50 bài tập về Phản ứng tách ankan (có đáp án 2024) và cách giải

Phản ứng tách ankan và cách giải bài tập – Hóa học lớp 11

A. Lý thuyết và phương pháp giải

Dạng 1: Phản ứng tách H₂ của ankan

1. Lý thuyết và phương giải

Dưới tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác thích hợp, các ankan có phân tử khối nhỏ bị tách hiđro thành hiđrocacbon không no tương ứng.

VD: $C{H}_3-C{H}_3\stackrel{500°C,xt}{\to }C{H}_2=C{H}_2+H_2$

- Một số công thức thường dùng để giải toán

+ $n_{H_2}$ _{sinh ra} = n _tăng = n _{hỗn hợp sau phản ứng} – n _{ankan ban đầu}

+ m _{trước phản ứng} = m _{sau phản ứng}

+ Vì phản ứng không làm thay đổi khối lượng hỗn hợp nên lượng C và H cũng được bảo toàn → Đốt cháy hỗn hợp sau phản ứng thu được số mol CO₂ và H₂O bằng đốt cháy hỗn hợp trước phản ứng.

+ Sản phẩm sau phản ứng dẫn qua dung dịch Br₂ thì: $n_{B{r}_2}$ _{phản ứng} = $n_{H_2}$_{sinh ra}

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Đề hiđro hóa hỗn hợp A gồm: C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀. Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí B, d_A/B =1,75. % ankan bị đề hiđro hóa là:

A. 50%

B. 75%

C. 25%

D. 90%

Hướng dẫn giải:

Giả sử gọi mol A là 1 mol

$\frac{M_A}{M_B}=\frac{n_B}{n_A}=1,75\Rightarrow n_B=1,75mol$

n_{ankan phản ứng} = n_B – n_A = 0,75 mol

$H=\frac{0,75}{1}.100\%=75\%$

Đáp án B

Ví dụ 2: Tách hiđro từ ankan X thu được hỗn hợp Y gồm 3 chất có tỉ khối so với hiđro bằng 13,75. Đốt cháy hoàn toàn Y thu được 2,64 gam CO₂ và 1,44 gam H₂O. Công thức phân tử của ankan và hiệu suất phản ứng ankan hóa là

A. C₂H₆; 80%

B. C₃H₈; 80%

C. C₃H₈; 60%

D. C₂H₆; 60%

Hướng dẫn giải:

Đốt cháy Y cũng là đốt cháy X

$\begin{array}{l}X+O_2\to 0,06molC{O}_2+0,08mol{H}_{2}O\\ n_X=n_{H_{2}O}-n_{C{O}_2}=0,08-0,06=0,02mol\end{array}$

X có số nguyên tử C = 0,06 : 0,02 = 3; Số nguyên tử H = 8 suy ra X là C₃H₈

m_X = m_Y = 0,02.44 = 0,88 gam → n_Y = 0,88 : 27,5 = 0,032 mol

→ n_{ankan phản ứng} = 0,032 – 0,02 = 0,012 mol

→ $H=\frac{0,012}{0,02}.100\%=60\%$

Đáp án C

Dạng 2: Phản ứng crackinh ankan (không xét trường hợp xảy ra cracking thứ cấp)

1. Lý thuyết và phương giải

- Ở nhiệt độ cao và có mặt chất xúc tác thích hợp, ngoài việc bị tách hiđro, các ankan còn có thể bị phân cắt mạch cacbon tạo thành các phân tử nhỏ hơn

VD: $C_3{H}_8\stackrel{t^o,xt}{\to }C{H}_4+C_2{H}_4$

- Chú ý:

+ Phản ứng không làm thay đổi khối lượng hỗn hợp

m_{trước phản ứng} = m_{sau phản ứng} $\Rightarrow \frac{M_{đ}}{M_s}=\frac{n_s}{n_{đ}}$

+ Hàm lượng C và H trước và sau phản ứng không đổi

+ Phản ứng luôn làm tăng số mol khí:

n_sau > n_trước ⇒ P_sau > P_đầu

+ Số mol anken sinh ra: n_anken = n_s – n_đ; Hiệu suất phản ứng: $H=\frac{n_s-n_{đ}}{n_{đ}}.100\%$

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Khi cracking hoàn toàn một thể tích hexan (X) thu được bốn thể tích hỗn hợp Y (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất); tỉ khối của Y so với H₂ bằng d. Giá trị của d là

A. 10,25.

B. 10,5.

C. 10,75.

D. 9,5.

Hướng dẫn giải:

$\begin{array}{l}\frac{V_X}{V_Y}=\frac{n_X}{n_Y}=\frac{1}{4}\\ \frac{n_X}{n_Y}=\frac{M_Y}{M_X}=\frac{1}{4}\end{array}$

$=>M_Y=\frac{86}{4}=21,5;d_{Y/H_2}=\frac{21,5}{2}=10,75$

Đáp án C

Ví dụ 2:

A. 20%

B. 33,33%

C. 50%

D. 66, 67%

Hướng dẫn giải:

$d_{\raisebox{1ex}{$X$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$H_2$}\right.}=21,75\Rightarrow M_X=21,75.2=43,5$

Lấy 1 mol hỗn hợp X. Bảo toàn khối lượng:

$\begin{array}{l}{n}_{C_4{H}_{10}}.M_{C_4{H}_{10}}=n_X.M_X\to n_{C_4{H}_{10}}=\frac{n_X.M_X}{M_{C_4{H}_{10}}}=0,75mol\\ C_4{H}_{10}\to C{H}_{3}CH=CHC{H}_3+H_2\\ C_4{H}_{10}\to C{H}_{3}CH=C{H}_2+C{H}_4\\ C_4{H}_{10}\to C{H}_2=C{H}_2+C{H}_{3}C{H}_3\end{array}$

P/ư: a a a mol

Sau p/ư: b mol

$\begin{array}{l}\begin{array}{c}a+b=0,75\\ 2a+b=1\end{array}\Rightarrow \begin{array}{c}a=0,25\\ b=0,5\end{array}\\ \Rightarrow \%V_{C_4{H}_{10}}=\frac{0,5}{1}.100\%=50\%\end{array}$

Đáp án C

Dạng 3: Bài toán tổng hợp phản ứng tách của ankan

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1:

A. 30%

B. 40%

C. 50%

D. 60%

Hướng dẫn giải:

$\begin{array}{l}{n}_X=\frac{67,2}{22,4}=3mol;n_{anken}=n_{B{r}_2}=\frac{160}{160}=1mol\\ n_{propan}=3-1=2mol;H=\frac{3-2}{2}.100\%=50\%\end{array}$

Đáp án C

Ví dụ 2: Craking m gam n-butan thu được hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₆, C₄H₈ và một phần butan chưa bị cracking. Đốt cháy hoàn toàn A thu được 9 gam H₂O và 17,6 gam CO₂. Giá trị của m là

A. 5,8.

B. 11,6.

C. 2,6.

D. 23,2.

Hướng dẫn giải:

$n_{butan}=n_{H_{2}O}–n_{C{O}_2}=\frac{9}{18}-\frac{17,6}{44}=0,1mol$

m = 0,1.58 = 5,8 gam

Đáp án A

B. Luyện tập

Câu 1:

A. CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

B. CH₃-CH(CH₃)₂

C. CH₃-CH₂-CH(CH₃)₂

D. CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

Hướng dẫn giải:

$n_N=0,2mol;n_{C{O}_2}=0,8mol;n_{H_{2}O}=0,8mol$

Ta thấy:$n_{H_{2}O}=n_{C{O}_2}$ => hiđrocacbon N là anken

C_nH_2n + O₂ → CO₂ + nH₂O

0,2 0,8

=> 0,2n = 0,8 => n = 4 => anken là C₄H₈

=> N, P, Q là các đồng phân của nhau và cùng CTPT là C₄H₈

Khi đốt cháy N hoặc P hoặc Q đều cho số mol CO₂ và H₂O giống nhau

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ (1) CH₃-CH(CH₃)-CH₃ (2)

Trong 2 đồng phân trên chỉ có (1) tách hiđro cho 3 sản phẩm là đồng phân của nhau

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ → CH₃-CH=CH-CH₃ + H₂

(cis-trans)

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ → CH₂=CH-CH₂-CH₃ + H₂

Đáp án D

Câu 2: Khi crackinh hoàn toàn một thể tích ankan X thu được ba thể tích hỗn hợp Y (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất); tỉ khối của Y so với H₂ bằng 12. Công thức phân tử của X là

A. C₂H₆

B. C₃H₈

C. C₄H₁₀

D. C₅H₁₂

Hướng dẫn giải:

Giả sử cracking 1 mol ankan X thu được 3 mol hỗn hợp Y

M_Y =12.2= 24 → m_Y = 3. 24 = 72 gam

Bảo toàn khối lượng: m_X = m_Y = 72g

→ M_X = 72 → 14n + 2 = 72 → n =5

X là C₅H₁₂

Đáp án D

Câu 3: Cracking 8,8 gam propan thu được hỗn hợp A gồm H₂, CH₄, C₂H₄, C₃H₆ và một phần propan chưa bị cracking. 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:

Gọi số mol của C₃H₈ phản ứng là a và số mol của C₃H₈ dư là b mol

$\begin{array}{c}a+b=0,2\\ \frac{a}{0,2}.100\%=90\%\end{array}$ → a = 0,18; b = 0,02.

Số mol A = 2a + b = 0,38

M_tb = 8,8 : 0,38 = 23,16

Đáp án B

Câu 4:

A. 57,14%; 70

B. 75,00%; 80

C. 57,14%; 80

D. 75,00%; 70

Hướng dẫn giải:

Phương trình phản ứng:

C₄H₁₀ → CH₄ + C₃H₆ (1)

C₄H₁₀ → C₂H₆ + C₂H₄ (2)

C₄H₁₀ → H₂ + C₄H₈ (3)

Từ phương trình phản ứng, ta thấy: $\sum n_{C{H}_4,C_2{H}_6,H_2}=\sum n_{C_3{H}_6,C_2{H}_4,C_4{H}_8}$

$\begin{array}{l}{n}_{C_4{H}_{10}pu}=n_{(C{H}_4,C_2{H}_6,H_2)}=n_{(C_3{H}_6,C_2{H}_4,C_4{H}_8)}=a\left(mol\right);n_{C_4{H}_{10}pu}=b\left(mol\right)\\ \Rightarrow n_A=2a+b=35(*)\end{array}$

Khi cho hỗn hợp A qua bình dựng brom dư thì chỉ có C₃H₆, C₂H₄, C₄H₈ phản ứng và bị giữ lại trong bình chứa brom. Khí thoát ra khỏi bình chứa brom là H₂, CH₄, C₂H₆, C₄H₁₀ dư nên suy ra:

$=>n_{H_2,C{H}_4,C_2{H}_6}+n_{C_4{H}_{10}}=a+b=20\left(**\right)$

Từ (*) và (**) ta có: a = 15 và b = 5

$H=\frac{15}{15+5}.100\%=75\%$

Đốt cháy A cũng như đốt cháy lượng C₄H₁₀ ban đầu sẽ thu được lượng CO₂ như nhau

Bảo toàn C: $n_{C{O}_2}=4.n_{C_4{H}_{10}}=4.20=80mol$

Đáp án B

Câu 5:

A. 44 và 18.

B. 44 và 72.

C. 176 và 90.

D. 176 và 180.

Hướng dẫn giải:

Coi đốt cháy hoàn toàn A chính là đốt cháy C₄H₁₀ ban đầu

$C_4{H}_{10}+\frac{13}{2}{O}_2\to 4C{O}_2+5H_{2}O$

1 4 5 mol

→ x = 4.44 = 176 và y = 5.18 = 90

Đáp án C

Câu 6:

A. 0,16 mol

B. 0, 24 mol

C. 0,32 mol

D. 0,40 mol

Hướng dẫn giải:

$\begin{array}{l}{d}_{\raisebox{1ex}{$X$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$e\tan $}\right.}=0,4\Rightarrow M_X=0,4.30=12(g/mol)\\ C_2{H}_6\to C_2{H}_4+H_2;C_2{H}_6\to C_2{H}_2+2H_2\end{array}$

Ta có: m_trước = m_{sau phản ứng}

$\begin{array}{l}\Rightarrow M_{C_2{H}_6}.n_{C_2{H}_6}=M_X.n_X\\ \Rightarrow n_{C_2{H}_6}=\frac{M_X.n_X}{M_{C_2{H}_6}}=\frac{12.0,4}{30}=0,16\left(mol\right)\\ n_{H_2}=n_X-n_{C_2{H}_6}=0,4-0,16=0,24\left(mol\right)\end{array}$

H₂ tách ra được thay bằng Br₂ → n_Brom = 0,24 (mol)

Đáp án B

Câu 7:

A. 40%

B. 50%

C. 60%

D. 70%

Hướng dẫn giải:

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

$H=\frac{56-40}{40}.100\%=\frac{16}{40}.100\%=40\%$

Đáp án A

Câu 8: Khi cracking hoàn toàn một ankan X thu được hỗn hợp Y (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất ); tỉ khối của Y so với H₂ bằng 14,5. Công thức phân tử của X là

A. C₃H₈

B. C₄H₁₀

C. C₅H₁₂

D. C₂H₆

Hướng dẫn giải:

M_Y= 14,5.2 = 29

$\begin{array}{l}{m}_X=m_Y\Rightarrow M_X.n_X=M_Y.n_Y\\ \Rightarrow \frac{M_X}{M_Y}=\frac{n_Y}{n_X}=2\Rightarrow M_X=2.M_Y=58\\ \Rightarrow C_4{H}_{10}\end{array}$

Đáp án B

Câu 9:

A. 70%

B. 75%

C. 80%

D. 85%

Hướng dẫn giải:

n_butan = 0,5 (mol);

$n_{C{O}_2}=0,3\left(mol\right);n_{H_{2}O}=0,375\left(mol\right)$

Do số mol nước lớn hơn số mol CO₂ nên X là ankan

→ n_ankan = 0,075 (mol), ankan đó là C₄H₁₀

n_{butan phản ứng} = 0,5 - 0,075 = 0,425 (mol)

$H=\frac{0,425}{0,5}.100\%=85\%$

Đáp án D

Câu 10: Một hỗn hợp X gồm hai ankan A, B đồng đẳng kế tiếp. Cracking 11,2 lít (đktc) hỗn hợp X thu được 22,4 lít hỗn hợp Y (đktc) gồm ankan, anken và H₂, tỉ khối hơi của Y đối với H₂ là 8,2. Vậy công thức phân tử và số mol của A, B lần lượt là:

A. C₃H₈ (0,2 mol); C₄H₁₀ (0,3 mol).

B. C₂H₆ (0,3 mol); C₃H₈ (0,2 mol).

C. C₂H₆ (0,1 mol); C₃H₈ (0,4 mol).

D. C₂H₆ (0,4 mol); C₃H₈ (0,1 mol).

Hướng dẫn giải:n_X = 0,5 mol; n_Y = 1 mol; M_Y = 8,2.2=16,4

$\begin{array}{l}{m}_X=m_Y\Rightarrow M_X.n_X=M_Y.n_Y\\ \Rightarrow M_X=\frac{M_Y.n_Y}{n_X}=32,8\\ \Rightarrow 14n+2=32,8\Rightarrow n=2,2\\ \Rightarrow C_2{H}_6;C_3{H}_8\end{array}$

Ta có:

$\begin{array}{l}{n}_{C_2{H}_6}+n_{C_3{H}_8}=0,5\\ \frac{n_{C_2{H}_6}}{n_{C_3{H}_8}}=\frac{44-32,8}{32,8-30}=\frac{4}{1}\\ \Rightarrow n_{C_2{H}_6}=0,4\left(mol\right);n_{C_3{H}_8}=0,1\left(mol\right)\end{array}$

Đáp án D

Câu 11:

A. 20g

B. 25g

C. 30g

D. 35g

Hướng dẫn giải:

$n_X=0,08\left(mol\right);n_{H_2}=0,2\left(mol\right);n_Y=0,26\left(mol\right)$

Ta có:

$n_{H_{2}pu}=n_X+n_{H_{2}bd}-n_Y=0,02\left(mol\right)$ < 0,2 nên H₂ dư

Mặt khác vì phản ứng xảy ra hoàn toàn nên anken trong X đã phản ứng hết

→ n_{anken trong X} = _{phản ứng} = 0,02 (mol)

Do đó : n_{ankan trong X} = 0,08 - 0,02 = 0,06 mol

$\Rightarrow n_{C_5{H}_{12}bd}=n_{anke{n}_X}=0,06mol$

Bảo toàn C ta có

$\begin{array}{l}{n}_{C{O}_2\left(Y\right)}=5.0,06=0,3mol\\ \Rightarrow m_{\downarrow }=0,3.100=30g\end{array}$

Đáp án C

Câu 12: Thực hiện phản ứng cracking 11,2 lít hơi isopentan (đktc) thu được hỗn hợp A chỉ gồm các ankan và anken. Trong hỗn hợp A có chứa 7,2 gam một chất X mà khi đốt cháy thì thu được 11,2 lít khí cacbonic (đktc) và 10,8 gam nước. Hiệu suất của phản ứng này là bao nhiêu?

A. 80%

B. 75%

C. 70%

D. 60%

Hướng dẫn giải:

Ta có: $n_{C_5{H}_{12}}=\frac{11,2}{22,4}=0,5\left(mol\right)$

Đốt cháy X được:

$\begin{array}{l}{n}_{C{O}_2}=11,2:22,4=0,5\left(mol\right);n_{H_{2}O}=10,8:18=0,6\left(mol\right)>n_{C{O}_2}\\ \Rightarrow X:ankan;n_X=0,6-0,5=0,1mol\end{array}$

Suy ra số C trong X là: 0,5: 0,1 = 5

Số H trong X là: 2.0,6:0,1 = 12

Vậy X là isopentan còn dư

Suy ra hiệu suất của phản ứng là:

H% = 80%

Đáp án A

Câu 13:

A. C₃H₈

B. C₄H₁₀

C. C₅H₁₂

D. C₂H₆

Hướng dẫn giải:

Giả sử n_{ankan ban đầu} = 1 mol

H = 60% => n_{ankan phản ứng} = 0,6 mol => n_{khí tăng} = 0,6 mol

=> n_{hh B} = n_A + n_{khí tăng} = 1 + 0,6 = 1,6 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

$\begin{array}{l}{m}_A=m_B\Rightarrow M_A.n_A=M_B.n_B\\ \Rightarrow M_A=\frac{M_B.n_B}{n_A}=\frac{1,6.36,25}{1}=58\\ \Rightarrow C_4{H}_{10}\end{array}$

Đáp án B

Câu 14: Cracking 5,8 gam C₄H₁₀ được hỗn hợp X. Khối lượng H₂O thu được khi đốt cháy hoàn toàn X là

A. 4,5 gam

B. 9 gam

C. 18 gam

D. 27 gam

Hướng dẫn giải

$n_{C_4{H}_{10}}=0,1mol$

Đốt cháy hỗn hợp X cũng giống như đốt cháy C₄H₁₀ đều thu được số mol CO₂ và H₂O) như nhau

Bảo toàn nguyên tố H: $n_{H_{2}O}=5.n_{C_4{H}_{10}}=0,5mol$

=> $m_{H_{2}O}$ = 0,5.18 = 9 (g)

Đáp án B

Câu 15:

A. 2,6

B. 5,8

C. 11,6

D. 23,2

Hướng dẫn giải:

Do thành phân nguyên tố C, H không đổi nên đốt cháy hỗn hợp A cũng chính là đốt C₄H₁₀.

Bảo toàn nguyên tố H: C₄H₁₀ → 5H₂O

=> $n_{C_4{H}_{10}}=\frac{n_{H_{2}O}}{5}=0,1mol=>m_{C_4{H}_{10}}=0,1.58=5,8gam$

Đáp án B