Giải Bài Toán Hóa Học: Hỗn Hợp X Gồm H2 và C2H4 Phản Ứng Hidro Hóa

Bài viết này sẽ đi sâu vào cách giải một bài toán điển hình liên quan đến hỗn hợp khí gồm H2 (hydro) và C2H4 (etilen) trải qua phản ứng hidro hóa, một chủ đề quan trọng trong hóa học hữu cơ. Chúng ta sẽ cùng phân tích từng bước để hiểu rõ bản chất và phương pháp giải quyết.

Đề bài:

Hỗn hợp khí X gồm H2 và C2H4 có tỉ khối so với He (heli) là 3,75. Dẫn X qua Ni (niken) nung nóng, thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He là 5. Tính hiệu suất của phản ứng hidro hóa.

Phân tích bài toán:

Đây là một bài toán hỗn hợp khí phản ứng. Điểm mấu chốt là phải hiểu rõ phản ứng hidro hóa xảy ra giữa H2 và C2H4, đồng thời áp dụng các định luật bảo toàn khối lượng và các công thức liên quan đến tỉ khối.

Lời giải chi tiết:

1. Tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp X:

   • Tỉ khối của X so với He là 3,75, suy ra khối lượng mol trung bình của X (M_X) = 3,75 * 4 = 15 g/mol.

2. Xác định tỉ lệ mol của H2 và C2H4 trong hỗn hợp X:

   Sử dụng phương pháp đường chéo:

   C2H4 (28)       13
                 /
                15
               /  
   H2   (2)        13

   => n_C2H4 / n_H2 = 13/13 = 1/1. Vậy trong hỗn hợp X, số mol C2H4 bằng số mol H2.

   Alt text: Sơ đồ đường chéo minh họa tỉ lệ mol giữa C2H4 và H2 trong hỗn hợp X, với khối lượng mol trung bình là 15.

3. Tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp Y:

   • Tỉ khối của Y so với He là 5, suy ra khối lượng mol trung bình của Y (M_Y) = 5 * 4 = 20 g/mol.

4. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

   • Khối lượng của hỗn hợp X bằng khối lượng của hỗn hợp Y (m_X = m_Y). Giả sử ban đầu có 1 mol hỗn hợp X, vậy m_X = 15 * 1 = 15g.

5. Tính số mol của hỗn hợp Y:

   • n_Y = m_Y / M_Y = 15 / 20 = 0,75 mol.

6. Tính số mol H2 đã phản ứng:

   • Số mol H2 phản ứng bằng số mol hỗn hợp X ban đầu trừ số mol hỗn hợp Y sau phản ứng: n_{H2 phản ứng} = 1 – 0,75 = 0,25 mol.

7. Tính hiệu suất phản ứng hidro hóa:

   • Vì số mol C2H4 và H2 trong X bằng nhau và bằng 0,5 mol, hiệu suất phản ứng được tính theo chất phản ứng hết (hoặc chất thiếu). Trong trường hợp này ta có thể tính theo H2.

   • Hiệu suất (H) = (n_{H2 phản ứng} / n_{H2 ban đầu}) 100% = (0,25 / 0,5) 100% = 50%.

Kết luận:

Hiệu suất của phản ứng hidro hóa giữa Hỗn Hợp X Gồm H2 Và C2h4 là 50%.

Bài toán này minh họa cách áp dụng các kiến thức về tỉ khối, định luật bảo toàn khối lượng và phương pháp đường chéo để giải quyết các bài toán hóa học liên quan đến phản ứng của hỗn hợp khí. Việc nắm vững các khái niệm cơ bản và luyện tập thường xuyên là chìa khóa để giải quyết thành công các bài toán tương tự.

Alt text: Hình ảnh minh họa phản ứng hidro hóa etilen (C2H4) thành etan (C2H6) với xúc tác Niken (Ni) và nhiệt độ.