32 bài tập Khoa học tự nhiên 9 Alkene có lời giải (Phần 1)

– Các đồ vật trong hình được làm từ nhựa.

– Alkane là những hydrocarbon mạch hở, trong phân tử có một liên kết đôi.

– Phân tử alkane chỉ gồm liên kết đơn. Ví dụ: CH$_{4,}$ CH$_{3}$–CH$_{3}$, …

– Phân tử alkene ngoài liên kết đơn còn có liên kết đôi giữa 2 nguyên tử C.

Ví dụ: CH$_{2}$=CH$_{2}$, CH$_{3}$–CH=CH$_{2}$, …

Công thức cấu tạo của các alkene có công thức phân tử C4H8:

CH$_{2}$=CH–CH$_{2}$–CH$_{3}$

CH$_{3}$–CH=CH–CH$_{3}$

CH$_{3}$–C(CH$_{3}$)=CH$_{2}$

(a) Dãy 1: Phân tử các chất chỉ chứa liên kết đơn.

Dãy 2: Phân tử các chất chứa 1 liên kết đôi.

(b) Dãy 1: CH$_{4}$, C$_{2}$H$_{6}$, C$_{3}$H$_{8}$,...

Dãy 2: C$_{2}$H$_{4}$, C$_{3}$H$_{6}$, C$_{4}$H$_{8}$,...

(c) Dãy 1: C$_{n}$H$_{2n+2}$ Dãy 2: C$_{n}$H$_{2n}$

(d) Dãy 1: phản ứng thế, phản ứng cháy

Dãy 2: phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp, phản ứng cháy.

a) Các công thức cấu tạo trên đều mạch hở, có một liên kết C = C

b) Công thức phân tử của các alkene trên lần lượt là: C$_{2}$H$_{4}$; C$_{3}$H$_{6}$; C$_{4}$H$_{8}$.

→ Công thức chung của các alkene là: C$_{n}$H$_{2n}$ (n ≥ 2).

– Nhiều vật dụng như: bao tay, hộp nhựa, … được sản xuất từ hạt nhựa PE, PP. Các loại hạt nhựa này được tổng hợp từ các alkene tương ứng là ethylene, propylene. Alkene là hydrocarbon mạch hở, chứa các liên kết đơn và có một liên kết đôi C=C trong phân tử.

– Về tính chất vật lý, ethylene là chất khí, không màu, không mùi, rất ít tan trong nước, nhẹ hơn không khí. Về tính chất hóa học, ethylene có thể cháy trong không khí, khi cháy tạo sản phẩm chủ yếu gồm khí carbon dioxide và hơi nước, phản ứng tỏa nhiều nhiệt. Ngoài ra, ethylene làm mất màu nước bromine và tham gia phản ứng trùng hợp tạo polyethylene.

– Ứng dụng của ethylene: trong công nghiệp, ethylic alcohol được sản xuất từ ethylene theo phương trình sau:

CH$_{2}$=CH$_{2}$ + H$_{2}$O $\overset{{H}^{+},\ {t}^{o}}{\rightarrow }$ C$_{2}$H$_{5}$OH

Ngoài ra, ethylene được dùng để tổng hợp polyethylene trong công nghiệp. Polyethylene (PE) có nhiều ứng dụng trong đời sống như làm màng bọc thực phẩm, các loại bao đựng…

Hình 1:

– Công thức phân tử: C$_{2}$H$_{4}$:

– Công thức cấu tạo thu gọn: CH$_{2}$=CH$_{2}$

Hình 2:

– Công thức phân tử: C$_{3}$H$_{6}$

– Công thức cấu tạo thu gọn: CH$_{2}$=CH–CH$_{3}$

Để viết công thức cấu tạo các chất ta nên xét xem chất đó thuộc loại nào, trong số các hidrocacbon đã học để viết công thức cấu tạo cho phù hợp.

a) C$_{3}$H$_{8}$ công thức tử giống CH$_{4}$ (C$_{nH2n+2}$) nên có công thức cấu tạo có 1 liên kết đơn:

CH$_{3}$–CH$_{2}$–CH$_{3}$.

b) C3H6 công thức phân tử giống C$_{2}$H$_{4}$ (C$_{n}$H$_{2n}$) nên công thức cấu tạo có 1 liên kết đôi:

CH$_{2}$=CH–CH$_{3}$và mạch vòng

Để biết được ethylene nhẹ hơn không khí:

– Khối lượng mol của ethylen C$_{2}$H$_{4}$ bằng 28, trong khi khối lượng mol của không khí bằng 29.

– Tỉ khối ${d}_{{C}_{2}{H}_{4}/\mathrm{kk}}=\frac{28}{29}$ <1, vậy nên ethylen nhẹ hơn không khí.

a) CH$_{3}$–CH$_{3}$có 1 liên kết đơn C–C.

b) CH$_{2}$=CH$_{2}$ có 1 liên kết đôi: C=C.

c) CH$_{2}$=CH–CH=CH$_{2}$ có 2 liên kết đôi: C=C

– Khi dẫn khí C$_{2}$H$_{4}$ qua ống nghiệm chứa nước bromine thấy nước bromine mất màu.

CH$_{2}$=CH$_{2}$+ Br$_{2}$ $\overset{}{\rightarrow }$ BrCH$_{2}$–CH$_{2}$Br

– Khi dẫn khí C$_{2}$H$_{6}$ qua ống nghiệm chứa nước bromine ta không thấy có hiện tượng gì.

Hiện tượng của thí nghiệm: Nước bromine trong ống nghiệm ban đầu có màu vàng nâu; sau khi sục khí ethylen vào ống nghiệm, màu vàng nâu của nước bromine nhạt dần rồi mất màu, sản phẩm thu được không màu.

Phương trình hóa học: CH2=CH2 + Br–Br $\overset{}{\rightarrow }$ Br–CH2–CH2–Br

Cho hai khí vào hai bình có cùng thể tích, sau đó cho cùng một thể tích dung dịch bromime có cùng nồng độ vào hai bình và lắc đều. Bình không làm thay đổi màu dung dịch bromime là C2H6, bình làm nhạt màu dung dịch bromime là C$_{2}$H$_{4}$.

PTHH: C$_{2}$H$_{4}$ + Br$_{2}$ $\overset{}{\rightarrow }$ C$_{2}$H$_{4}$Br$_{2}$.

Propylene có tính chất hóa học tương tự ethylene vì propylene cũng có mạch hở và có liên kết đôi trong cấu tạo giống với ethylene.

Phương trình hoá học minh hoạ:

2C$_{3}$H$_{6}$ + 9O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 6CO$_{2}$+ 6H$_{2}$O

CH$_{3}$ – CH = CH$_{2}$ + Br$_{2}$ → CH$_{3}$– CH(Br) – CH$_{2}$Br

– Một số ứng dụng của ethylene trong đời sống Ethylene là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp tổng hợp polymer và các hóa chất hữu cơ khác.; chuyển hóa ethylene thành các monomer khác để tổng hợp ra hàng loạt polymer đáp ứng nhu cầu phong phú của đời sống và kỹ thuật (như nhựa PVC).

– Ngoài ra, từ ethylene có thể tổng hợp ra những hóa chất hữu cơ thiết yếu khác như ethylic alcohol, ethylene oxide, acetaldehyde…

Những hydrocarbon có khả năng làm mất màu bromine là (b) và (d)

Phương trình hóa học:

CH$_{2}$=CH–CH$_{3}$ + Br$_{2}$ $\overset{}{\rightarrow }$ BrCH$_{2}$–CH(Br)–CH$_{3}$

CH$_{2}$=CH$_{2}$ + Br$_{2}$$\overset{}{\rightarrow }$ BrCH$_{2}$–CH$_{2}$Br

Dẫn sản phẩm đốt cháy qua nước vôi trong, nếu thấy vẩn đục thì có khí CO$_{2}$ tạo ra khi đốt cháy ethylene.

Phương trình hoá học minh hoạ: CO$_{2}$ + Ca(OH)$_{2}$ $\overset{}{\rightarrow }$ CaCO$_{3}$↓ + H$_{2}$O

Phương pháp trên dựa vào tính chất dễ tham phản ứng cộng của ethylene.

Phương trình hóa học:

CH$_{2}$=CH$_{2}$ + Cl$_{2}$ $\overset{{\mathrm{FeCl}}_{3}}{\rightarrow }$ Cl–CH$_{2}$–CH$_{2}$–Cl

Túi zipper chứa 1 quả chuối xanh và 1 quả chuối chín thì quả chuối xanh sẽ chín nhanh hơn so với hai quả chuối xanh trong túi zipper còn lại.

Giải thích: Do quả chuối chín có sản sinh là 1 lượng khí ethylene. Mà khí này có tác dụng làm cho hoa quả mau chín hơn.

– Ethylene thuộc loại hợp chất hữu cơ là alkene.

– Ethylene là hydrocarbon mạch hở, trong phân tử có một liên kết đôi.

– Tính chất của ethylene:

+ Phản ứng cháy: tỏa ra nhiều nhiệt.

C$_{2}$H$_{4}$ + 3O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 2CO$_{2}$ + 2H$_{2}$O

+ Phản ứng cộng: làm mất màu nước bromine.

CH$_{2}$=CH$_{2}$ + Br–Br $\overset{}{\rightarrow }$ Br–CH$_{2}$–CH$_{2}$–Br

+ Phản ứng trùng hơp:

nCH$_{2}$=CH$_{2}$ $\overset{{t}^{o},\mathrm{xt},p}{\rightarrow }$ (–CH$_{2}$−CH$_{2}$–)n

– Vai trò trong công nghiệp hóa chất:

+ Tổng hợp ethylic alcohol.

+ Sản xuất dung môi.

+ Tổng hợp acetic acid.

+ Sản xuất polyethylene (PE), poly(vinyl chloride) (PVC).

– Ethylene có khả năng tham gia phản ứng trùng hợp tạo ra polymer vì: Ethylene chứa liên kết đôi, trong điều kiện (nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác) thích hợp, liên kết đôi bị đứt, khiến ethylen có thể tham gia phản ứng trùng hợp (cộng hợp liên tiếp các phân tử ethylen lại với nhau) tạo thành một phân tử có khối lượng lớn, gọi là polymer.

– Phương trình hóa học của phản ứng trùng hợp tạo polyethylene:

nC$_{2}$H$_{4}$ $\overset{{t}^{o},\mathrm{xt},p}{\rightarrow }$ (C$_{2}$H$_{4}$)n

– Khối lượng polyethylene thực tế thu được là 280 kg, với hiệu suất phản ứng đạt 80%, vậy khối lượng polyethylene theo lý thuyết thu được là: $\frac{280.100}{80}$ = 350 kg, khối lượng này cũng chính bằng khối lượng ethylen nguyên liệu.

– Số mol ethylen nguyên liệu cần cho phản ứng là: $\frac{350.100}{28}$ = 1250 mol

Vậy thể tích khí ethylen nguyên liệu cần cho phản ứng là: V = 1250. 22,4 = 28.000 lít

a) Phương trình phản ứng cháy ethyene: C$_{2}$H$_{4}$ + 3O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 2CO$_{2}$ + 2H$_{2}$O.

Theo phương trình ${n}_{{O}_{2}}=3{n}_{{C}_{2}{H}_{4}}$= 0,2. 3 = 0,6 mol.

${V}_{{O}_{2}}=0{,}6.\ 24{,}79=\text{14{,}874}L$

b) Thể tích không khí = $\frac{14{,}874.100}{20}=74{,}37$ lít.

Gọi số mol của CH4 trong hỗn hợp là X, của C2H4 trong hỗn hợp là y.

CH$_{4}$ + 2O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ CO$_{2}$ + 2H$_{2}$O

x x mol

C$_{2}$H$_{4}$ + 3O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 2CO$_{2}$ + 2H$_{2}$O

x 2y mol

Ta có hệ: x + y = 0,15 mol và y = x + 2y = ${n}_{{\mathrm{CO}}_{2}}={n}_{{\mathrm{CaCO}}_{3}}$ = 0,2 mol

⇒ x = 0,1; y = 0,05

⇒ $\%{V}_{{\mathrm{CH}}_{4}}=\frac{0{,}1}{0{,}1+0{,}05}.100\%=$ 66,67%

$\%{V}_{{C}_{2}{H}_{4}}=\frac{0{,}05}{0{,}1+0{,}05}.100\%=$ 33,33%.

C$_{n}$H$_{2n}$ + O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ nCO$_{2}$ + nH$_{2}$O

C$_{n}$H$_{2n+2}$ + O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$nCO$_{2}$ + (n + 1) H$_{2}$O

nalkane = ${n}_{{H}_{2}O}-{n}_{{\mathrm{CO}}_{2}}=0{,}4-0{,}35$ = 0,05 mol

nalkene = 0,2 – 0,05 = 0,15 mol

$\Rightarrow \%{V}_{\mathrm{alkene}}=\frac{0{,}15}{2}.100\%=75\%$

Bảo toàn nguyên tố C: ${n}_{{\mathrm{CO}}_{2}}=2{n}_{{C}_{2}{H}_{4}}+3{n}_{{C}_{3}{H}_{6}}=0{,}1.2+0{,}2.3$ = 0,8 mol

$\Rightarrow {V}_{{\mathrm{CO}}_{2}}=0{,}8.24{,}79=19{,}832\ L$

Gọi x, y lần lượt là số mol của C$_{2}$H$_{4}$ và C$_{3}$H$_{6}$ trong hỗn hợp X

Ta có: $\{\begin{matrix}{C}_{2}{H}_{4}\ (x\ \mathrm{mol}) \\ {C}_{3}{H}_{6}\ (y\ \mathrm{mol})\end{matrix}\Rightarrow \{\begin{matrix}x+y=0{,}3 \\ 28x+4y=9{,}8\end{matrix}\Leftrightarrow \{\begin{matrix}x=0{,}2 \\ y=0{,}1\end{matrix}$

$\%{V}_{{C}_{2}{H}_{4}}=\frac{0{,}2}{0{,}2+0{,}1}.100\%=66{,}67\%$

– Ethylene có khả năng tham gia phản ứng trùng hợp tạo ra polymer vì trong phân tử có một liên kết đôi C = C.

Phương trình hóa học:

Bảo toàn khối lượng có: methylene phản ứng = mpolyethylene tạo thành = 280 kg = 280 000 gam.

Hay có thể viết 280 000 gam = 280.103 gam.

Do hiệu suất phản ứng là 80% nên lượng khí ethylene cần sử dụng là: $V=\frac{280{.10}^{3}}{28}.\frac{100}{80}.24{,}79=309875\ L$