MỘT SỐ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP HÓA HỮU CƠ

bển do vừng xen phủ giữa hai obitan không lớn.. - Do sự xen phủ trục của các obitan khi tạo liên kết đơn liên kết ơ nên có sự quay tự do xung quanh trục nối hai hạt nhân nguyên tử tạo l

MỘT SỐ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ■ ■

(DỪNG CHO HỌC SINH CHUYÊN HÔ, SINH VIÊN CAO ĐẲNG - ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH HỐ, GIẢO VIÊN HỘ THPT)

(In lầ n t h ứ 3)

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

MỤC LỤC• ■

T r a n g

P h ầ n 1 C ấ u tr ú c p h â n tử 1

P h ầ n 2 H iệ u ứ n g và t ín h c h ấ t 23

P h ầ n 3 D ẫ n x u ấ t h a lo g e n 42

P h ầ n 5 Ancol - P h e n o l - A m in 86

P h ầ n 1 1 B ài t ậ p tổ n g hợp 213

P h ầ n 12 M ộ t s ố c â u hỏi t r ắ c n g h iệ m 233

P h ầ n 13 Đ á p á n các c â u hỏi tr ắ c n g h iệ m 244

P h ầ n 14 Đ á p s ố p h ầ n b à i t ậ p tự giải 245

LỜI NÓI ĐẨU

N h ằ m c u n g c ấ p th ê m tài liệ u t h a m k h ả o cho các t h ầ y cô giáo g iả n g dạy Hoá học ớ các trư ờ n g t r u n g học phố thông, t r u n g học p h ổ th ô n g c h u y ê n , n h ấ t là p h ụ c vụ việc bồi dưỡng học s in h giỏi t h a m gia các kì thi O lym pic H oá học h à n g n ă m c ủ a các tỉnh, t h à n h , k h u vực, quốc gia và dự th i tu y ể n ch ọ n học s i n h t h a m dự th i quốc tế;

Đố các om học s in h các k hôi lớp c h u y ê n Hoá có tà i liệu tự học, tự lu y ện , n ắ m vững

th êm kiến th ứ c cơ b ả n và có kĩ n ă n g làm b à i t h à n h thạo; Đê các b ạ n s in h v iên các trư ờ n g Cao đ ẳ n g , Đ ại học c h u y ê n n g à n h Hoá có t h ê m tài liệu t h a m k h ả o th iế t th ư c tro n g q u á t r ì n h học tập ; c h ú n g tôi cù n g N h à x u ấ t b ả n Đ ại học Quốc gia H à Nội b iên soạn tậ p sách:

MỘT SỐ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP HOÁ HỮU c o MỘT SỐ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP HOÁ ĐẠI CƯONG - VÔ c o

Nội d u n g c ủ a sá c h t ậ p hợp có lựa chọn các c â u hỏi lí t h u y ế t, các b ài tậ p đ ịn h tín h , đ ịn h lượng th e o p h ư ơ n g p h á p t r u y ề n th ố n g c ù n g m ộ t sô' c â u hỏi và b ài tậ p trắ c ng h iệm th e o p h ư ơ n g p h á p mới, với y êu cầu: k h ắ c s â u k iế n th ứ c cơ b ả n , n â n g cao, mở rộ n g v à h ệ th ô n g t r o n g p h ạ m vi chươ ng t r ì n h m à Bộ G iáo dục và Đào tạo

b a n h à n h n ă m 1996 v ổ m ặ t kĩ n ă n g , sá ch coi tr ọ n g p h ư ơ n g p h á p làm b ài với cách giải n g ắ n gọn, c h ín h xác và có sức th u y ế t phục

T ập s á c h được t h i ế t kê th e o từ n g p h ầ n th íc h rtng c ă n b ả n với ch ư ơ n g m ục củ a Tài liệu g iản g d ạ y c h u y ê n Hoá học và các giáo t r ì n h cơ sở ở bậc C ao đẳng, Đại học

ch u y ên n g à n h H o á (sư p h ạ m ) Ớ mỗi p h ầ n đ ều cỏ các c â u hỏi lí t h u y ế t cơ b ả n , th iế t yêu, các b ài t ậ p m a n g tín h tổ n g hợp c ủ a từ n g p h ầ n v à c ủ a n h i ề u p h ầ n có liên q u a n

với lòi giải cụ th ế, v à cả m ộ t sô' c â u hỏi và bà', t ậ p đ ê b ạ n đọc tự giải với hư ớ n g d ẫn

và đ áp s ố ỏ p h ầ n p h ụ lục cuối sách Để’ g iúp b ạ n đọc h iể u s â u sác k iến th ứ c ở các câu hỏi và b ài t ậ p khó, c h ú n g tôi tr íc h n g a n g n h ữ n g nội d u n g lí t h u y ế t cơ sở, mở

rộ n g các mổì liên q u a n h o ặc n h ấ n m ạ n h n h ữ n g k iế n th ứ c c ầ n lưu ý, ghi nhớ

T ừ th ự c tê g iả n g d ạ y n h iề u n ă m , với m o n g mỏi c ù n g các b ạ n đ ồ n g nghiệp, các

b ạ n sin h viên đ a n g n g h iê n cứu về hoá học, các e m học s i n h y ê u th íc h bộ m ôn có

th ê m tư liệu m a n g t í n h c h ấ t chọn lọc, c h ú n g tôi g ắ n g sức m ìn h b iên so ạ n tậ p sách

nh ỏ này T ro n g q u á t r ì n h b iê n so ạ n sách, ngoài các v ấ n đ ề tríc h d ẫ n tr o n g các tài liệu t h a m k h ả o , c h ú n g tôi còn s ử d ụ n g m ộ t s ố tư liệu tr o n g các bài g iả n g của

GS T r ầ n Quốc Sơn v à GS Ngô T h ị T h u ậ n

111

C h ú n g tôi xin bày tỏ lòng b iết ơn sâ u sắc tới GS T r ầ n Quốc Sơn, GS Ngô Thị

T h u ậ n , các th ầ y cô giáo giảng dạy Khối chuyên Hoá - Đại học Quốc gia Hà Nội và các b ạ n đồng n g h iệp đã tậ n tìn h giúp đỡ trong q u á tr ìn h biên soạn

Tác giả c ũ n g xin c h ân th à n h cảm ơn Nhà x u ấ t b ả n Đ ại học Quốc gia Hà Nội đã

ủ n g hộ tạo điều k iện th u ậ n lợi để cuốn sách được sớm đến với b ạ n đọc

Vì k h ả n ă n g có hạn, nên euóYì sách không khỏi còn n h ữ n g sai sót, h ạ n hẹp,

ch ú n g tôi r ấ t cảm ơn n hữ ng ý kiến đóng góp của các b ạ n đồng nghiệp, các b ạ n đọc gần xa để cuốn sá ch trong lần x u ấ t b ản sa u được p h ong p h ú h o à n th iệ n hơn

C á c tá c g i ả

Phẩn 1 CẤU TRÚC PHÂN TỬ Bài sô 1.1

1 T h ế nào là sự lai hoá s p 3, sp 2, sp?

2 Liên k ế t xichm a (ơ), liên k ế t pi (n) là gì?

T rê n cơ sở sự lai hoá các o b ita n n g u y ê n tử h ãy mô tả sự h ìn h t h à n h các liên k ế t tro n g p h â n tử C H 4, C2H 4, C9H9

B à i giải

1

a L a i h o á s p 3:

- Xét cho n g u y ê n tử cacbon

C ấu h ìn h electron: 6C l s22s22p 2

Lớp electron ngoài cùng:

□

Trạng thái cơ bản Trạng thái kích thích

M ột o b itan 2s tổ hợp với b a o b ita n 3p tạ o r a bổn o b ita n mới (4 o b ita n lai hoá

sp ) h o à n to à n đồng n h ấ t và có d ạ n g k h á c với các o b ita n b a n đầu Bốn o b ita n lai

hoá sp3 có các tr ụ c tạo vói n h a u m ột góc 109°28' và h ư ớ n g về bốn đ ỉn h của m ột h ìn h

tứ diện đều Sự lai h o á n à y được gọi là lai hoá sp 3 h a y lai hoá tứ d iện.

]

6 L a i h o á s p :

M ột o b ita n 2s tố hợp vói h a i o b itan 2p cho b a o b ita n lai h o á sp~ h o à n toàn dồng

n h ấ t Ba o b ita n lai hoá sp2 n ày có trụ c tạo với n h a u m ộ t góc 120° v à hướng về ba

đỉnh c ủ a m ột ta m giác đều Sự lai hoá n ày gọi là lai hóa s p 2 h a y la i hoá ta m giác.

Mỗi n g u y ê n tử c còn m ột o b itan 2p có trụ c t h ẳ n g góc với m ặ t p h ẳ n g chứa 3

o bitan lai hoá s p 2

c L a i h o á sp :

M ột o b ita n 2s tổ hợp với m ột obitan 2p cho hai o b ita n lai h o á sp hoàn toàn đồng n h ấ t H ai o b ita n lai hoá sp này có trụ c n ằ m t r ê n m ộ t dườ ng th ẳ n g n h ư n g

hướng vê h ai p h ía k h á c n h a u Sự lai hoá n ày gọi là la i hoá sp h a y la i hoá đường

th ẳ n g

sp

Mỗi n g u y ê n tử c còn h ai o b ita n 2p có trụ c t h ẳ n g góc với n h a u và t h ẳ n g góc với trụ c c ủ a h ai o b ita n lai h o á sp

2.

a L i ê n k ế t x i c h m a ( ơ):

- Liên k ê t ơ được h ìn h th à n h do sự xen p h ủ của các o b ita n dọc th e o trụ c nốì hai

h ạ t n h â n n g u y ê n tử (xon p h ủ trục)

6 L i ê n k ế t p i ( k ):

- Liên k ê t n được h ìn h t h à n h do sự xen p h ủ bên củ a h a i o b ita n p có trụ c song

song với n h a u V ù n g xen p h ủ n ằ m ở hai phía của dường t h ẳ n g nôi h a i h ạ t nh ân

C R

- N guyên tử c ở t r ạ n g th á i lai hoá sp 3.

- Bốn o b itan lai h o á s p3 củ a c xen ph ú với 4 o bitan s củ a n g u y ên tử H tạo th à n h

4 liên kỏt ơ

H

ơ \

' X \ ' - í s

P h â n tử có d ạ n g tứ d iện đều

C 7H21 *4

- Hai n g u y ê n tử c đ ề u ở t r ạ n g th á i lai hoá sp~

- Mỗi n g u y ê n tử c sử d ụ n g m ột o b ita n sp2 để xen p h ủ với n h a u v à h a i o b itan

sp2 còn lại xen p h ủ với o b ita n l s củ a h ai n g u y ên tử H tạ o n ên các liên k ế t ơ Các

n g u y ên tử c và H n ằ m tr o n g c ù n g một m ặ t phẳng

Hai n g u y ê n tử c còn h a i o b ita n 2p không th a m gia lai hoá có trụ c song song với n h a u và t h ẳ n g góc với m ặ t p h ả n g chứ a các n g u y ê n tử c và H H ai o b ita n này

xen ph ủ bên với n h a u tạ o t h à n h liên k ế t n.

H

a

o

• »

- H ai n g u y ê n tử c ở t r ạ n g th á i lai hoá sp

- Mỗi n g u y ê n t ử c sử d ụ n g m ột o b itan lai hoá sp để xen p h ủ với n h a u và o b itan

sp còn lại xen p h ủ với o bitan l s của n guvên tử H h ìn h t h à n h n ê n các liên k ế t ơ Các

n g u y ên tử c v à H n ằ m trê n m ột đường th ẳn g

Mỗi n g u y ê n tử c còn lại hai obitan 2p k h ô n g th a m gia lai hoố, c h ú n g xen p h ủ

bên từ n g đôi m ột tạ o ra h ai liên k ết n.

(7

H H — — c = = = c — — H

71

Đ iể m c ầ n g h i n h ớ

- Obitan lai hoá có khả năng xen phủ cao hơn so với obitan chưa lai hoá.

bển do vừng xen phủ giữa hai obitan không lớn.

- Liên kết đơn: gồm 1 liên kết ơ.

Liên kết đôi: gồm 1 liên kết ơvà 1 liên kết n.

Liễn kết ba: gồm 1 liên kết ơ và 2 liên kết n.

- Tương tự nguyên tử c, khi tham gia liên kết nguyên tử N củng có thê ở các trạng thái

lai hoá spS(R 1 R 2 RSN), sp2(RCH = NOH), spíHC sN ), Ư.v

- Do sự xen phủ trục của các obitan khi tạo liên kết đơn (liên kết ơ) nên có sự quay tự do

xung quanh trục nối hai hạt nhân nguyên tử tạo liên kết mà vẫn bảo toàn liên kết.

Liên kết đôi, liên kết ba với sự xen phủ bên của các obitan tạo liên kết n nên làm triệt tiêu sự quay tự do xung quanh trục nối hai hạt nhăn nguyên tử tạo liên kết.

Bài SỐ 1.2

1 Cho b iêt k iể u la i hoá và loại liên k ế t (ơ, 7ĩ) của các n g u y ên tử tro n g các hợp

c h ấ t sau:

C1CH2 - CHO; CH2 = CH - CN; CH2 = c = 0

2 Cho b iêt k iể u lai h o á của các n g u y ên tử c , N, s , Br tro n g các hợp c h ấ t sau:

C H 3 - C H 3; CM2 = C H 2; c h es CH; C6H 6; C H 2 = c = C H 2; N H 2OH; H 2S; B F 4";

HO - c = N.

C1— - C H 2— — CH = = = 0

ơ

c h2= = = c h — — c : _ ' ~ i : ~ 4 i

-T ơ 2 ơ 7Ĩ

c h 2 - = = c — o

_ 2 ° ơ

C H 3 - C H o : c 3 - c ,

C H 2 = C H 2 : c 2 - C 2

C H 3= C H : C g p - C s p

C 6 H 6 : t> o c sp ~2

C H , = C = C H , : c 2 - C s o - C 2

N H o O H : N 3

H2S : Sp

B F 4~ : B ,sp

HO - c = N : Csp N sp

Bài sô 1.3

1 So s á n h độ d à i liên kết:

a C H 3^ — C M2- — - C H 3 C H 3— - C H = C H 2 C H S — C — c h

G iữa (a , b , c ); (a', b', c')

b C H - = C — C -= C H O Ì2= C H — C H = C H2 C H ^ C — C H = C H2

Giữa (m, n, 1)

2 So s á n h góc liên kết, độ d ài liên k ế t c - c, c - H, độ p h â n cực c ủ a liên k ế t C<-H giữa các c h ấ t sau:

C 2 H 2 ; C 2 H 4 ; C o n g

Bài giải

1

a Do sự lai h o á các o b ita n của nguyên tử cacbon m à ta có b án k ín h của oacbon lai hoá: c 3 > c ** > Cm

sp sp" SP

Cụ thể: rc = 0,771A ; rc , = 0,665 A ; rc = 0,602 A

-> a > b > c v à a' > h' > c' (độ bội liên k ế t c àn g tă n g thì độ dài liên k ế t càng giảm)

Cụ thể: c » - c 3 = Ị 54 Ầ ; c 2 - c 2 = 1,30 Ẳ ; c - Csu = 1,20 Ẳ

b Tương tự p h ầ n a ta có: n > 1 > m

2 - Góc liên kết: Vì các nguyên tử cacbon ở t r ạ n g t h á i lai hoá k h á c n h a u th ì góc liên k ế t k h ác n h a u

1800

Góc liên k ế t tro n g CoHg (C la i hoả sp 3) < C2H4 (C lai hoá sp 2) < CoHo (c la i hoá sp).

- Độ d à i liên k ế t c - C: i)ộ bội liên k ế t càng t ă n g t h ì độ d à i liên k ế t c à n g giám -> c2h 2 < c2h 4 < c2h 6

- Độ d ài liên k ế t c - H: Do sự lai hoá củ a n g u y ên tử cacbon nên:

-> độ d ài liên k ế t c - H: C9H9 < CoH4 < CoHg

- Độ p h â n cực c ủ a liên k ế t C<-H: Do ở các tr ạ n g th á i lai hoá k h á c n h a u thì

n guyên tử cacbon có độ âm điện k h ác n h a u

X c 3 sp < , < xc.sp“ *

Cụ thể: Xc J = 2-5 ; Xc , = 2,8; Xc = 3.3

-> Độ p h â n cực c ủ a liên k ế t C<-H: CọH6 < CọH4 < CọHo

Bài số 1.4

Gọi tê n các c h ấ t s a u theo d a n h p h á p cis - tr a n s , z ■ E.

/ \

h h c

d) H(X)C

CH(CHib e)

\ f c c / H.,c

O H C7 ' " CH=0 H

/ CH

0 Cl CH(CH3XCH2C1)

/ c = c ^

h3c CH (CH2OH XCHOHCH 3 )

V ấ n đ ẻ lí t h u y ế t liê n q u a n

1 D a n h p h á p cis - tra n s

Theo danh pháp này, nếu hai nhóm th ế giống nhau được phân bô'về cùng một phía đối với mặt phang liên kết đôi hoặc vòng no thì gọi là cis -, nếu khác phía thi gọi là trans

> = <

Dạng cis

a \ s

C — C

Dạng trans

2 D a n h p h á p z - E

c > d thì ta có:

\ = c /

Dạng z

\ _ / d

c = c

Dạng E

Độ hơn cấp của nhóm th ế được căn cứ vào số thứ tự (điện tích hạt nhân) của nguyên tử gắn trực tiếp vào nôi đôi.

H < - C H3 < N H2 < - O H < - F < - C1 < R r

Z: (1) (6) (7) (8) (9) (17) (35)

Nếu hai nguyên tử gắn vào nối đôi là đồng nhất thi cẩn xét đến các nguyên tử tiếp theo.

7

o o o

C ( 0 , 0 , 0 ) C « ) , 0 , C ) C ( O Ớ H ) C ( N , N % N ) C ( C C C )

3 D a n h p h á p syn - a n ti

Hệ danh pháp này thường ap dụng cho các hợp chất có nối đỏi c = N hoặc N = N.

C H 3 O H

,N = N c = N

Q , H 5 C f i H j , H

Dạng syn Dạng anti

Với các anđoxim RCH=NOH lại căn cứ vào vị tri không gian của H và OH đ ể gọi cấu hình là syn hay anti.

B ài giải

a) C 1 C 1 b ) C 1 au c) CL H

/ 2 r a o , o , O) > C (0 0 , H)

O H C

e)

/ C H 2O H l c (0, H, H) > C(C, c , H)

C H ,

/

( 1 )

C H ( C H 3)(CH2C1)

/ c = c \

H c ( ^ ) CH (CH 2° H )(CI 1O H C H ^

+) Cl > C(H, H, H)

+) (1 ): C(C1, H, H) > C(H, H, H) > H

(2): C (0 , c , H) > C(0 , H, H) > H

Do C(CI, H H ) > C ( 0 , c , H) nên (1) > ( 2 ) - * Dạng z

Lưu ý: Danh pháp cis - trans, z - E với những quy ước khác nhau nên dạng 7 j củng có th ế là cis- hoăc trans

tử I I ỏ hai n g u y ên tử c k h ô n g che k h u ấ t từ n g cặp một, tr á i lại c h ú n g ở n h ữ n g vị trí

xen kẽ n h a u H ãv giải th íc h tại sao và mô tả sự sắp xếp các n g u y ê n tử tr o n g p h â n

tứ đó

2 Viết công th ứ c mô tả cấu d ạ n g bền của: n - b u ta n và iso p e n ta n

3 Viết công th ứ c th ích hợp đê mô tả cấu d ạ n g b ển của:

1,2 - đ ib ro m e ta n ; 2 - a m in o etan o l

4 V iết công th ứ c mô tả cấu d ạ n g bển c ủ a 1,2 - đicloetan và etylenglicol

5 Viết công thức cấu d ạng của 1,3 - butađien; isopren và 2 - (tert - butyl)buta - 1,3 - đien.

M ô t sô đ i ê u n h ắ c l a i

ĩ Cảu ta o : Cho biết trật tự liên kết và các kiểu liên kết giữa các nguyên tử trong phán tứ.

2 Cáu h ìn h k h ô n g g ia n : S ự phân bố không gian của các nguyên tủ hay nhóm nguyên tử xung quanh trung tám bất đôi hay bộ phận cứng nhắc của phàn tử.

Xót cảu hình thường liên quan đến xét đồng phản cấu hình Các trường hợp không có đồng phàn cấu hình người ta thường xét cấu dạng.

3 Càu dang: Các dạng hình học của phán tử chi phàn biệt nhau do quay quanh một liên kết đơn.

Điều kiện đè xuất hiện cấu dạng là phải có 4 nguyên tử liên kết liên tiếp với nhau bằng liên kết cr A • B - c - D.

Đ ể xét cấu dạng người ta thường nhìn dọc theo trục liên kết đơn.

4 Cảu trúc: Là khái niệm bao trùm cho cả cấu tạo, cấu hình vả cấu dạng Xét cấu trúc của phàn tử là xét một, hai hoặc cá ba mật cấu tạo, cấu hình và cấu dạng của phàn tử.

B ài giải

1

Bén hơn

Công Ihức phối cảnh

H

H

H

II

H H Công thức Niumen

Do ỏ d ạ n g xen kẽ sẽ giảm được sự tương tác giữa các n g u y ê n tử H, t ă n g độ bền

1 /N 9

c ử a p h â n tử

9