Mục lục bài viết

1. Lý thuyết về số liên kết pi
2. Công thức bảo toàn số mol liên kết pi
3. Một số bài tập vận dụng liên quan

1. Lý thuyết về số liên kết pi

Liên kết đôi C=C bao gồm một liên kết σ (sigma) và một liên kết π (pi), trong khi liên kết ba C≡C bao gồm một liên kết σ và hai liên kết π. Do liên kết π thường ít bền hơn liên kết σ, nên các hiđrocacbon không no như alken và alkin dễ dàng tham gia vào các phản ứng cộng. Trong quá trình này, liên kết π phá vỡ để tạo ra các sản phẩm mới, thường là các hợp chất no tương ứng.

+ Phản ứng phá vỡ liên kết pi (tham gia phản cộng): Hiđrocacbon không no, như alken và alkin, có thể tham gia vào các phản ứng phá vỡ liên kết pi. Điều này thường xảy ra trong các phản ứng cộng với các chất phản ứng như hidrogen (H2) hoặc halogen (như Br2). Trong quá trình này, liên kết pi giữa các nguyên tử cacbon của liên kết đôi (trong alken) hoặc liên kết ba (trong alkin) bị phá vỡ để tạo ra các sản phẩm mới.

+ Bảo toàn liên kết pi: Khi thực hiện phản ứng cộng, việc bảo toàn liên kết pi có nghĩa là số liên kết pi trong phân tử không no sau phản ứng vẫn giữ nguyên. Trong trường hợp phản ứng với hidrogen (H2) hoặc halogen (Br2), các nguyên tử này thường được thêm vào các nguyên tử cacbon, và do đó, không có sự mất mát liên kết pi.

Ví dụ: Trong trường hợp alken: CH2 = CH2 + H2 → CH 3 − CH3. Trong trường hợp alkin: CH ≡ CH + H2 → CHBr − CHBr. Cả hai phản ứng trên đều tham gia phản cộng để tạo ra các hợp chất no, và liên kết pi được bảo toàn trong quá trình này.

2. 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 CnH2n + 2 - 2k thì:

CnH2n+2-2k + kH2 → CnH2n+2 (Số liên kết π = k)

CnH2n+2-2k + kBr2 → CnH2n+2-2kBr2k

+ Số mol liên kết = nphân tử hidrocacbon . số liên kết π = nphân tử hidrocacbon .k

+ Số mol liên kết = n H2 phản ứng + n Br2 phản ứng

Cách tính số liên kết π đối với hiđrocacbon không no, mạch hở CxHy là: Số liên kết π = $\frac{2x - y + 2}{2}$

Chú ý:

+ Khi giải một số bài toán, có thể hiểu vai trò của H2 và Br2 trong phản ứng cộng là như nhau và n Br2 + n H2 = n X . k (X là các hiđrocacbon không no)

+ Trong bình kín khối lượng hỗn hợp không đổi nhưng số mol hỗn hợp giảm chính là do H2 phản ứng.

3. Một số bài tập vận dụng liên quan

Bài 1: Trong một bình kín chứa 0,35 mol C2H2 ; 0,65 mol H2 và một ít bột Ni. Nung nóng bình một thời gian, thu được hỗn hợp khí X có tỉ khối so với H2 bằng 8. Sục X vào lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 đến phản ứng hoàn toàn, thuđược hỗn hợp khí Y và 12 gam kết tủa. Hỗn hợp khí Y phản ứng vừa đủ với baonhiêu mol Br2 trong dung dịch?

A. 0,20 mol.

B. 0,15 mol.

C. 0,25 mol.

D. 0,10 mol.

Hướng dẫn giải:

Số mol hỗn hợp ban đầu = 0,35 + 0,65 = 1 mol

Khối lượng hỗn hợp ban đầu = 0,35. 26 + 0,65.2 = 10,4 gam

Số mol liên kết π = 0,35.2 = 0,7 mol

Số mol X = $\frac{10,4}{2 . 8}$ = 0,65 mol → số mol giảm = số mol H2 phản ứng = 0,35 mol

Số mol C2H2 dư = n Ag2C2 = 0,05 mol

Số mol liên kết π trong Y = n π - n H2 - 2. nC2H2 dư

Vậy số mol Br2 phản ứng với Y = n π - n H2 - 2. n C2H2 dư = 0,7 - 0,35 - 0,05 . 2 = 0,25 mol.

Bài 2. Cho hỗn hợp X gồm 0,1 mol C2H4, 0,2 mol C2H2 và 0,7 mol H2. Nung X trong bình kín, xúc tác Ni. Sau một thời gian thu được 0,8 mol hỗn hợp Y. Cho Y phản ứng vừa đủ với 100ml dd Br2 a mol/l. Tìm giá trị a

A. 0,3M

B. 3M

C. 0,2M

D. 2M

Đáp án đúng là B

Hướng dẫn giải:

C2H4 chứa 1 liên kết pi

C2H2 chứa 2 liên kết pi => Tổng số mol liên kết pi = 1. 0,1 + 2. 0,2 = 0,5 mol

n H2 = 0,7 mol

n H2 phản ứng = n X – n Y = 0,7 + 0,1 + 0,2 = 0,2 mol

n H2 phản ứng + n Br2 phản ứng = n liên kết pi ban đầu

=> n Br2 phản ứng = n liên kết pi ban đầu - n H2 phản ứng = 0,5 – 0,2 = 0,3 mol

=> a = 0,3 : 0,1 = 3M.

Bài 3. Hỗn hợp khí X gồm 0,3 mol H2 và 0,1 mol vinylaxetilen. Nung X mộtthời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với không khí là 1. Nếu cho toàn bộ Y sục từ từ vào dung dịch brom (dư) thì có m gam brom tham gia phản ứng. Giá trị của m là

A. 32,0

B. 8,0

C. 3,2

D. 16,0

Hướng dẫn giải:

Vinylaxetilen: 2 CH = CH- C CH phân tử có 3 liên kết pi

Tổng số mol liên kết pi = 3. 0,1 = 0,3 mol; n X = 0,3 + 0,1 = 0,4 mol.

m X = 0,3. 2 + 0,1. 52 = 5,8 gam => m Y = 5,8 gam

M = 29 => n = 5,8 : 29 = 0,2 mol

nH2 phản ứng = 0,4 – 0,2 = 0,2 mol.=> n Br2 phản ứng = n liên kết pi ban đầu - n H2 phản ứng = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol

m Br2 = 0,1.160 = 16 gam

Bài 4: Hỗn hợp X gồm 0,15 mol vinylaxetilen và 0,6 mol H2 . Nung nóng hỗnhợp 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: nX = 0,75 mol và mX = 9g

MY = 20 -> nY = 9 : 20 = 0,45 mol

Số mol hỗn hợp giảm là số mol H2 phản ứng = 0,3 mol

Số mol liên kết π của vinylaxetilen C4H4 = 0,15 x 3 = 0,45 mol

n pi = n H2 + n Br2 -> n Br2 = 0,45 - 0,3 = 0,15 mol

Vậy : mBr2 = 0,15 x 160 = 24 gam

Bài 5 : Cho 22,4 lít (đktc) hỗn hợp E gồm x mol C2H4 , z mol C2H2 , y mol H2 (d(E/He) = 3,6) qua bình đựng Ni nung nóng, sau một thời gian phản ứng thì thuđược 15,68 lít hỗn hợp khí G (đktc). Dẫn toàn bộ khí G lội chậm vào bình đựngdung dịch Brom dư, khối lượng Brom phản ứng là 80 gam. Giá trị x và y lần lượt là

A.0,3mol và 0,4 mol.

B. 0,2 mol và 0,5 mol .

C. 0,3 mol và 0,2 mol.

D. 0,2 mol và 0,3 mol

Hướng dẫn giải:

n G = 0,7 mol → số mol H2 phản ứng = 1 - 0,7 = 0,3 mol

Số mol Br2 = 0,5 mol

Vậy ta có x + 2z = số mol H2 phản ứng + số mol Br2 phản ứng -> x + 2z = 0,8

Ta có hệ phương trình: { x + y + z = 1; 28x + 2y + 26z = 14,4; x + 2z = 0,8 } => { x = 0,2; y = 0,5; z = 0,3 }

Vậy x = 0,2 mol và y = 0,5 mol

Bài 6. Dẫn 1,68 lít hỗn hợp khí X gồm 2 hidrocacbon vào bình đựng dung dịch brom (dư). Sau khi pư xảy ra hoàn toàn , có 4 gam brom đã pư 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)

Hướng dẫn giải:

nX = $\frac{1,68}{22,4}$ = 0,075 mol

nBr2 = 0,025 mol

Số mol khí còn lại là: $\frac{1,12}{22,4}$ = 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 → nanken = 0,025mol

Khí còn lại là ankan, nankan = 0,05 mol

nCO2 = $\frac{2,8}{22,4}$ = 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: $\frac{0,125}{0,075}$ = 1,67 → Trong X phải chứa CH4 → nCH4 = 0,05 mol