Bài tập 9.35 trang 70 SBT Hóa 11: Hỗn hợp M chứa ba hợp chất hữu cơ X, Y và Z...

9.33. Hỗn hợp M chứa ba hợp chất hữu cơ X, Y và Z. Hai chất X và Y kế tiếp nhau trong một dãy đồng đẳng ( ({M_Y} > {M_X}) ). Chất Z là đồng phân của chất Y.

Nếu làm bay hơi 3,2 g M thì thể tích hơi thu được đúng bằng thể tích của 1,68g khí nitơ ở cùng điều kiện.

Để đốt cháy hoàn toàn 16g M cần dùng vừa hết 23,52 lít ({O_2}) (đktc). Sản phẩm cháy chỉ có (C{O_2}) và ({H_2}O) với số mol bằng nhau.

Nếu cho 48g M tác dụng với Na(lấy dư), thu được 1,68 lít ({H_2})(đktc).

Hãy xác địng công thức phân tử, công thức cấu tạo, tên và phần trăm về khối lượng của từng chất trong hỗn hợp M.

Hướng dẫn trả lời:

Số mol 3 chất trong 3,20 g hỗn hợp M : (frac{{1,68}}{{28}}) = 0,06 (mol).

Số mol 3 chất trong 16 g M : (frac{{0,06.16}}{{3,2}}) = 0,3 (mol)

Khi đốt hỗn hợp M ta chỉ thu được C0₂ và H₂0.

Vậy, các chất trong hỗn hợp đó chỉ có thể chứa C, H và O.

Đặt công thức chất X là C_xH_yO_z thì chất Y là C_x+1H_y+2O_z.Chất Z là đồng phân của Y nên công thức phân tử giống chất Y.

Giả sử trong 16 g hỗn hợp M có a mol chất X và b mol hai chất Y và Z :

(left{ egin{array}{l}
a + b = 0,3(1)
(12{ m{x}} + y + 16{ m{z}})a + (12{ m{x}} + y + 16{ m{z}} + 14)b = 16(2)
end{array} ight.)

Khi đốt 16 g M thì tổng khối lượng C0₂ và H₂0 thu được bằng tổng khối lượng của M và 0₂ và bằng :

(16 + frac{{23,52}}{{22,4}}.32 = 49,6(g))

Mặt khác, số mol C0₂ = số mol H₂0 = n :

44n + 18n = 49,6 ( Rightarrow ) n = 0,8 

({C_x}{H_y}{O_z} + (x + frac{y}{4} – frac{z}{2}){O_2} o xC{O_2} + frac{y}{2}{H_2}O)

a mol                                                  xa mol      (frac{y}{2})a mol

({C_{x + 1}}{H_{y + 2}}{O_z} + (x + frac{y}{4} – frac{z}{2} + 1,5){O_2})( o (x + 1)C{O_2} + frac{{y + 2}}{2}{H_2}O)

b mol                                               (x + 1)b mol     (frac{{y + 2}}{2})b mol

Số mol C0₂ là : xa + (x + 1)b = 0,8 (mol) (3)

Số mol H₂0 là : (frac{{y{ m{a}} + (y + 2)b}}{2}) = 0,8 (mol)

do đó : ya + (y + 2)b = 1,6 (4)

Giải hệ phương trình :

Biến đổi (3) ta có x(a + b) + b = 0,8

Vì a + b = 0,3 nên b = 0,8 – 0,3x

Vì 0 < b < 0,3 nên 0 < 0,8 – 0,3x < 0,3 ( Rightarrow ) 1,66 < x < 2,66

x nguyên ( Rightarrow ) x = 2 ( Rightarrow ) b = 0,8 – 0,3.2 = 0,2

( Rightarrow ) a = 0,3 – 0,2 = 0,1

Thay giá trị của a và b vào (4), tìm được y = 4.

Thay giá trị của a, b, x và y vào (2), tìm được z = 1.

Vậy chất X có CTPT là C₂H₄0, hai chất Y và z có cùng CTPT là C₃H₆0.

Chất X chỉ có thể có CTCT là  (etanal) vì chất CH₂ = CH – OH không bền và chuyển ngay thành etanal.

Chất Y là đồng đẳng của X nên CTCT là  (propanal).

Hỗn hợp M có phản ứng với Na. Vậy, chất Z phải là ancol CH₂ = CH – CH₂ – OH (propenol) :

2CH₂ = CH – CH₂ – OH + 2Na ( o ) 2CH₂ = CH – CH₂ – ONa + H_{2( uparrow )}

Số mol Z trong 48 g M là : 2.số mol H₂ = 2.(frac{{1,68}}{{22,4}}) =0,15 (mol).

Số mol z trong 16 g M là : (frac{{0,15.16}}{{48}}) = 0,05 (mol)

Số mol Y trong 16 g M là : 0,2 – 0,05 = 0,15 (mol).

Thành phần khối lượng của hỗn hợp M :

Chất X chiếm : (frac{{0,1.44}}{{16}}). 100% = 27,5%.

Chất Y chiếm : (frac{{0,15.58}}{{16}}). 100% = 54,4%.

Chất Z chiếm : (frac{{0,05.58}}{{16}}). 100% = 18,1%.