Chào các em học sinh thân mến! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập khá hay về hỗn hợp hidrocacbon không no, liên quan đến các phản ứng đặc trưng của anken và ankin. Bài tập này sẽ giúp chúng ta ôn lại kiến thức về phản ứng cộng của anken, phản ứng của ankin có liên kết ba đầu mạch với dung dịch AgNO₃/NH₃ và phản ứng cộng H₂.

Chúng ta hãy cùng phân tích đề bài và giải từng phần một cách chi tiết nhé!

A. PHÂN TÍCH ĐỀ BÀI VÀ HƯỚNG GIẢI:

Hỗn hợp T gồm C₃H₆ (propen) và C₂H₂ (axetilen).

1. Khi cho T tác dụng với dung dịch AgNO₃/NH₃ dư:

• Chất nào phản ứng? Axetilen (C₂H₂) là ankin có liên kết ba đầu mạch, nên sẽ phản ứng tạo kết tủa bạc axetilenua (Ag₂C₂).
• Propen (C₃H₆) là anken, không phản ứng với dung dịch AgNO₃/NH₃.
• Từ khối lượng kết tủa, ta sẽ tính được số mol của C₂H₂.

2. Khi cho T tác dụng với dung dịch brom:

• Cả hai chất C₃H₆ và C₂H₂ đều có liên kết bội (liên kết đôi, liên kết ba) nên đều làm mất màu dung dịch brom do phản ứng cộng.
• Propen (C₃H₆) có 1 liên kết đôi, cộng 1 phân tử Br₂.
• Axetilen (C₂H₂) có 1 liên kết ba, cộng 2 phân tử Br₂.
• Ta đã có số mol C₂H₂ từ bước 1. Từ tổng số mol Br₂ phản ứng, ta sẽ tính được số mol Br₂ đã phản ứng với C₃H₆, từ đó suy ra số mol C₃H₆.

3. Tính %V mỗi chất (Phần a):

• Đối với hỗn hợp khí ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, tỉ lệ thể tích cũng chính là tỉ lệ số mol.
• Sau khi tính được số mol của từng chất, ta sẽ dễ dàng tính được phần trăm thể tích của chúng.

4. Phản ứng cộng H₂ (Phần b):

• Phản ứng cộng H₂ (hidro hóa) với xúc tác Ni, đun nóng sẽ biến các hidrocacbon không no thành hidrocacbon no tương ứng.
• C₃H₆ sẽ cộng 1 phân tử H₂ để tạo C₃H₈.
• C₂H₂ sẽ cộng 2 phân tử H₂ để tạo C₂H₆.
• Chú ý: Khối lượng hỗn hợp T trong phần b là 24,6g, KHÔNG phải là lượng ban đầu dùng trong phần a. Chúng ta cần xác định lại số mol của mỗi chất trong 24,6g hỗn hợp T này, dựa vào tỉ lệ số mol đã tìm được ở phần a.
• Sau đó, tính tổng số mol H₂ cần dùng và quy đổi ra thể tích ở điều kiện tiêu chuẩn (ĐKC).

B. GIẢI BÀI TẬP:

Phần a: Tính %V mỗi chất trong hỗn hợp T

Bước 1: Tính số mol của C₂H₂ dựa vào phản ứng với dung dịch AgNO₃/NH₃.

Chỉ có C₂H₂ (axetilen) phản ứng với dung dịch AgNO₃/NH₃ dư tạo kết tủa bạc axetilenua (Ag₂C₂).

Phương trình phản ứng:

\[ \text{C}_2\text{H}_2 + 2\text{AgNO}_3 + 2\text{NH}_3 \rightarrow \text{Ag}_2\text{C}_2 \downarrow + 2\text{NH}_4\text{NO}_3 \]

Khối lượng kết tủa thu được là 24g.

Khối lượng mol của Ag₂C₂ là:


\[ M_{\text{Ag}_2\text{C}_2} = (2 \times 108) + (2 \times 12) = 216 + 24 = 240 \text{ g/mol} \]

Số mol kết tủa Ag₂C₂ là:


\[ n_{\text{Ag}_2\text{C}_2} = \frac{m}{M} = \frac{24}{240} = 0,1 \text{ mol} \]

Theo phương trình phản ứng, số mol C₂H₂ bằng số mol Ag₂C₂:


\[ n_{\text{C}_2\text{H}_2} = n_{\text{Ag}_2\text{C}_2} = 0,1 \text{ mol} \]


Bước 2: Tính số mol của C₃H₆ dựa vào phản ứng với dung dịch brom.

Cả C₃H₆ và C₂H₂ đều làm mất màu dung dịch brom.

Số mol Br₂ tổng cộng đã phản ứng là:


\[ n_{\text{Br}_2 \text{ tổng}} = V_{dd} \times C_M = 0,4 \text{ L} \times 1 \text{ mol/L} = 0,4 \text{ mol} \]

Phản ứng của C₂H₂ với Br₂:


\[ \text{C}_2\text{H}_2 + 2\text{Br}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_2\text{Br}_4 \]

Số mol Br₂ phản ứng với C₂H₂ là:


\[ n_{\text{Br}_2 \text{ do C}_2\text{H}_2} = 2 \times n_{\text{C}_2\text{H}_2} = 2 \times 0,1 = 0,2 \text{ mol} \]

Số mol Br₂ còn lại để phản ứng với C₃H₆ là:


\[ n_{\text{Br}_2 \text{ do C}_3\text{H}_6} = n_{\text{Br}_2 \text{ tổng}} – n_{\text{Br}_2 \text{ do C}_2\text{H}_2} = 0,4 – 0,2 = 0,2 \text{ mol} \]

Phản ứng của C₃H₆ với Br₂:


\[ \text{C}_3\text{H}_6 + \text{Br}_2 \rightarrow \text{C}_3\text{H}_6\text{Br}_2 \]

Theo phương trình phản ứng, số mol C₃H₆ bằng số mol Br₂ phản ứng với nó:


\[ n_{\text{C}_3\text{H}_6} = n_{\text{Br}_2 \text{ do C}_3\text{H}_6} = 0,2 \text{ mol} \]


Bước 3: Tính phần trăm thể tích mỗi chất.

Tổng số mol các chất khí trong hỗn hợp T là:


\[ n_T = n_{\text{C}_3\text{H}_6} + n_{\text{C}_2\text{H}_2} = 0,2 + 0,1 = 0,3 \text{ mol} \]

Phần trăm thể tích mỗi chất cũng chính là phần trăm số mol của chúng (đối với hỗn hợp khí):


\[ \%V_{\text{C}_3\text{H}_6} = \frac{n_{\text{C}_3\text{H}_6}}{n_T} \times 100\% = \frac{0,2}{0,3} \times 100\% \approx 66,67\% \]


\[ \%V_{\text{C}_2\text{H}_2} = \frac{n_{\text{C}_2\text{H}_2}}{n_T} \times 100\% = \frac{0,1}{0,3} \times 100\% \approx 33,33\% \]

(Hoặc: \( \%V_{\text{C}_2\text{H}_2} = 100\% – 66,67\% = 33,33\% \))

Phần b: Tính thể tích H₂ cần dùng để hidro hóa 24,6g hỗn hợp T

Bước 1: Xác định tỉ lệ mol của các chất trong hỗn hợp T.

Từ phần a, ta có tỉ lệ số mol n_C3H6 : n_C2H2 = 0,2 : 0,1 = 2 : 1.

Tỉ lệ này là không đổi đối với mọi lượng hỗn hợp T.

Gọi số mol của C₂H₂ trong 24,6g hỗn hợp T là \( x \) mol.

Khi đó, số mol của C₃H₆ trong 24,6g hỗn hợp T là \( 2x \) mol.

Bước 2: Tính số mol cụ thể của mỗi chất trong 24,6g hỗn hợp T.

Khối lượng mol của C₃H₆ là: \( M_{\text{C}_3\text{H}_6} = 3 \times 12 + 6 = 42 \text{ g/mol} \)

Khối lượng mol của C₂H₂ là: \( M_{\text{C}_2\text{H}_2} = 2 \times 12 + 2 = 26 \text{ g/mol} \)

Tổng khối lượng của 24,6g hỗn hợp T là:

\[ m_{\text{hh T}} = m_{\text{C}_3\text{H}_6} + m_{\text{C}_2\text{H}_2} = (2x \times 42) + (x \times 26) = 24,6 \]


\[ 84x + 26x = 24,6 \]


\[ 110x = 24,6 \]


\[ x = \frac{24,6}{110} \text{ mol} \]

Do đó:

Số mol C₂H₂ là: \( n_{\text{C}_2\text{H}_2} = x = \frac{24,6}{110} \text{ mol} \)

Số mol C₃H₆ là: \( n_{\text{C}_3\text{H}_6} = 2x = 2 \times \frac{24,6}{110} = \frac{49,2}{110} \text{ mol} \)

Bước 3: Tính tổng số mol H₂ cần dùng.

Các phản ứng hidro hóa để tạo hidrocacbon no:

\[ \text{C}_3\text{H}_6 + \text{H}_2 \xrightarrow{Ni, t^o} \text{C}_3\text{H}_8 \]


\[ \text{C}_2\text{H}_2 + 2\text{H}_2 \xrightarrow{Ni, t^o} \text{C}_2\text{H}_6 \]

Số mol H₂ cần để hidro hóa C₃H₆ là:


\[ n_{\text{H}_2 \text{ do C}_3\text{H}_6} = n_{\text{C}_3\text{H}_6} = \frac{49,2}{110} \text{ mol} \]

Số mol H₂ cần để hidro hóa C₂H₂ là:


\[ n_{\text{H}_2 \text{ do C}_2\text{H}_2} = 2 \times n_{\text{C}_2\text{H}_2} = 2 \times \frac{24,6}{110} = \frac{49,2}{110} \text{ mol} \]

Tổng số mol H₂ cần dùng là:


\[ n_{\text{H}_2 \text{ tổng}} = n_{\text{H}_2 \text{ do C}_3\text{H}_6} + n_{\text{H}_2 \text{ do C}_2\text{H}_2} = \frac{49,2}{110} + \frac{49,2}{110} = 2 \times \frac{49,2}{110} = \frac{98,4}{110} \text{ mol} \]


\[ n_{\text{H}_2 \text{ tổng}} = \frac{49,2}{55} \text{ mol} \approx 0,8945 \text{ mol} \]


Bước 4: Tính thể tích H₂ cần dùng.

Nếu không nói rõ điều kiện, ta thường tính thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn (ĐKC), tức là 0°C và 1 atm, với thể tích mol là 22,4 lít/mol.


\[ V_{\text{H}_2} = n_{\text{H}_2 \text{ tổng}} \times 22,4 = \frac{49,2}{55} \times 22,4 \]


\[ V_{\text{H}_2} = \frac{1102,08}{55} \approx 20,0378 \text{ L} \]

Làm tròn đến hai chữ số thập phân, ta được:


\[ V_{\text{H}_2} \approx 20,04 \text{ L} \]

C. KẾT LUẬN:

a. Phần trăm thể tích của mỗi chất trong hỗn hợp T là:

• %V_C3H6 \(\approx\) 66,67%
• %V_C2H2 \(\approx\) 33,33%

b. Thể tích H₂ cần dùng (ở ĐKC) để hidro hóa hoàn toàn 24,6g hỗn hợp T là 20,04 lít.

Hy vọng bài giải này sẽ giúp các em củng cố kiến thức và hiểu rõ hơn về các dạng bài tập hidrocacbon không no nhé! Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy!