Xét bài toán hóa học liên quan đến Hỗn Hợp Khí X Gồm H2 Và C2h4, ta đi sâu vào việc tính hiệu suất phản ứng hydro hóa khi dẫn hỗn hợp này qua niken nung nóng. Đây là một dạng bài tập quan trọng trong chương trình hóa học hữu cơ, đặc biệt khi nghiên cứu về anken và phản ứng cộng.
Đề bài:
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. Tính hiệu suất của phản ứng hiđro hoá?
Phân tích bài toán:
Bài toán cho ta biết tỉ khối của hỗn hợp khí trước và sau phản ứng. Dữ kiện này cho phép ta xác định được thành phần của hỗn hợp khí X ban đầu và mối quan hệ giữa lượng chất phản ứng và sản phẩm. Phản ứng hydro hóa C2H4 diễn ra như sau:
C2H4 + H2 → C2H6
Để giải bài toán này, ta cần áp dụng các kiến thức về:
- Tỉ khối của chất khí
- Phương trình hóa học và tỉ lệ phản ứng
- Hiệu suất phản ứng
Lời giải chi tiết:
-
Xác định khối lượng mol trung bình của X:
MX = 4 * 3,75 = 15 (g/mol)
-
Xác định tỉ lệ mol của H2 và C2H4 trong X:
Áp dụng sơ đồ đường chéo:
C2H4 (28) 13 / 15 / H2 (2) 13Alt text: Sơ đồ đường chéo minh họa cách tính tỉ lệ mol giữa H2 và C2H4 trong hỗn hợp khí X, sử dụng khối lượng mol trung bình của hỗn hợp và khối lượng mol của từng khí.
=> nC2H4 / nH2 = 13/13 = 1/1
Vậy trong hỗn hợp X, số mol C2H4 bằng số mol H2.
-
Giả sử số mol hỗn hợp X:
Giả sử nX = 1 mol => nC2H4 = nH2 = 0,5 mol. Khối lượng của X là: mX = 15 * 1 = 15 gam.
-
Xác định khối lượng mol trung bình của Y:
MY = 4 * 5 = 20 (g/mol)
-
Tính số mol của Y:
Vì khối lượng được bảo toàn trong quá trình phản ứng (mX = mY), ta có: nY = mY / MY = 15 / 20 = 0,75 mol.
-
Tính số mol H2 đã phản ứng:
Số mol khí giảm sau phản ứng chính là số mol H2 đã phản ứng: nH2 (phản ứng) = nX – nY = 1 – 0,75 = 0,25 mol.
-
Tính hiệu suất phản ứng:
Hiệu suất phản ứng được tính theo chất phản ứng hết (hoặc chất có số mol nhỏ hơn nếu biết chất nào dư). Trong trường hợp này, ta có thể tính theo C2H4 hoặc H2 vì số mol ban đầu của chúng bằng nhau.
H = (nH2 phản ứng / nH2 ban đầu) 100% = (0,25 / 0,5) 100% = 50%.
Kết luận:
Vậy hiệu suất của phản ứng hiđro hoá là 50%.
Lưu ý:
- Trong bài toán này, việc sử dụng sơ đồ đường chéo giúp đơn giản hóa việc tính toán tỉ lệ mol của các chất trong hỗn hợp khí.
- Cần nắm vững định luật bảo toàn khối lượng để liên hệ giữa khối lượng và số mol của hỗn hợp khí trước và sau phản ứng.
- Hiệu suất phản ứng luôn được tính theo chất phản ứng hết hoặc chất có số mol nhỏ hơn (nếu đề bài không cho biết chất nào dư).
Bài toán về hỗn hợp khí X gồm H2 và C2H4 và hiệu suất phản ứng hydro hóa là một ví dụ điển hình cho việc áp dụng các kiến thức hóa học cơ bản để giải quyết các bài toán phức tạp hơn. Nắm vững các kiến thức nền tảng và kỹ năng giải toán là chìa khóa để thành công trong môn hóa học.
