I- CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bài toán tính hiệu suất của phản ứng crackinh ankan là một dạng bài tập khó đối với học sinh. Học sinh thường rất lúng túng khi gặp bài toán này và thường giải rất dài dòng không cần thiết. Vậy để làm tốt vấn đề này, chúng ta cần phải tìm hiểu rõ bản chất của phản ứng crackinh ankan và đề ra phương pháp giải nhanh phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm hiện nay:
Dưới tác dụng của nhiệt độ cao và xúc tác thích hợp thì ankan có thể xảy ra nhiều loại phản ứng crackinh sau:
Ankan → Ankan + anken [1]
VD: CnH2n+2 → CmH2m+2 + Cn-mH2(n-m)
Ankan → Anken + H2 [2]
VD: CnH2n+2 → CnH2n + H2
Ankan → Ankin + 2H2 [3]
VD: CnH2n+2 →CnH2n-2 + 2H2
Đặc biệt: → 2CH4 C2H2 + 3H2 [4]
Giả sử ta có sơ đồ sau:
Hỗn hợp ankan X → Hỗn hợp khí Y
Ta thấy trong các phản ứng crackinh trên thì số mol khí sau phản ứng luôn tăng nên: nX < nY
Mặt khác theo ĐLBTKL : mX = mY nên suy ra \({\overline {\text{M}} _X} > {\overline {\text{M}} _Y}\)
Từ đó: dX/Y \( = \frac{{{{\overline {\text{M}} }_X}}}{{{{\overline {\text{M}} }_Y}}} = \frac{{\frac{{{{\text{m}}_{\text{X}}}}}{{{{\text{n}}_{\text{X}}}}}}}{{\frac{{{{\text{m}}_{\text{Y}}}}}{{{{\text{n}}_{\text{Y}}}}}}} = \frac{{{{\text{m}}_{\text{X}}}}}{{{{\text{n}}_{\text{X}}}}}.\frac{{{{\text{n}}_{\text{Y}}}}}{{{{\text{m}}_{\text{Y}}}}} = \frac{{{{\text{n}}_{\text{Y}}}}}{{{{\text{n}}_{\text{X}}}}}\) (do đó: dX/Y > 1)
Viết gọn lại: dX/Y \( = \frac{{{{\overline {\text{M}} }_X}}}{{{{\overline {\text{M}} }_Y}}} = \frac{{{{\text{n}}_{\text{Y}}}}}{{{{\text{n}}_{\text{X}}}}}\) [5]
Dựa vào biểu thức ta tính được nY, từ đó tính Hiệu suất phản ứng.
Nhận xét:
* Dựa vào hệ số phản ứng của các phản ứng [1], [2], [4] ta rút ra kết quả quan trọng:
“Thể tích (hay số mol) khí tăng sau phản ứng bằng thể tích( hay số mol) ankan tham gia phản ứng crackinh” [6]
** Trong tính toán ta thường dùng phương pháp tự chọn lượng chất xem như hỗn hợp ban đầu là 1 mol.
*** Từ các kết quả trên ta có thể áp dụng làm một số dạng Bài tập liên quan đến phản ứng crackinh.
II- BÀI TẬP ÁP DỤNG
Bài 1: Nhiệt phân CH4 thu được hỗn hợp X gồm C2H2, CH4 và H2. Tỷ khối hơi so với H2 bằng 5. Hiệu suất quá trình nhiệt phân là:
A. 50% B. 60% C. 70% D. 80%
Hướng dẫn giải
Giả sử ban đầu có 1 mol CH4
2 CH4 → C2H2 + 3H2
Trước pư: 1mol
Pư: x(mol) 0,5x 1,5x
Sau pư: 1 – x 0,5x 1,5x Tổng = 1 + x
Dựa vào [5] ta có: \(\frac{{16}}{{2*5}} = \frac{{{{\text{n}}_{\text{X}}}}}{{\text{1}}} \Rightarrow {{\text{n}}_{\text{X}}}{\text{ = 1,6 (mol) = 1 + x }} \Rightarrow {\text{ x = 0,6}}\)
Hiệu suất = \(\frac{{0,6}}{1}*100\% = 60\% \)
Chọn B
* Ta có thể giải nhanh bài toán này dựa vào nhận xét [6]:
mX = 16 g → nX = \(\frac{{16}}{{5*2}} = 1,6(mol)\) → H = \(\frac{{1,6 - 1}}{1}*100\% = 60\% \)
Bài 2: Nhiệt phân 8,8 gam C3H8, giả sử xảy ra hai phản ứng sau:
C3H8 → CH4 + C2H4
C3H8 → C3H6 + H2
Ta thu được hỗn hợp X, biết \({\overline {\text{M}} _X}\) = 23,16. Hiệu suất của phản ứng nhiệt phân trên là:
A. 60% B. 70% C. 80% D. 90%
Hướng dẫn giải
Dựa vào [5] → \(\frac{{44}}{{23,16}} = \frac{{{{\text{n}}_{\text{Y}}}}}{{{\text{0,2}}}} \Rightarrow {{\text{n}}_{\text{Y}}} = 0,38(mol)\)
Dựa vào [6] → H = \(\frac{{0,38 - 0,2}}{{0,2}}*100\% = 90\% \)
Chọn D
Bài 3: Crackinh C4H10 được hỗn hợp chỉ gồm 5 hiđrocacbon có \(\overline {\text{M}} \) =36,25vC. Hiệu suất phản ứng crackinh là :
A. 60% B. 20% C. 40% D. 80%
Hướng dẫn giải
Xét 1 mol C4H10
Dựa vào [5] → \(\frac{{58}}{{36,25}} = \frac{{{{\text{n}}_{\text{Y}}}}}{{\text{1}}} \Rightarrow {{\text{n}}_{\text{Y}}} = 1,6(mol)\)
Dựa vào [6] → H = \(\frac{{1,6 - 1}}{1}*100\% = 60\% \)
Chọn A
Bài 4: Crackinh V lit C4H10 thu được 35 lit hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H4, C3H6, C4H8 và một phần C4H10 chưa bị crackinh. Cho hỗn hợp A đi qua từ từ qua bình đựng brom dư thấy thể tích còn lại 20 lit. Tính hiệu suất của phản ứng crackinh:
A. 25% B. 60% C. 75% D. 85%
Hướng dẫn giải
Đặt x, y, z, t lần lượt là thể tích C3H6, C2H4, C4H8, C4H10 dư:
C4H10 → CH4 + C3H6
x x x
C4H10 → C2H6 + C2H4
y y y
C4H10 → C4H8 + H2
z z z
Khi dẫn hỗn hợp đi qua dung dịch brom thì anken bị giữ lại còn H2 , CH4, C2H6 và C4H10 dư thoát ra:
Ta có: x + y + z = 35 – 20 = 15 (1)
Mặt khác: V(C4H10 ban đầu) = V(C4H10 pư) + V C4H10 còn lại = x + y + z + t = 20 (2)
Từ (1) và (2) → t = 5
H = \(\frac{{{\text{15}}}}{{{\text{20}}}}*100\% = 75\% \)
Chọn C
Bài 5: Crackinh 560 lit C4H10 thu được 1036 lit hỗn hợp khí X khác nhau. Biết các thể tích khí đều đo ở đktc. Hiệu suất phản ứng crackinh là:
A. 75% B. 80% C. 85% D. 90%
Hướng dẫn giải
Theo [6] → H = \(\frac{{1036 - 560}}{{560}}*100\% = 85\% \)
Chọn C
Bài 6: Hỗn hợp khí A gồm etan và propan có tỷ khối so với H2 là 20,25 được nung trong bình với chất xúc tác để thực hiện phản ứng đề hiđro hóa. Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí B có tỷ khối so với H2 là 16,2 gồm các ankan, anken và hiđro. Tính hiệu suất phản ứng đề hiđro hóa biết rằng tốc độ phản ứng của etan và propan là như nhau ?
A. 30% B. 250% C. 50% D. 40%
Hướng dẫn giải
\({\overline {\text{M}} _A} = 20,25.2 = 40,5{\text{ ; }}{\overline {\text{M}} _B} = 16,2.2 = 32,4\)
Xét số mol hỗn hợp A là 1 mol:
Dựa vào [5] → \(\frac{{40,5}}{{32,4}} = \frac{{{{\text{n}}_{\text{B}}}}}{{\text{1}}} \Rightarrow {{\text{n}}_{\text{B}}} = 1,25(mol)\)
Dựa vào [6] → H = \(\frac{{1,25 - 1}}{1}*100\% = 25\% \)
Chọn B
Bài 7: Thực hiện phản ứng crackinh 11,2 lit 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 lit CO2 (đktc) và 10,8 gam H2O. Hiệu suất của phản ứng crackinh là:
A. 80% B. 85% C. 90% D. 95%
Hướng dẫn giải
nC5H12 ban đầu = \[\frac{{{\text{11,2}}}}{{{\text{22,4}}}} = 0,5(mol)\]
Đốt cháy X → được \({{\text{n}}_{{{\text{H}}_{\text{2}}}{\text{O }}}}{\text{ = }}\frac{{{\text{10,8}}}}{{{\text{18}}}} = 0,6(mol){\text{ > }}{{\text{n}}_{{\text{C}}{{\text{O}}_{\text{2}}}{\text{ }}}}{\text{ = }}\frac{{{\text{11,2}}}}{{{\text{22,4}}}} = 0,5(mol)\) → X là ankan
Do đó: nX = 0,6 – 0,5 = 0,1 (mol) → MX = \(\frac{{7,2}}{{0,1}} = 72\) = 14n + 2 → n = 5 (C5H12)
H = \(\frac{{{{\text{n}}_{{{\text{C}}_{\text{5}}}{{\text{H}}_{{\text{12}}}}{\text{ p\"o }}}}}}{{{{\text{n}}_{{{\text{C}}_{\text{5}}}{{\text{H}}_{{\text{12}}}}}}{{\text{ }}_{{\text{ban \~n a\`a u}}}}}}*100\% = \frac{{0,5 - 0,1}}{{0,5}}*100\% = 80\% \)
Chọn A
III. LUYỆN TẬP
Câu 1: Hợp chất hữu cơ X có tên gọi là: 2 - clo - 3 - metylpentan. Công thức cấu tạo của X là:
A. CH3CH2CH(Cl)CH(CH3)2.
B. CH3CH(Cl)CH(CH3)CH2CH3.
C. CH3CH2CH(CH3)CH2CH2Cl.
D. CH3CH(Cl)CH3CH(CH3)CH3.
Câu 2: Có bao nhiêu đồng phân cấu tạo có công thức phân tử C5H12 ?
A. 3 đồng phân.
B. 4 đồng phân.
C. 5 đồng phân.
D. 6 đồng phân
Câu 3: Có bao nhiêu đồng phân cấu tạo có công thức phân tử C6H14 ?
A. 3 đồng phân.
B. 4 đồng phân.
C. 5 đồng phân.
D. 6 đồng phân
Câu 4: Có bao nhiêu đồng phân cấu tạo có công thức phân tử C4H9Cl ?
A. 3 đồng phân.
B. 4 đồng phân.
C. 5 đồng phân.
D. 6 đồng phân.
Câu 5: Có bao nhiêu đồng phân cấu tạo có công thức phân tử C5H11Cl ?
A. 6 đồng phân.
B. 7 đồng phân.
C. 5 đồng phân.
D. 8 đồng phân.
Câu 6: Phần trăm khối lượng cacbon trong phân tử ankan Y bằng 83,33%. Công thức phân tử của Y là:
A. C2H6.
B. C3H8.
C. C4H10.
D. C5H12.
Câu 7: Công thức đơn giản nhất của hiđrocacbon M là CnH2n+1. M thuộc dãy đồng đẳng nào ?
A. ankan.
B. không đủ dữ kiện để xác định.
C. ankan hoặc xicloankan.
D. xicloankan.
Câu 8: a. 2,2,3,3-tetrametylbutan có bao nhiêu nguyên tử C và H trong phân tử ?
A. 8C,16H.
B. 8C,14H.
C. 6C, 12H.
D. 8C,18H.
b. Cho ankan có CTCT là: (CH3)2CHCH2C(CH3)3. Tên gọi của ankan là:
A. 2,2,4-trimetylpentan.
B. 2,4-trimetylpetan.
C. 2,4,4-trimetylpentan.
D. 2-đimetyl-4-metylpentan.
Câu 9: Phản ứng đặc trưng của hiđrocacbon no là
A. Phản ứng tách.
B. Phản ứng thế.
C. Phản ứng cộng.
D. Cả A, B và C.
Câu 10: Cho iso-pentan tác dụng với Cl2 theo tỉ lệ số mol 1 : 1, số sản phẩm monoclo tối đa thu được là:
A. 2.
B. 3.
C. 5.
D. 4.
Câu 11: Iso-hexan tác dụng với clo (có chiếu sáng) có thể tạo tối đa bao nhiêu dẫn xuất monoclo ?
A. 3.
B. 4.
C. 5.
D. 6
Câu 12: Khi cho 2-metylbutan tác dụng với Cl2 theo tỷ lệ mol 1:1 thì tạo ra sản phẩm chính là:
A. 1-clo-2-metylbutan.
B. 2-clo-2-metylbutan.
C. 2-clo-3-metylbutan.
D. 1-clo-3-metylbutan.
Câu 13: Khi clo hóa C5H12 với tỷ lệ mol 1:1 thu được 3 sản phẩm thế monoclo. Danh pháp IUPAC của ankan đó là:
A. 2,2-đimetylpropan.
B. 2-metylbutan.
C. pentan.
D. 2-đimetylpropan.
Câu 14: Khi clo hóa metan thu được một sản phẩm thế chứa 89,12% clo về khối lượng. Công thức của sản phẩm là:
A. CH3Cl.
B. CH2Cl2.
C. CHCl3.
D. CCl4.
Câu 15: Cho 4 chất: metan, etan, propan và n-butan. Số lượng chất tạo được một sản phẩm thế monoclo duy nhất là:
A. 1.
B. 2.
C. 3.
D. 4.
Câu 16: khi clo hóa một ankan có công thức phân tử C6H14, người ta chỉ thu được 2 sản phẩm thế monoclo. Danh pháp IUPAC của ankan đó là:
A. 2,2-đimetylbutan.
B. 2-metylpentan.
C. n-hexan.
D. 2,3-đimetylbutan.
Câu 17: Khi clo hóa hỗn hợp 2 ankan, người ta chỉ thu được 3 sản phẩm thế monoclo. Tên gọi của 2 ankan đó là:
A. etan và propan.
B. propan và iso-butan.
C. iso-butan và n-pentan.
D. neo-pentan và etan.
Câu 18: Khi brom hóa một ankan chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất có tỉ khối hơi đối với hiđro là 75,5. Tên của ankan đó là:
A. 3,3-đimetylhecxan.
C. isopentan.
B. 2,2-đimetylpropan.
D. 2,2,3-trimetylpentan
Câu 19: Khi cho ankan X (trong phân tử có phần trăm khối lượng cacbon bằng 83,72%) tác dụng với clo theo tỉ lệ số mol 1:1 (trong điều kiện chiếu sáng) chỉ thu được 2 dẫn xuất monoclo đồng phân của nhau. Tên của X là:
A. 3-metylpentan.
B. 2,3-đimetylbutan.
C. 2-metylpropan.
D. butan.
Câu 20: Hiđrocacbon mạch hở X trong phân tử chỉ chứa liên kết σ và có hai nguyên tử cacbon bậc ba trong một phân tử. Đốt cháy hoàn toàn 1 thể tích X sinh ra 6 thể tích CO2 (ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). Khi cho X tác dụng với Cl2 (theo tỉ lệ số mol 1 : 1), số dẫn xuất monoclo tối đa sinh ra là:
A. 3.
B. 4.
C. 2.
D. 5.
Câu 21: Khi tiến hành phản ứng thế giữa ankan X với khí clo có chiếu sáng người ta thu được hỗn hợp Y chỉ chứa hai chất sản phẩm. Tỉ khối hơi của Y so với hiđro là 35,75. Tên của X là
A. 2,2-đimetylpropan.
B. 2-metylbutan.
C. pentan.
D. etan.
Câu 22: Ankan nào sau đây chỉ cho 1 sản phẩm thế duy nhất khi tác dụng với Cl2 (as) theo tỉ lệ mol (1 : 1): CH3CH2CH3 (a), CH4 (b), CH3C(CH3)2CH3 (c), CH3CH3 (d), CH3CH(CH3)CH3(e)
A. (a), (e), (d).
B. (b), (c), (d).
C. (c), (d), (e).
D. (a), (b), (c), (e), (d)
Câu 23: Khi thế monoclo một ankan A người ta luôn thu được một sản phẩm duy nhất. Vậy A là:
A. metan.
B. etan
C. neo-pentan
D. Cả A, B, C đều đúng.
Câu 24: Sản phẩm của phản ứng thế clo (1:1, ánh sáng) vào 2,2- đimetyl propan là :
(1) CH3C(CH3)2CH2Cl;
(2) CH3C(CH2Cl)2CH3 ;
(3) CH3ClC(CH3)3
A. (1); (2).
B. (2); (3).
C. (2).
D. (1)
Câu 25: Có bao nhiêu ankan là chất khí ở điều kiện thường khi phản ứng với clo (có ánh sáng, tỉ lệ mol 1:1) tạo ra 2 dẫn xuất monoclo ?
A. 4.
B. 2.
C. 5.
D. 3.
---(Nội dung đầy đủ, chi tiết từ câu 26 đến câu 40 của tài liệu vui lòng xem tại online hoặc đăng nhập để tải về máy)---
Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Phương pháp tính nhanh hiệu suất của phản ứng crackinh hợp chất hữu cơ môn Hóa học 11. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng đề thi này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong kì thi sắp tới.
