Bài toán: Cho Hỗn Hợp X Gồm 0,1 mol propenal (CH₂=CHCHO) và khí hydro (H₂) qua ống sứ nung nóng có chứa Niken (Ni) làm xúc tác, thu được hỗn hợp Y gồm propanal (CH₃CH₂CHO), propan-1-ol (CH₃CH₂CH₂OH), propenal dư và 0,15 mol khí hydro.
a) Viết các phương trình hóa học xảy ra.
b) Tính số mol khí hydro trong hỗn hợp X ban đầu, biết tỉ khối hơi của hỗn hợp Y so với CH₄ bằng 1,55.
Giải chi tiết bài toán
a) Phương trình hóa học
Phản ứng xảy ra là phản ứng cộng hydro vào liên kết đôi C=C và C=O trong phân tử propenal. Niken (Ni) đóng vai trò là chất xúc tác.
-
Phản ứng tạo propanal (aldehyde no):
CH₂=CHCHO + H₂ → CH₃CH₂CHO
-
Phản ứng tạo propan-1-ol (alcohol no):
CH₂=CHCHO + 2H₂ → CH₃CH₂CH₂OH
Hỗn hợp Y thu được gồm propanal, propan-1-ol, propenal (dư) và hydro (dư).
b) Tính số mol H₂ trong hỗn hợp X ban đầu
Phân tích bài toán: Bài toán liên quan đến phản ứng cộng hydro vào hợp chất không no, cụ thể là propenal. Để giải quyết, chúng ta cần áp dụng định luật bảo toàn khối lượng và sử dụng thông tin về tỉ khối hơi của hỗn hợp Y.
Lời giải:
-
Bước 1: Xác định số mol propenal phản ứng
Số mol propenal ban đầu (X) = số mol propanal + số mol propan-1-ol + số mol propenal dư = 0,1 mol
-
Bước 2: Tính số mol hỗn hợp Y
Tổng số mol khí trong hỗn hợp Y = n(propanal) + n(propan-1-ol) + n(propenal dư) + n(H₂ dư) = 0,1 + 0,15 = 0,25 mol
-
Bước 3: Tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp Y
M(trung bình của Y) = 1,55 M(CH₄) = 1,55 16 = 24,8 g/mol
-
Bước 4: Tính khối lượng của hỗn hợp Y
m(hỗn hợp Y) = n(hỗn hợp Y) M(trung bình của Y) = 0,25 24,8 = 6,2 g
-
Bước 5: Tính khối lượng hydro đã phản ứng
m(propenal ban đầu) = 0,1 mol * 56 g/mol = 5,6 g
m(H₂ đã phản ứng) = m(hỗn hợp Y) – m(propenal ban đầu) = 6,2 – 5,6 = 0,6 g=> n(H₂ đã phản ứng) = 0,6 g / 2 g/mol = 0,3 mol
-
Bước 6: Tính số mol hydro ban đầu trong hỗn hợp X
n(H₂ ban đầu) = n(H₂ đã phản ứng) + n(H₂ dư) = 0,3 + 0,15 = 0,45 mol
Kết luận: Số mol khí hydro trong hỗn hợp X ban đầu là 0,45 mol.
Mở rộng và ứng dụng
Bài toán “cho hỗn hợp X gồm” là một dạng bài tập phổ biến trong hóa học hữu cơ, đặc biệt khi nghiên cứu về anđehit và rượu. Các bài toán tương tự có thể biến đổi bằng cách thay đổi:
- Thành phần hỗn hợp X: Thay propenal bằng các anđehit hoặc xeton khác, thêm các chất trơ không phản ứng.
- Điều kiện phản ứng: Thay đổi nhiệt độ, áp suất, xúc tác có thể ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng và sản phẩm tạo thành.
- Thông tin đề bài: Thay vì cho tỉ khối hơi, đề bài có thể cho khối lượng sản phẩm, hiệu suất phản ứng, hoặc yêu cầu xác định công thức cấu tạo của các chất.
Ứng dụng:
- Tổng hợp hữu cơ: Phản ứng hydro hóa là một phương pháp quan trọng để điều chế các alcohol và hydrocarbon no từ các hợp chất không no.
- Công nghiệp thực phẩm: Hydro hóa dầu thực vật để sản xuất bơ thực vật và shortening.
- Phân tích hóa học: Xác định hàm lượng các chất không no trong hỗn hợp bằng phương pháp hydro hóa.
Lưu ý khi giải bài toán “cho hỗn hợp X gồm”:
- Xác định rõ các phản ứng xảy ra: Viết đúng phương trình phản ứng là bước quan trọng nhất.
- Lập sơ đồ phản ứng: Giúp hình dung rõ quá trình biến đổi và quan hệ giữa các chất.
- Sử dụng các định luật bảo toàn: Bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn electron.
- Lựa chọn phương pháp giải phù hợp: Có thể sử dụng phương pháp đại số, phương pháp trung bình, hoặc phương pháp ghép ẩn số.
Hy vọng bài viết này cung cấp đầy đủ kiến thức và kỹ năng để giải quyết các bài toán liên quan đến “cho hỗn hợp X gồm” và mở rộng hiểu biết về ứng dụng của phản ứng hydro hóa trong hóa học.
