X = m_Y = 1,5 gam

$\to n_Y=\frac{1,5}{2.9,375}=0,08mol$

Số mol hiđro phản ứng = n_X – n_Y = 0,12 – 0,08 = 0,04 mol

Bảo toàn số mol $\mathrm{\pi }$ ta có:

0,02.2 + 0,03.1 = a + 0,04 $\to a=0,03mol$

Đáp án A

Câu 10:

A. 0,54.

B. 0,52.

C. 0,48.

D. 0,46.

Hướng dẫn giải:

Bảo toàn khối lượng:

$n_{H_{2}O}=\frac{1}{2}{n}_H=\frac{m_X-m_C}{2}=\frac{14,28-1,04.12}{2}=0,9mol$

Bảo toàn số liên kết $\mathrm{\pi }$ trong phản ứng đốt cháy:

$n_{C{O}_2}-n_{H_{2}O}=(k-1).n_X\to k{n}_X=0,14+n_X$

$n_Y=\frac{14,28}{2.17,85}=0,4\to n_{H_{2}pu}=n_x-0,4$

Bảo toàn số liên kết $\mathrm{\pi }$ trong phản ứng với brom: k.n_X = n _{hiđro phản ứng} +n_brom

0,14 + n_X = n_X – 0,4 + n_brom $\to n_{B{r}_2}=0,54mol$

Đáp án A