Hỗn hợp khí X gồm H2 và hidrocacbon A (mạch hở, có công thức phân tử CnH2n) được lấy theo tỉ lệ mol 1:1. Đun nóng X với bột Ni làm xúc tác để phản ứng xảy ra. Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H2 là 17,6. Tìm công thức phân tử của A. Biết hiệu suất phản ứng đạt trên 50%.
Đáp án:
A là \({C_2}{H_4}\) hoặc \({C_3}{H_6}\)
Giải thích các bước giải:
Phản ứng xảy ra:
\({C_n}{H_{2n}} + {H_2}\xrightarrow{{}}{C_n}{H_{2n + 2}}\)
Giả sử 2 chất trong X đều có số mol là 1 mol.
BTKL:
\({m_Y} = {m_X} = {m_{{H_2}}} + {m_A} = 1.2 + 1.14n = 14n + 2\)
Gọi số mol A phản ứng là x.
Sau phản ứng hỗn hợp chứa 1-x mol A dư; 1-x mol hidro dư và x mol ankan tạo ra
\( \to {n_Y} = 1 – x + 1 – x + x = 2 – x{\text{ mol}} \to {{\text{M}}_Y} = \frac{{14n + 2}}{{2 – x}} = 17,6.2 = 36,2 \to 14n + 2 = 36,2.(2 – x)\)
Vì hiệu suất trên 50 nên x>0,5
\( \to 14n + 2 < 36,2.(2 – 0,5) \to n < 3,736\)
Vì \(n \geqslant 2\) nên thỏa mãn n=2 hoặc 3.
A là \({C_2}{H_4}\) hoặc \({C_3}{H_6}\)
$C_nH_{2n}+ H_2 \buildrel{{Ni, t^o}}\over\to C_nH_{2n+2}$
Coi X gồm 1 mol mỗi chất
$m_X= m_Y= 14n.1+ 2.1= 14n+2 (g)$
=> $n_Y= \frac{14n+2}{17,6} mol$
Số mol khí giảm là số mol hidro phản ứng:
$2-\frac{14n+2}{17,6}= \frac{33,2-14n}{17,6} mol$
Hiệu suất > 50% nên ta có:
$\frac{33,2-14n}{17,6} > 0,5$
$\Leftrightarrow n>1,7$
Để hidrocacbon A là khí thì $n\le 4$
Vậy A có thể là $C_2H_4, C_3H_6, C_4H_8$