Công thức bảo toàn số mol liên kết pi chi tiết, dễ hiểu nhất

1. Công thức bảo toàn số mol liên kết pi:

Đối với các bài toán cộng Br₂, H₂ vào hiđrocacbon không no thì nên áp dụng bảo toàn số mol liên kết π .

Hiđrocacbon không no, mạch hở có k liên kết pi có công thức là  C_nH_{2n + 2 – 2k} thì:

+ Số mol liên kết  = n_{phân tử hidrocacbon} . số liên kết π  = n_{phân tử hidrocacbon} .k

+ Số mol liên kết  

Cách tính số liên kết π đối với hiđrocacbon không no, mạch hở C_xH_y là:

Số liên kết

Bảo toàn liên kết pi là gì?

Tính chất cơ bản của H2 không no là tham gia phản cộng nhằm phá vỡ liên kết pi.

Bảo toàn liên kết pi có thể hiểu đơn giản là việc bù lại phần H2 mất đi bằng H2 hoặc Br2 để ta có được hợp chất no (ankan).

Bản chất của bảo toàn liên kết pi:

Khi ankan bị mất H2 nó sẽ biến thành các hợp chất không no và cứ mất đi một phân tử H2 thì hợp chất mới sẽ có liên kết pi là 1 (k =1).

Ví dụ:

Ankan mất đi 1 phân tử H2 biến thành anken có k = 1

Ankan mất đi 2 phân tử H2 biến thành ankin, ankadien,… có k = 2.

Dấu hiệu nhận biết bảo toàn liên kết pi:

Dấu hiệu nhận biết bài toán sử dụng phương pháp bảo toàn liên kết pi như sau:

Bài toán hiđrocacbon không no cộng H2 sau đó cộng dung dịch Br2

→ Tính lượng Br2 đã phản ứng.

2. Bạn nên biết:

Liên kết đôi C=C gồm một liên kết σ và một liên kết π; liên kết ba C ≡ C gồm một liên kết σ và hai liên kết π. Liên kết π kém bền hơn liên kết σ nên các anken, ankin dễ dàng tham gia phản ứng cộng tạo thành hợp chất no tương ứng.

*Phản ứng cộng H₂

Khi đun nóng có kim loại niken (hoặc platin hoặc palađi) làm xúc tác, anken và ankin kết hợp với hiđro tạo thành ankan tương ứng.

Thí dụ :

Khi dùng xúc tác là hỗn hợp Pd/Pb CO₃, hoặc Pd/BaSO₄, ankin chỉ cộng một phân tử hiđro tạo thành anken.

⇒ Đặc tính này được dùng để điều chế anken từ ankin.

*Phản ứng cộng brom

Các anken và ankin làm mất màu dung dịch nước brom.

⇒ Đây là một trong những phản ứng nhận biết hiđrocacbon không no.

3. Phương pháp bảo toàn số mol liên kết pi:

Cơ sở lý thuyết của phương pháp

Liên kết pi là liên kết kém bền vững, vì thế mà chúng dễ bị đứt ra để tạo thành liên kết σ với các nguyên tử khác. Khi có chất xúc tác như Ni, Pt hoặc Pd ở nhiệt độ thích hợp hiđrocacbon không no cộng hiđro vào liên kết pi.

Ta có sơ đồ sau:

Phương trình hóa học của phản ứng tổng quát

CnH2n+2−2k+kH2→xt,t∘CnH2n+2 (1) (k là số liên kết pi trong phân tử)

Tùy vào hiệu suất của phản ứng mà hỗn hợp Y có hiđrocacbon không no dư hoặc cả hai còn dư.

Dựa vào phản ứng tổng quát (1) ta thấy,

Trong phản ứng cộng H2, số mol khí sau phản ứng luôn giảm (nY

nH2=nX–nY (2)

Mặt khác, theo quy định luật bảo toàn khối lượng thì khối lượng X bằng khối lượng hỗn hợp Y.

Ta có:

MY¯=mYnY; MX¯=mXnX

dX/Y=MX¯MY=mXnXmYnY=mXnX.nYmY=nYnX>1 ( do nX>nY)

Viết gọn lại ta có: dX/Y=MX¯MY=nYnX (3)

Hai hỗn hợp X và Y chứa cùng số mol C và H nên:

Khi đốt cháy hỗn hợp X hay hỗn hợp Y đều cho ta các kết quả sau:

Do đó thay vì tính toán trên hỗn hợp Y (thường phức tạp hơn trên hỗn hợp X) ta có thể có dùng phản ứng đốt cháy hỗn hợp X để tính số mol các chất như: nO2pu,nCO2,NH2O

Số mol hiđrocacbon trong X sẽ bằng với số mol hiđrocacbon trong Y

nhidrocacbonX=nhidrocacbonY (5)

3.1. Trường hợp hiđrocacbon trong X là anken:

Ta có sơ đồ sau:

Phương trình hóa học của phản ứng:

CnH2n+H2→xt,t∘CnH2n+2

Đặt nCnH2n=a;nH2=b

Nếu phản ứng cộng H2 hoàn toàn thì:

Trường hợp 1: Hết anken, dư H2

nH2pu=nCnH2n=nCnH2n+2=amolnH2du=b–a}⇒nY=nCnH2n+2+nH2du=b

Vậy nH2(X)=nY (6)

Trường hợp 2: Hết H2, dư anken

nH2=nCnH2n+2=bmolnCnH2ndu=a–b}⇒nY=nCnH2n+2+nCnH2ndu=a

Vậy: nanken(X)=nY (7)

Trường hợp 3: Cả hai đều hết

nH2=nCnH2n=nCnH2n+2=a=b(mol)

⇒nY=nCnH2n+2=a=b

Vậy: nH2(X)=nanken(X)=nY (8)

Nếu như phản ứng cộng hidro không hoàn toàn thì sẽ còn lại cả hai.

Nhận xét:

Dù phản ứng xảy ra trong trường hợp nào thì ta luôn có:

nH2pu=nankenpu=nX–nY (9)

3.2. Trường hợp hiđrocacbon trong X là anken:

Ankin cộng H2 thường tạo ra hai sản phẩm

CnH2n−2+2H2→xt,t∘CnH2n+2

CnH2n−2+H2→xt,t∘CnH2n

Nếu phản ứng không hoàn toàn, hỗn hợp thu được gồm 4 chất: anken, ankan, ankin dư và hiđro dư.

Ta có sơ đồ:

Nhận xét:

nH2pu=nX–nY≠nankinpu

4. Bài tập minh họa:

Bài 1 : Hỗn hợp X gồm 0,15 mol vinylaxetilen và 0,6 mol H₂. Nung nóng hỗn hợp X (xúc tác Ni) một thời gian, thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H₂ bằng 10. Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng là

A. 12 gam.           

B. 24 gam.           

C. 8 gam.              

D. 16 gam.

Hướng dẫn giải

Ta có: vinylaxetilen có công thức là C₄H₄  ⇒ có 3 liên kết π

Bảo toàn khối lượng ta có:

Độ giảm số mol chính là số mol mà H₂ phản ứng ⇒ n_H2Pu = 0,75 – 0,45 = 0,3 mol

Áp dụng bảo toàn số mol liên kết π ta có:

Đáp án B

Câu 2: Hỗn hợp khí X gồm 0,5 mol H₂ và 0,15 mol vinylaxetilen. Nung X một thời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với  bằng d. Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng là 16 gam. Giá trị của d là

A. 29,33.                 

B. 14,67.                        

C. 13,54.                          

C. 6,77.

Hướng dẫn giải

Ta có: vinylaxetilen có công thức là C₄H₄ ⇒ có 3 liên kết π

Đáp án B

Câu 3: Hỗn hợp khí A gồm 0,4 mol  và 0,2 mol ankin X. Nung A một thời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp B có tỉ khối so với  bằng 12. Dẫn hỗn hợp B qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng brom tham gia phản ứng là 8 gam. Công thức phân tử của X là

A. C₃H₄

B. C₂H₄

C. C₄H₆

D. C₂H₂

Hướng dẫn giải

Gọi công thức tổng quát của ankin X là .C_nH_{2n – 2} (n > 2)

Vậy công thức phân tử của X là C₂H₂

Đáp án D

Bài 4: Dẫn 1,68 lít hỗn hợp khí X gồm 2 hidrocacbon vào bình đựng dung dịch brom (dư). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn , có 4 gam brom đã phản ứng và còn lại 1,12 lít khí. Nếu đốt cháy hoàn toàn 1,68 lít X thì sinh ra 2,8 lít khí CO2. CTPT của 2 hidrocacbon là gì? (biết các khí đều đo ở điều kiện tiêu chuẩn)

Cách giải

nX = 1,6822,4 = 0,075 mol 

nBr2 = 0,025 mol

Số mol khí còn lại là: 1,1222,4 = 0,05 mol

→ số mol khí phản ứng với brom: 

nX – nkhiconlai = 0,075–0,05=0,025 mol

→ số mol khí phản ứng với brom = nBr2 =0,025 mol

→ Khí phản ứng với Br2 là anken

→n anken =0,025 mol

Khí còn lại là ankan, N=n ankan =0,05 mol

nCO2 = 2,822,4 = 0,125 mol

→ Đốt cháy hoàn toàn 0,075 mol X thì sinh ra 0,125 mol khí CO2

→ Số C trung bình của X là: 0,1250,075 = 1,67

→ Trong X phải chứa CH4→ nCH4 =0,05 mol

Bảo toàn nguyên tố C: 0,05.1 + 0,025.n = 0,125 (n là số nguyên tử C trong anken)

→ n = 3 → anken đó là C3H6

Bài 5: Cho H2 và 1 anken có thể tích bằng nhau qua niken nung nóng ta thu được hỗn hợp A . Biết tỉ khối hơi của A với H2 là 23,2. Hiệu suất phản ứng hiđro hóa là 75%. Tìm công thức phân tử của anken.

Cách giải

Trong cùng 1 điều kiện thì tỉ lệ thể tích cũng chính là tỉ lệ về số mol.

Theo giả thiết ta chọn: nH2 = nCnH2n = 1mol

CnH2n+H2→CnH2n+2

Theo phương trình, số mol khí giảm chính là số mol của H2

H% = 75% →nH2pu =0 ,75mol

→ Số mol khí sau phản ứng là:

nkhisaupu = nH2saupu + nCnH2nsaupu – nCnH2n +2 = 1+1–0,75 = 1,25mol

Áp dụng với định luật bảo toàn khối lượng ta có:

mA = mH2+ mCnH2n =2+14n

→MA = mAnA→23.2,2 = mA1,25 →mA = 58→2+14n = 58→n = 4

Vậy anken là C4H8