Bài tập về phản ứng cộng hiđro (hiđrocacbon)

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Bài tập về phản ứng cộng hiđro (hiđrocacbon), nhằm giúp các em học tốt chương trình Hóa học 11.

Nội dung bài viết Bài tập về phản ứng cộng hiđro (hiđrocacbon):
a) Xicloankan vòng 3 và 4 cạnh có phản ứng hiđro hoá mở vòng thành ankan b) Anken có phản ứng cộng H2 vào liên kết đôi C=C: CnH2n + H2 = CnH2n + 2. Gọi X là hỗn hợp trước phản ứng: nX = a + b. Gọi Y là hỗn hợp thu được sau phản ứng: ny = x + (a – x) + (b – x) = a + b – x = nx – x → x = nx – ny. Hiệu suất phản ứng hiđro hóa anken. Nếu bài toán cho một hay một hỗn hợp gồm các hiđrocacbon mạch hở, thuộc cùng dãy đồng đẳng tác dụng với H2 theo tỉ lệ mol 1:1 thì đó là anken. Vì hỗn hợp X, Y có cùng số mol C, H nên đốt cháy hỗn hợp A hay B đều cho cùng kết quả.
Do đó khi làm toán, nếu gặp hỗn hợp sau khi qua Ni, t đem đốt (hỗn hợp Y) thì thay vì tính toán với hỗn hợp Y (thường phức tạp hơn X) ta có thể dùng các phản ứng đốt cháy X để tính nCO2 và nH2O (giả sử X, Y đo ở cùng điều kiện t, thể tích). Nếu nhiều anken tác dụng với hiđro cùng một hiệu suất thì ta có thể thay các anken này bằng một anken tương đương CnH2n.
Ví dụ 1: Hỗn hợp M gồm ankan X và anken Y. Đốt cháy hoàn toàn 0,25 mol M cần dùng vừa đủ 21,84 lít O2 (đktc), sinh ra 13,44 lít CO2 (đktc). a) Xác định công thức phân tử của X, Y. b) Trộn 4,48 lít (đktc) hỗn hợp M với 2,24 lít H2 (đktc) rồi nung trong bình kín có chứa một ít bột Ni làm xúc tác, sau một thời gian thu được hỗn hợp Q có tỉ khối so với H2 là 12,35. Tính hiệu suất phản ứng hiđro hoá. Giải: Công thức của X là C2H6 và Y là C3H6. Trong 0,2 mol M có chứa: 0,12 mol C2H6 và 0,08 mol C3H6. Khi nung hỗn hợp, có phản ứng. Hiệu suất phản ứng hiđro hoá tính theo số mol C3H6 vì số mol C3H6 ban đầu nhỏ hơn số mol H2 ban đầu.
Ví dụ 2: Hỗn hợp khí X gồm H2 và C2H4 có tỉ khối so với He là 3,75. Dẫn X qua Ni nung nóng, thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He là 5. Hiệu suất của phản ứng hiđro hoá là A. 25%. B. 20% C. 50%. D. 40%. Ví dụ 3: Cho 1,904 lít hỗn hợp khí A (đktc) gồm H2 và hai anken kế tiếp đi qua bột Ni, nung nóng thu được hỗn hợp khí B (H = 100%), giả sử tốc độ của hai anken phản ứng là như nhau. Mặt khác đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp B thu được 8,712 gam CO2 và 4,086 gam H2O. Công thức phân tử của hai anken là? A. C2H4 và C3H6 B. C4H8 và C5H10 C. C5H10 và C6H12 D. C3H6 và C4H8.
Giải: Vì hàm lượng của C, H trong A và B là như nhau nên để đơn giản khi tính toán ta thay vì đốt B bằng đốt A. Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm H2 và C2H4 có tỉ khối so với H2 là 7,5. Dẫn X qua Ni nung nóng, thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 là 12,5. Hiệu suất của phản ứng hiđro hóa là A. 70% B. 60% C. 50% D. 80% (Đề thi tuyển sinh Đại học năm 2012-Khối A).
c) Ankin có phản ứng cộng H2 vào liên kết ba C=C. Thể tích của hỗn hợp khí giảm chính là thể tích của H2 phản ứng. mX = mY (Định luật bảo toàn khối lượng). Hàm lượng C, H ở hỗn hợp Y và X là như nhau nên để đơn giản khi giải toán ta nên thay vì đốt cháy Y bằng đốt cháy X. Nếu nhiều ankin tác dụng với hiđro cùng một hiệu suất thì ta có thể thay các ankin này bằng một ankin tương đương CnH2n-2.
Ví dụ 1: Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,02 mol C2H2 và 0,03 mol H2 trong một bình kín (xúc tác Ni), thu được hỗn hợp khí Y. Cho Y lội từ từ vào bình nước brom (dư), sau khi kết thúc các phản ứng, khối lượng bình tăng m gam và có 280 ml hỗn hợp khí Z (đktc) thoát ra. Tỉ khối của Z so với H2 là 10,08. Giá trị của m là A. 0,328. B. 0,205. C. 0,585. D. 0,620.
Ví dụ 2: Đun nóng hỗn hợp khí X gồm C2H2, C2H4, CH2=CH-O-CH3, H2 trong một bình kín dung tích không đổi và có chất xúc tác thích hợp. Sau phản ứng đưa bình về nhiệt độ ban đầu thu được hỗn hợp khí Y không chứa H2 và áp suất trong bình giảm 20% so với ban đầu. Phần trăm thể tích H2 trong hỗn hợp ban đầu là A. 20% B. 30% C. 40% D. 25%.
Ví dụ 3: Cho hỗn hợp chất rắn gồm CaC2, Al4C3 và Ca vào nước thu được hỗn hợp X gồm 3 khí, trong đó có hai khí cùng số mol. Lấy 8,96 lít hỗn hợp X (đktc) chia làm hai phần bằng nhau. Phần 1 cho vào dung dịch AgNO3 trong NH3 (dư), sau phản ứng hoàn toàn, thấy tách ra 24 gam kết tủa. Phần cần dùng để đốt cháy hoàn toàn Y là A. 5,6 lít. B. 8,4 lít. C. 8,96 lít. D. 16,8 lít. Giải: Đốt cháy hỗn hợp Y cũng là đốt cháy 1/2 hỗn hợp X. Ngoài ra, ancol không no, anđehit, xeton, axit cacboxylic không no, cũng có phản ứng cộng hợp với H2.
Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm CH2O và H2. Dẫn X đi qua Ni đốt nóng thu được hỗn hợp Y gồm hai chất hữu cơ, đốt cháy hết Y thu được 0,4 mol H2O và 0,3 mol CO2. Phần trăm thể tích của H2 trong X là A. 25%. B. 50%. C. 20%. D. 33,33%.
Ví dụ 5: Hỗn hợp M gồm anken X và ankin Y. Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp M cần dùng vừa đủ 10,92 lít O2 (đktc), sinh ra 7,84 lít CO2 (đktc). Mặt khác, cho toàn bộ lượng M trên lội chậm qua bình đựng dung dịch brom dư, có tối đa 32 gam brom phản ứng. a) Xác định công thức của X, Y. b) Tính giá trị của m. c) Trộn 0,25 mol M với 0,25 mol H2, rồi nung trong bình kín có chứa một ít bột Ni làm xúc tác, sau một thời gian thu được hỗn hợp N có tỉ khối so với H2 là 14,286. Tính số mol H2 đã phản ứng.