Bài 21 benzen và dãy đồng đẳng một số hiđrocacbon thơm khác

Đồng đẳng, đồng phân và danh pháp Benzen và các hiđrocacbon thơm khác như C7H8 toluen, C8H10 ...lập thành dãy đồng đẳng có công thức phân tử chung là C Hn 2n 6 n6 . Hai chất đầu dãy

CHƯƠNG 7

HIĐROCACBON THƠM – NGUỒN HIĐROCACBON THIÊN NHIÊN – HỆ THỐNG HÓA VỀ

HIĐROCACBON BÀI 21: BENZEN VÀ DÃY ĐỒNG ĐẲNG

MỘT SỐ HIĐROCACBON THƠM KHÁC Mục tiêu

 Kiến thức

+ Nêu được đặc điểm cấu tạo phân tử benzen, gọi tên được một số hiđrocacbon thơm đơn giản + Giải thích được sự liên quan giữa cấu tạo và tính chất hóa học của benzen và dãy đồng đẳng của benzen

 Kĩ năng

+ Dự đoán được tính thơm của benzen, kiểm tra dự đoán và kết luận

+ Viết được phương trình hóa học minh họa tính chất hóa học của benzen và đồng đẳng của benzen, stiren

+ Giải được các bài tập về benzen và dãy đồng đẳng

I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1 Đồng đẳng, đồng phân và danh pháp

Benzen và các hiđrocacbon thơm khác như C7H8

(toluen), C8H10 .lập thành dãy đồng đẳng có công thức

phân tử chung là C Hn 2n 6 n6 

Hai chất đầu dãy không có đồng phân hiđrocacbon thơm

Từ C8H10 trở đi có các đồng phân vị trí tương đối của các

nhóm ankyl xung quanh vòng benzen và cấu tạo mạch

cacbon của nhánh

Danh pháp: Tên hệ thống của các đồng đẳng của

benzen được gọi bằng cách gọi tên các nhóm ankyl +

benzen

Nếu vòng benzen liên kết với hai hay nhiều nhóm ankyl

thì tên gọi cần chỉ rõ vị trí của các nhóm ankyl trong vòng

benzen Đánh số nguyên tử cacbon trong vòng benzen sao

cho tổng chỉ số trong tên gọi là nhỏ nhất Các nhóm ankyl

được gọi theo thứ tự chữ cái đầu tiên của tên gốc ankyl:

butyl > etyl > metyl

2 Cấu tạo

Benzen có cấu trúc phẳng, có hình lục giác đều Cả 6

nguyên tử cacbon và 6 nguyên tử hiđro đều nằm trên một

mặt phẳng

Mô hình phân tử benzen dạng đặc (a) và dạng rỗng (b)

3 Tính chất

Tính chất vật lí

Các hiđrocacbon thơm đều là các chất lỏng hoặc rắn ở

điều kiện thường, chúng có nhiệt độ sôi tăng theo chiều

Cách đánh số đúng:

Cách đánh số sai:

Để thể hiện công thức cấu tạo của benzen, người ta dùng một trong hai công thức cấu tạo sau đây:

tăng của phân tử khối Các hiđrocacbon thơm ở thể lỏng có

mùi đặc trưng, không tan trong nước và nhẹ hơn nước, có

khả năng hòa tan nhiều chất hữu cơ

Tính chất hóa học

Tính thơm củaC Hn 2n 6 thể hiện ở các phản ứng dễ thế,

khó cộng và bền với chất oxi hóa

a Phản ứng thế

Phản ứng thế nguyên tử H của vòng benzen

Benzen tác dụng được với brom có xúc tác bột Fe

Nếu cho ankylbenzen tác dụng với brom có xúc tác bột

sắt và đun nóng sẽ thu được hỗn hợp của sản phẩm thế

brom ở các nguyên tử cacbon số 2 và số 4 (ortho và para)

Quy tắc thế: Các ankylbenzen dễ tham gia phản ứng thế

nguyên tử H của vòng benzen hơn benzen và sự thế ưu tiên

ở vị trí ortho và para so với nhóm ankyl

Phản ứng thế nguyên tử H của mạch nhánh

Nếu đun nóng toluen hoặc các ankylbenzen với brom sẽ

xảy ra phản ứng thế nguyên tử H ở mạch nhánh tương tự

ankan

b Phản ứng cộng

c Phản ứng oxi hóa

Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn: Benzen và toluen

Nếu thay Br 2 bằng HNO 3 đặc, có H 2 SO 4 đặc làm xúc tác:

đều không làm mất màu dung dịch KMnO4 ở nhiệt độ

thường, nhưng khi đun nóng benzen không phản ứng còn

toluen làm mất màu dung dịch thuốc tím tạo ra kết tủa

MnO2

Phản ứng oxi hóa hoàn toàn: các hiđrocacbon thơm khi

cháy đều tạo thành CO2 và H2O đồng thời tỏa nhiều nhiệt

4 Ứng dụng

Benzen và toluen là những nguyên liệu quan trọng của

hóa học, sản xuất dược liệu, thuốc nổ, chất tẩy rửa, dung

môi hữu cơ, thuốc nhuộm, polime,

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA

II CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1 Các câu hỏi lí thuyết

Kiểu hỏi 1: Câu hỏi về khái niệm và cấu tạo phân tử

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1 Hiđrocacbon thơm là hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa

A một vòng benzen

B ba liên kết đôi xen kẽ ba liên kết đơn

C sáu nguyên tử C và sáu nguyên tử H

D một hay nhiều vòng benzen

Hướng dẫn giải

Hiđrocacbon thơm là hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa một hay nhiều vòng benzen

 Chọn D

Ví dụ 2: Công thức cấu tạo không phải hiđrocacbon thơm là

Hướng dẫn giải

Hợp chất hữu cơ trong phân tử không chứa vòng benzen không phải hiđrocacbon thơmCác hiđrocacbon thơm là: A (toluen), B (naphtalen) vả D (stiren)

Vậy C không phải là hiđrocacbon thơm

Chọn C

Kiểu hỏi 2: Danh pháp

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Stiren có công thức cấu tạo là

C CH C H CH 3 6 4 3 D C H CH 6 5 3

Hướng dẫn giải

Stiren có công thức là:C H CH6 5 CH 2

Chọn B

Ví dụ 2: Cho chất X có công thức cấu tạo

Tên gọi không phù hợp với X là

Hướng dẫn giải

Hợp chất trên có tên là:

1 Tên thay thế: 1,4-đimetylbenzen

2 Tên bán hệ thống: 4-metyltoluen

3 Tên thường: xylen

X không có tên là 2-metyltoluen

Chọn A

Kiểu hỏi 3: Đồng phân

Phương pháp giải

Bước 1: Tính độ bất bão hòa k của phân tử Từ đó

suy ra đặc điểm cấu tạo của chất

Bước 2: Viết đồng phân

Mạch chính của phân tử là vòng benzen

Xét các vị trí tương đối của các nhóm thế trong

vòng benzen và thay đổi nhóm thế

Chú ý: Khi có hai nhánh trên vòng benzencó 3

đòng phân vị trí ortho (o-), meta (m-), para (p-)

Ví dụ: Ứng với công thức phân tử C8H10 có bao nhiêu đồng phân hiđrocacbon thơm?

Hướng dẫn giải

Ta có: k 8.2 2 10 4

2

 

Hợp chất chứa một vòng thơm và mạch nhánh chứa toàn liên kết đơn

Tổng cacbon = 6 + 2 = 6 + 1 + 1

TH1: 6 + 2X gồm một vòng thơm và nhóm thếC H 2 5

TH2: 6 + 1 + 1X gồm một vòng thơm và hai nhóm thế CH 3

Có 4 đồng phân thỏa mãn

Chọn C

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Số đồng phân hiđrocacbon thơm có một nhóm thế liên kết với vòng benzen ứng với công thức

phân tử C9H12 là

Hướng dẫn giải

Ta có: k 9.2 2 12 4

2

 

  Hợp chât chứa một vòng thơm và mạch nhánh chứa toàn liên kết đơn

Tổng cacbon = 6 + 3 =6 + 2 +1 = 6 + 1 + 1+ 1

Theo đề bài chỉ xét trường hợp hiđrocacbon có một nhóm thế hay chỉ xét trường hợp 6 + 3

X gồm một vòng thơm và nhóm thế C3H7

Có hai đồng phân thỏa mãn là:

Chọn B

Kiểu hỏi 4: Phân biệt, nhận biết

Phương pháp giải

Để phân biệt benzen, toluen, stiren với các

anken cần lưu ý tính thơm của hiđrocacbon thơm

và tính chất của nhánh

Benzen không làm mất màu dung dịch brom,

dung dịch thuốc tím ở mọi điều kiện

Toluen có thể làm mất màu dung dịch thuốc tím

khi đun nóng

Stiren làm mất màu dung dịch brom và dung

dịch thuốc tím ngay ở nhiệt độ thường do tính chất

không no của nhánh

Ví dụ: Cho các chất sau: (1) benzen, (2) toluen, (3)

stiren, (4) hex-1-en Dãy gồm các chất làm mất màu dung dịch thuốc tím là

A (1), (2), (4) B (1), (3), (4)

C (2), (3), (4) D (1), (2), (3)

Hướng dẫn giải

Chỉ có benzen không làm mất màu thuốc tím ở điều kiện thường và đun nóng

Chọn C

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Để phân biệt các chất: benzen, stiren và toluen bằng phương pháp hóa học, ta có thể dùng thuốc thử

A dung dịch nước brom B dung dịch KMnO4

Hướng dẫn giải

Để phân biệt ba chất trên ta sử dụng dung dịch KMnO4

Stiren làm mất màu dung dịch KMnO4 (thuốc tím) ngay nhiệt độ thường

Dung dịch KMnO4 không tác dụng với benzen và toluen ở điều kiện thường

Khi đun nóng toluen tác dụng làm mất màu dung dịch KMnO4

Chọn B

Kiểu hỏi 5: Câu hỏi về tính chất hóa học

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Toluen không phản ứng được với

A dung dịch kali pemanganat B dung dịch brom trong CCl4

C brom có bột sắt, đun nóng D hiđro có xúc tác Ni, đun nóng

Hướng dẫn giải

Các chất phản ứng được với toluen là: Dung dịch kali pemanganat, brom có bột sắt đun nóng và hiđro

có xúc tác Ni đun nóng

Toluen không phản ứng được với brom trong CCl4

Chọn B

Ví dụ 2: So sánh tính chất hóa học của etylbenzen và stiren

Hướng dẫn giải

Etylbenzen và stiren đều có một vòng benzen trong phân tử Chúng đều là những hiđrocacbon thơm,

có tính thơm

Etylbenzen và stiren khác nhau về cấu tạo của nhánh Gốc C2H5 no, còn gốcC H2 3CHCH2không

noStiren cỏ tính chất tương tự như một anken

Ví dụ 3: Dùng công thức cấu tạo viết các phương trình hóa học của stiren với

a) H2O (xúc tác H2SO4)

b) H2 (tỉ lệ mol 1:1, xúc tác Ni)

Hướng dẫn giải

a)

b)

Kiểu hỏi 6: Ứng dụng

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Ứng dụng không phải của hiđrocacbon thơm là

A sản xuất dược phẩm B sản xuất chất tầy rửa

Hướng dẫn giải

Hiđrocacbon thơm có nhiều ứng dụng như sản xuất dược phẩm, chất tẩy rửa, polime Hiđrocacbon thơm

không dùng để sản xuất xăng

Chọn D

Bài tập tự luyện dạng 1

Câu 1: Hợp chất nào dưới đây thuộc loại hiđrocacbon thơm?

A C H 6 6 B C H 6 12 C C H NH 6 5 2 D C H NO 6 5 2

Câu 2: Hợp chất làm mất màu dung dịch thuốc tím (KMnO4) khi đun nóng là

A benzen B toluen C nitrobenzen D brombenzen

Câu 3: Công thức chung của hiđrocacbon thơm có một vòng benzen trong phân tử là

A C Hn 2nn2  B C Hn 2n 2 n2  C C Hn 2n 4 n3  D C Hn 2n 6 n6 

Câu 4: Chất vừa phản ứng với dung dịch brom vừa phản ứng với dung dịch kali pemanganat là

Câu 5: Có ba chất hữu cơ: xylen, stiren và benzen Để phân biệt các chất trên dùng thuốc thử là

A quỳ tím B KMnO 4 C H SO 2 4 D nước brom

Câu 6: Cho các công thức cấu tạo và tên gọi tương ứng sau:

Số công thức cấu tạo ứng với tên gọi đúng là

Câu 7: Cho dãy các chất: benzen, toluen, xylen, stiren Số chất trong dãy phản ứng với dung dịch nước

brom là

Câu 8: Phát biểu nào sau đây saỉ?

A Toluen không làm dung dịch kali pemanganat đổi màu

B Benzen không làm dung dịch kali pemanganat đổi màu

C Stiren làm mất màu dung dịch nước brom ở nhiệt độ thường

D Hiđrocacbon thơm dễ thế, khó cộng và bền với chất oxi hóa

Câu 9: Phát biểu nào sau đây không đúng?

A Hiđrocacbon thơm dễ tham gia phản ứng thế hơn ankan

B Hiđrocacbon thơm khó tham gia phản ứng cộng hơn anken

C Hiđrocacbon thơm bền với chất oxi hóa hơn ankan

D Toluen dễ tham gia phản ứng cộng hiđro hơn hex-1-en

Bài tập nâng cao

Câu 10: Hai hợp chất hữu cơ X và Y đều là chất lỏng ở điều kiện thường Chất X, Y phản ứng với dung

dịch KMnO4, lần lượt tạo ra các sản phẩm và Các chất X và Y lần lượt là

A toluen và 1,4-đimetylbenzen B toluen và 1,2-đimetylbenzen

C 1,4-đimetylbenzen và toluen D 1,2-đimetylbenzen và toluen

Câu 11: Để sản xuất thuốc nổ TNT (trinitrotoluen) người ta cho toluen tác dụng với HNO3 đặc có H2SO4 đặc làm xúc tác Công thức cấu tạo của TNT là

Câu 12: Một hiđrocacbon thơm X có công thức C8H8 X có khả năng tác dụng với dung dịch brom và dung dịch thuốc tím Số liên kết đôi trong phân tử X là

Câu 13: Số đồng phân hiđrocacbon thơm ứng với công thức phân tử C9H10 là

Câu 14: Trước đây, người ta thường cho thêm benzen, toluen, xylen (B, T, X) vào xăng để tăng chỉ số

octan Tuy nhiên, việc này đã bị cấm trong những năm gần đây Lí do của lệnh cấm thêm B, T, X vào xăng là gì?

A B, T, X là những hiđrocacbon thơm có thể gây bệnh ung thư

B B, T, X là những hiđrocacbon thơm có giá trị kinh tế cao, không được đốt

C B, T, X là những hiđrocacbon thơm là nguyên liệu quý cho công nghiệp

D B, T, X là những hiđrocacbon thơm ngày càng cạn kiệt

Dạng 2: Bài toán liên quan đến tính chất hóa học của hiđrocacbon thơm

Bài toán 1: Xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo

Phương pháp giải

Dựa vào các dữ kiện đề bài cho và tính toán, suy ra

công thức phân tử và công thức cấu tạo

Ví dụ: Hiđrocacbon X là chất lỏng có tỉ khối hơi so

với không khí bằng 3,17 Đốt cháy hoàn toàn X thu được CO2 có khối lượng bằng 4,28 lần khối lượng

H2O Khi đun nóng X lảm mất màu dung dịch KMnO4

a) Tìm công thức phân tử và công thức cấu tạo của X

b) Viết phương trình hóa học dạng công thức cấu tạo sản phẩm của X với hỗn hợp dư HNO3 và

H2SO4 đậm đặc

Hướng dẫn giải

a) Gọi công thức phân tử của X

là  *

x y

C H x, yN và số mol của X là a mol

Ta có: MX29.3,1792nên12x y 92 1 

Bảo toàn nguyên tố C, H:

2

2









Đốt cháy hoàn toàn X thu được CO2 có khối lượng bằng 4,28 lần khối lượng H2O nên:

 

2

2

CO

H O

n 44xa 44x

4, 28 2 1

18 ya 2

Từ (1) và (2) suy ra x = 7, y = 8

Vậy công thức phân tử của X là C7H8

Công thức cấu tạo của X là b) Phương trình hóa học:

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Hiđrocacbon thơm X có thành phần H theo khối lượng xấp xỉ 7,7% X làm mất màu dung dịch

nước brom Công thức phân tử và công thức cấu tạo của X là

Hướng dẫn giải

x y

C H x, yN , y2x2

Theo đề bài: %mH y 100% 7, 7%

12x y



x y

  Loại B, C

Do X làm mất màu dung dịch brom nên trong phân tử X chứa liên kết đôi C = C Chỉ có D thỏa mãn

Chọn D

Bài toán 2: Chuỗi phản ứng và bài toán hiệu suất

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Cho chuỗi phản ứng: Etyl benzen StirenPolistiren

a) Viết các phương trình hóa học dạng công thức cấu tạo

b) Nếu hiệu suất của mỗi phản ứng đạt 39% Tính khối lượng polistiren thu được từ 1000 tấn etylbenzen ban đầu

Hướng dẫn giải

a) Phương trình hóa học

b) Hiệu suất của cả quá trình bằng: 0,39.0,39 = 0,1521 hay 15,21%

Với hiệu suất 100%:

Cứ 106 gam etylbenzen sẽ tạo thành 104 gam polisitren

1000 tấn etylbenzen sẽ tạo thành 1000.104 981

106  tấn polistiren

Với hiệu suất 15,21%, khối lượng polistiren thu được bằng:

981.15, 21% 149, 2 tấn

Ví dụ 2: TNT (2,4,6-trinitrotoluen) được điều chế bằng phản ứng của toluen với hỗn hợp gồm HNO3 đặc

và H2SO4 đặc, trong điều kiện đun nóng Biết hiệu suất của toàn quá trình tổng hợp là 80% Khối lượng TNT tạo thành từ 230 gam toluen là

Hướng dẫn giải

Phương trình hóa học:

230  230.227 567,5

92  gam Với hiệu suất 100%, 230 gam toluen tạo thành 567,5 gam TNT

Với hiệu suất 80%, khối lượng TNT tạo thành là: 567,5.80% = 454 gam

Chọn A

Bài tập tự luyện dạng 2

Bài tập cơ bản

Câu 1: Hiđrocacbon X là một chất lỏng có tỉ khối hơi so với H2 bằng 46 Đốt cháy hoàn toàn X thu được

CO2 có khối lượng bằng 4,28 lần khối lượng H2O Ở nhiệt độ thường X không làm mất màu dung dịch brom Khi đun nóng X làm mất màu dung dịch KMnO4 Tên gọi của X là

Câu 2: Polistiren có phân tử khối trung bình bằng3,12.10 Hệ số trùng hợp của polime là 5

Câu 3: Hiđrocacbon X là một chất lỏng có tỉ khối hơi so với H2 bằng 46 Đốt cháy hoàn toàn X thu được

CO2 có khối lượng bằng 4,28 lần khối lượng H2O Ở nhiệt độ thường X không làm mất màu dung dịch brom Khi đun nóng X làm mất màu dung dịch KMnO4 X thuộc loại hợp chất nào sau đây?

Câu 4: Hiđrocacbon thơm X có thành phần phần trăm về khối lượng của H xấp xỉ 7,7% X tác dụng được

với dung dịch brom trong nước Công thức phân tử của X là

A C H 7 8 B C H 8 10 C C H 6 6 D C H 8 8

Câu 5: Từ etilen và benzen, tổng hợp stiren theo sơ đồ:

2 4

C H  C H C H  C H CHCH

Hiệu suất cả quá trình là 60% Khối lượng stiren thu được nếu đi từ 78 tấn benzen là

A 62,4 tấn B 63,6 tấn C 104,0 tấn D 52,0 tấn

Bài tập nâng cao

Câu 6: Khi đun nóng toluen với dung dịch thuốc tím (KMnO4) thu được 0,01 mol kali benzoat (C6H5COOK) với hiệu suất 75% Khối lượng toluen đã dùng trong thí nghiệm gần đúng nhất là

PHẦN ĐÁP ÁN

Dạng 1: Các câu hỏi lí thuyết

1 – A 2 – B 3 – D 4 – C 5 – B 6 – D 7 – B 8 – A 9 – D 10 – C

11 – A 12 – C 13 – B 14 – A

Dạng 2: Bài toán liên qua đến tính chất hóa học của hiđrocacbon thơm

1 – A 2 – B 3 – D 4 – D 5 – A 6 – C