Chương 1 Phần 2 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ HYDROCACBON TRONG CHƯƠNG TRÌNH THPT

Chương 1 Phần 2 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ HYDROCACBON TRONG CHƯƠNG TRÌNH THPT

II.1 – BÀI TẬP GIÁO KHOA

I.1.1 BÀI TẬP VỀ CÔNG THỨC CẤU TẠO – ĐỒNG ĐẲNG –

ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP I.1.1.1 Bài tập về đồng đẳng

 Phương pháp :

Có 2 cách xác định dãy đồng đẳng của các hydrocacbon :

- Dựa vào electron hóa trị để xác định

Lưu ý :

C luôn có hóa trị IV tức là có 4e hóa trị

nC sẽ có 4ne hóa trị

H luôn có hóa trị I tức là có 1e hóa trị

- Parafin chính là ankan, dãy đồng đẳng parafin chính là dãy đồng đẳng của CH4

- Olefin chính là anken, dãy đồng đẳng olefin chính là dãy đồng đẳng của C2H4

- Ankadien còn được gọi là đivinyl

- Aren : dãy đồng đẳng của benzen

- Hydrocacbon : CxHy : y chẵn, y  2x + 2

 Bài tập ví dụ :

Ví dụ 1: Viết CTPT một vài đồng đẳng của CH4 Chứng minh công thức chung

của dãy đồng đẳng của CH4 là CnH2n+2

GIẢI :

Dựa vào định nghĩa đồng đẳng, CTPT các đồng đẳng của CH4 là C2H6,

C3H8, C4H10,…, C1+kH4+2k

Chứng minh CTTQ dãy đồng đẳng metan CH4 là CnH2n+2 :

Cách 1: Dựa vào định nghĩa đồng đẳng thì dãy đồng đẳng của metan phải là:

CH4 + kCH2 = C1+kH4+2k

Tìm mối liên hệ giữa số nguyên tử C và số nguyên tử H

Đặt nC = 1 + k = n

nH = 4 + 2k = 2(k + 1) + 2 = 2n + 2

Vậy dãy đồng đẳng farafin là CnH2n+2 (n  1)

Cách 2: Dựa vào số electron hóa trị :

- Số e hóa trị của nC là 4n

- Số e hóa trị của 1C dùng để liên kết với các C khác là 2

 Số e hóa trị của nC dùng để liên kết với các C khác là [2(n-2)+2] =

2n–2 (vì trong phân tử chỉ tồn tại liên kết đơn)

(Sở dĩ “+2” vì 1C đầu mạch chỉ liên kết với 1C nên dùng 1e hóa trị, 2C

đầu mạch dùng 2e hóa trị

- Số e hóa trị dùng để liên kết với H: 4n–2n-2 = 2n + 2

- Vì mỗi nguyên tử H chỉ có 1 e hóa trị nên số e hóa trị của (2n

+2)nguyên tử H trong phân tử là 2n + 2

 Công thức chung của ankan là CnH2n+2 (n  1)

Cách 3: Metan có CTPT CH4 dạng CnH2n+2  dãy đồng đẳng của ankan là

CnH2n+2

Ví dụ 2: CT đơn giản nhất của 1 ankan là (C2H5)n Hãy biện luận để tìm CTPT

của chất trên

GIẢI :

CT đơn giản của ankan là (C2H5)n Biện luận để tìm CTPT ankan đó:

Cách 1: Nhận xét: CT đơn giản trên là 1 gốc ankan hóa trị 1 tức có khả năng

kết hợp thêm với 1 gốc như vậy nữa  n = 2  CTPT ankan C4H10

Phân biệt đồng phân với đồng đẳng Trong số những CTCT thu gọn dưới đây, nhữngchất nào là đồng đẳng của nhau? Những chất nào là đồng phân của nhau.?

 Phân biệt đồng phân với đồng đẳng : xem I.2.2/12

 Những chất là đồng đẳng của nhau là : 1 và 5 hoặc 1 và 3(ankan); 6 và 7 hoặc 6 và 9 (anken)

 Những chất là đồng phân của nhau : 2 và 4; 3 và 5; 6 và 9 và 8

II.1.1.2 Bài tập về đồng phân – danh pháp :

 Phương pháp viết đồng phân :

Bước 1: - Từ CTPT suy ra chất thuộc loại hydrocacbon đã học nào.

- Viết các khung cacbon

Bước 2 :- Ứng với mỗi khung cacbon, di chuyển vị trí liên kết bội (nếu có), di chuyển vị

trí các nhóm thế (nếu có)

- Nếu có nối đôi hoặc vòng trong CTCT của chất thì xét xem có đồng phân hình học không

Bước 3 : - Điền Hidro.

Lưu ý : làm xong phải kiểm tra lại xem các nguyên tố đã đúng hóa trị chưa.

 Bài tập ví dụ :

Ví dụ 1 :

a) Nêu điều kiện để một phân tử có đồng phân hình học?

b) Viết tất cả các CTCT các đồng phân của C5H10; Trong các đồng phân đó, đồng phân nào

có đồng phân hình học? Đọc tên các đồng phân đó

- Ứng với CTPT C5H10, chất có thể là penten hoặc xiclopentan

C2H5

HCis-penten-2

C=C

CH3H

H

C2H5Trans-penten-2

Các đồng phân mạch vòng xicloankan

xiclopentan

CH3metylxiclobutan

CH3

CH31,2-dimetylxiclopropan

CH2 C CH2

CH3

CH3 2-metylbuten-1

etylxiclopropan C2H5

CH3

CH31,1-dimetylpropan

Ví dụ 2 : Xác định CTCT của một chất có nhiều đồng phân.

Cho biết CTCT của pentan trong các trường hợp sau :

a) Tác dụng với Cl2 (askt) tỉ lệ 1:1 cho 4 sản phẩm

b) Khi cracking cho 2 sản phẩm

GIẢI :

Đối với loại bài tập này thì làm các bước sau :

Bước 1 : Viết tất cả các khung mạch C ứng với CTPT đề bài cho (nháp)

Bước 2 : Thực hiện các phản ứng theo đề bài và xác định số sản phẩm CTCT nào thỏa

mãn số sản phẩm đề bài thì ta chọn (nháp)

Bước 3 : Xác định lại CTCT vừa tìm được, viết ptpứ chứng minh (vở)

Ứng với pentan C5H12 có các dạng khung C sau :

C C C C C C C C C

C

C C CC

(3) có 1 vị trí thế (C1 hoặc C3)  tạo một sản phẩm (loại)

Vậy CTCT của pentan là (2) : 2-metylbutan (isopentan)

CTCT của pentan là (3): 2,2-dimetylpropan (neopentan), khi cracking chỉ cho 2 sản phẩm :

2) Cho aren có CTPT C8H10 viết CTCT và gọi tên các đồng phân của A.

3) Viết CTCT và gọi tên lại cho đúng nếu cần Xét xem đồng phân nào có đồng phân hình

1) Muốn làm bài tập chuỗi phản ứng cần lưu ý :

- Mỗi mũi tên chỉ viết một phương trình phản ứng

- Bắt đầu từ phản ứng trong đó có CTCT của một chất ta đã biết chính xác (phản ứng không được sai CTCT của chất) dựa vào các điều kiện phản ứng suy luận tìm ra các chất còn lại

2) Các phản ứng cắt bớt mạch hoặc cắt đứt mạch cacbon thì dùng các phản ứng :

R – COONa + NaOH(r)  CaO,tocaoRH  + Na2CO3

3) Bài tập điều chế là một dạng khác của chuỗi phản ứng, ở đây đề bài chỉ cho biết

nguyên liệu ban đầu và yêu cầu điều chế một chất nào đó Để làm được bài này, học sinh phải nhớ và viết các ptpứ trung gian có ghi kèm đầy đủ điều kiện phản ứng Có nhiều cách điều chế khác nhau với cùng một bài điều chế

Lưu ý : nếu đề bài yêu cầu viết sơ đồ điều chế (hoặc sơ đồ tổng hợp) thì ta chỉ cần viết dưới dạng một chuỗi phản ứng từ nguyên liệu đến sản phẩm, trên các mũi tên có ghi kèm điều kiện phản ứng

Ví dụ 1 : Chuỗi phản ứng cho biết CTPT các chất :

Hoàn thành chuỗi phản ứng sau :

C2H5COONa )1 C2H6  )2 C2H5Cl )3 C4H10  )4 CH4  )5 CO2

GIẢI :

Nhận xét : đề bài đã cho biết CTPT các chất, ta chỉ cần nhớ và viết phản ứng có đầy

đủ điều kiện để hoàn thành phản ứng không cần suy luận nhiều Loại bài này thường được dùng để trả bài hoặc làm bài tập cơ bản trong tiết bài tập

(1) cắt bớt mạch  nhiệt phân muối

(3) tăng mạch cacbon  nối hai gốc ankyl

Al4C3 + 12H2O  3CH4 + 4Al(OH)3

2CH4 1500 OC,llnC2H2 + 3H2

CH3COOH + HCCH Hg2t, oCH2=CHOCOCH3

600 o C, cacbon hoạt tính

n

CH CH2OCOCH3nCH2=CHOCOCH3 xt,to,p

Ví dụ 3: Đề bài khơng cho điều kiện phản ứng, chỉ cho biết duy nhất CTPT của một chất

Viết sơ đồ phản ứng tổng hợp PVC từ đá vôi và than đá.

C2H4 C2H5OH C2H4

Etyl Clorua

Etilen glicolPE

(1) (2) (3) (4)

(5)3)

(3)

(4)

(5)(6)

C2H24)

Ankan A

Bxt,to D

E

PPcao su Isopren

C CH2

CH3

CH3

n5)

Đá vôivôi sốngcanxicacbuaaxetilenvinyl axetilenDivinylcaosu Buna

Đáp án : X:C2H2; X1:C4H4 (vinyl axetilen); X2 : C4H6 (Butadien-1,3) ; X3: C6H5CH=CH2; X4:

C2H4; X5: C2H5OH

8*)

+H2

H2Oxt

Buna SBunaN

Từ khí thiên nhiên viết phương trình phản ứng điều chế caosu Isopren, cao su

Cloropren, Caosu Buna N, CCl4 Cho các chất vô cơ và điều kiện thí nghiệm coi như đủ

10) Viết phương trình phản ứng tổng hợp tổng hợp caosu từ chất đầu là isopentan Các

điều kiện phản ứng và các chất vô cơ coi như đủ

11) Viết phương trình phản ứng điều chế C2H5OH từ khí cracking

R–CCAg + HCl

 R–CCH + AgCl

Lọc bỏ kết tủa để thuhồi ankin lỏng hoặc thu lấy ankin khí

Benzen và

đẳng của

benzen

khác nên dùng phương pháp chiết

Lời giải và phương trình phản ứng:

 Dẫn hỗn hợp khí qua dd Ca(OH)2 dư, thu được  CaCO3

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

 Thốt ra ngồi là hỗn hợp khí CH4, C2H4, C2H2 được dẫn qua dd AgNO3/NH3 thì

C2H2 bị giữ lại trong  C2Ag2, các khí CH4, C2H4 thốt ra

C2H2 + 2AgNO3 (dd) + 2NH3  C2Ag2 + 2NH4NO3

 Tiếp tục dẫn hỗn hợp khí CH4, C2H4 qua dd nước Br thì C2H4 bị giữ lại, CH4 thốt ra

ta thu được CH4

C2H4 + Br2  C2H4Br2

 Tái tạo CO2 bằng cách nhiệt phân kết tủa CaCO3

 Tái tạo C2H2 bằng cách cho kết tủa C2Ag2 tác dụng với dd HCl

C2Ag2 + 2HCl  C2H2 + 2AgCl

 Tái tạo C2H4 bằng cách cho chất lỏng C2H4Br2 tác dụng với Zn/rượu:

C2H4Br2 + Zn rượu C2H4 + ZnBr2

 Bài tập tương tự :

Tách rời các khí sau ra khỏi hỗn hợp gồm :

a) Benzen, styren, phenol

b) NH3, butin-1, butadien và butan

c) Khí HCl, butin-1 và butan

II.1.3.2 Tinh chế :

 Nguyên tắc : Tinh chế là làm sạch hóa chất nguyên chất nào đó bằng cách loại

bỏ đi tạp chất ra khỏi hỗn hợp (nguyên chất và tạp chất)

 Phương pháp : Dùng hóa chất tác dụng với tạp chất mà không phản ứng với

nguyên chất tạo ra chất tan hoặc tạo ra chất kết tủa lọc bỏ đi

Các phương trình phản ứng đều là những phương trình phản ứng quen thuộc đã gặp ở trên

Do đó ở phần hướng dẫn giải chỉ đưa ra các sơ đồ tinh chế

C6H6

C6H5CH3ddBr2

3) Làm sạch etan có lẫn etilen và làm sạch etilen có lẫn etan

4) Làm sạch etan có lẫn axetilen và ngược lại

5) Làm sạch etilen có lẫn axetilen và ngược lại

II.1.4 NHẬN BIẾT – PHÂN BIỆT

 Phương pháp :

Tổng quát:

- Làm thí nghiệm với các mẫu thử

+ Chỉ dùng những phản ứng đặc trưng của hidrocacbon để nhận biết

+ Các phản ứng dùng để nhận biết phải đơn giản, dễ thực hiện và dấu hiệu phản ứng quan sát được (màu sắc, , sủi bọt khí, …)

- Khi có cả chất hữu cơ và vô cơ nên phân biết chất vô cơ trước, nếu được

Cách nhận biết vài chất khí vô cơ quen thuộc:

 CO2, SO2 : làm đục nước vôi trong nhưng SO2 tạo kết tủa vàng khi sục vào dd H2S hoặc làm mất màu nâu đỏ của dd nước Brom

2H2S + SO2  3S(vàng) + H2O

SO2 + Br2 + H2O 2HBr + H2SO4

 H2O (hơi) : đổi màu trắng của CuSO4 khan thành xanh

 N2, khí trơ : không cháy

 NH3 : làm xanh màu quì tím ẩm hoặc tạo khói trắng (NH4Cl) với khí HCl

 HCl (khí) : làm quì tím ẩm hóa đỏ hoặc tạo khói trắng với NH3(khí)

 HCl (dd) : làm đỏ quì tím , sủi bọt CO2 với CaCO3

 NO : chuyển thành nâu khi gặp không khí (NO + ½ O2  NO2)

Thứ tự tương đối để nhận biết các hydrocacbon

ứng

+ 2NH3  AgCCAg + 2NH4NO3

CnH2n+2-2k + kBr2

CnH2n+2Br2k

KMnO4 bị nhạt hay mất màu

 Những điểm cần lưu ý thêm khi nhận biết các hydrocacbon :

1) Phân biệt anken với các hydrocacbon mạch hở khác có số liên kết  nhiều hơn

Bằng cách lấy cùng thể tích như nhau của các hydrocacbon rồi nhỏ từng lượng dd Br2

(cùng nồng độ) vào Mẫu nào có thể tích Br2 bị mất màu nhiều hơn ứng với hydrocacbon

có số liên kết  nhiều hơn

2) Phân biệt axetilen với các ankin-1 khác

- Bằng cách cho những thể tích bằng nhau của các chất thử tác dụng với lượng dư dd AgNO3 trong NH3 rồi định lượng kết tủa để kết luận

CH  CH + 2AgNO3 + 2NH3   AgC  CAg + 2NH4NO3

R – C  CH + AgNO3 + NH3   R – C  CAg + NH4NO3

3) Phân biệt ankin-1 với các ankin khác

Ankin-1 tạo kết tủa vàng nhạt với dd AgNO3 trong NH3

4) Phân biệt benzen và đồng đẳng khác của benzen

Benzen không làm mất màu dd thuốc tím (KMnO4) trong khi các đồng đẳng của benzen làm mất màu hoặc nhạt màu dd thuốc tím

* Nếu hỗn hợp phức tạp nên lập bảng để nhận biết

* Lưu ý: từ hiện tượng suy ra chất

Vd:

Khi làm đục nước vôi trong và tạo  vàng với dd H2S là SO2 (Đ)

Khí SO2 làm đục nước vôi trong và tạo  vàng với dd H2S là SO2 (Đúng về mặt khoa học nhưng khi nhận biết như vậy là sai qui tắc)

a) N2, H2, CH4, C2H4, C2H2

Có 3 cách giải :

Cách 1 :

Nhận xét:

- N2 : không cho phản ứng cháy

- H2 : phản ứng cháy, sản phẩm cháy không làm đục nước vôi trong

- CH4 : phản ứng cháy, sản phẩm cháy làm đục nước vôi trong

- Các khí còn lại dùng các phản ứng đặc trưng để nhận biết

Tóm tắt cách giải:

- Lấy mỗi khí một ít làm mẫu thử

- Dẫn lần lượt các khí đi qua dd AgNO3/NH3 Khí nào tạo được kết tủa vàng là C2H2

ddAgNO3/NH3

+ H2OAgC CAg

Ag2O+

CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

H2 + ½ O2  H2O

Cách 2 :

- Dẫn 5 khí trên lần lượt qua dd Brom, có 2 khí làm mất màu dd nước Brom (nhóm 1) gồm

C2H4 và C2H2 3 khí còn lại không có hiện tượng gì thoát ra ngoài (nhóm 2) gồm CH4 và

CO2, H2

- Sau đó nhận biết các khí trong mỗi nhóm trên tương tự cách 1

Cách 1 tối ưu hơn cách 2

- Cho 2 khí ở mỗi nhóm lần lượt qua dd nước Brom Khí ở nhóm 1 làm mất màu nâu

đỏ của dd Brom là SO2 và khí ở nhóm 2 cũng có hiện tượng như vậy là C2H2 Hai khí còn lại là CO2 và C3H8

Cách 2 :

- Dùng phản ứng đặc trưng để nhận biết

- Thứ tự nhận biết C2H2, SO2, CO2, C3H8

Cách 3 :

- Dẫn 4 khí trên lần lượt vào dd Brom, có 2 khí làm mất màu nâu đỏ của dd Brom (nhóm 1) và 2 khí kia không có hiện tượng gì (nhóm 2).

- Dẫn lần lượt 2 khí ở nhóm 1 qua dd AgNO3/NH3 Khí nào tạo kết tủa vàng nhạt là

1) Chỉ dùng 1 thuốc thử nhận biết 3 chất lỏng: benzen, toluen, styren

2) Pentan, penten-1, pentin-1, dd AgNO3, nước, dd NH4OH, nước Br, dd HCl, dd HI (chỉ

sử dụng quì tím)

3) Chỉ dùng 1 hóa chất nhận biết : n-butan, buten-2, butadien-1,3 , vinylacetylen.

4) Nhận biết : n-hexan, hexen-2, hexen-1, n-heptan, toluen, styren và benzen

Những chú ý khi làm loại bài tập này :

- Phải nắm vững các phản ứng hóa học của các hydrocacbon

- Nhớ các điểm đặc biệt trong các phản ứng, ví dụ :

- Phản ứng thế : từ C3 trở lên nếu thế với Cl2 (askt, 1:1) sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm là đồng phân của nhau

- Phản ứng cracking : chỉ có ở ankan từ C3 trở lên

- Phản ứng Đềhidro hóa đôi khi cũng được gọi là phản ứng cracking nhưng xúc tác là Ni,to

- Lưu ý : phản ứng cộng H2 và đề H2 đều có xúc tác là Ni,to

- Vòng C3, C4 chỉ có phản ứng cộng mở vòng không có phản ứng thế Vòng C5 trở lên không có phản ứng cộng chỉ có phản ứng thế

- Phản ứng cộng : nếu tác nhân bất đối cộng với anken bất đối thì sản phẩm chính được xác định theo quy tắc Macopnhicop Chú ý đến số sản phẩm

- Đối với ankin thì cần chú ý đến xúc tác để biết 1 hoặc 2 liên kết  sẽ bị đứt

- Phản ứng trùng hợp : cần chú ý các phản ứng trùng hợp 1,4 thường tạo thành cao su

- Cộng 1,4 tạo 2 sản phẩm

* Pentadien-1,4 tác dụng với HCl (1:1)

- Cộng 1,2 hay 3, 4 : tương tự như Divinyl

- Không có phản ứng cộng 1,4 do hai liên kết  không liên hợp

- CTCT các polime thu được khi trùng hợp 2 ankadien trên :

- Pentadien-1,4 không có sản phẩm trùng hợp 1,4 do không có 2 liên kết  liên hợp

Bài 2 :

a) Phát biểu quy tắc thế ở vòng benzen

b) Từ benzen viết phương trình phản ứng điều chế ortho-bromnitrobenzen và

meta-Bromnitrobenzen (ghi rõ điều kiện phản ứng)

* Điều chế ortho – bromnitrobenzen :

+ Br2 Fe

Br + HBr Br

2) Khi trùng hợp butadien-1,3 với xúc tác Na ta thu được cao su Buna có lẫn 2 sản phẩm

phụ A và B A là một chất dẻo không có tính đàn hồi, mỗi mắt xích có một mạch nhánh là nhóm vinyl B là hợp chất vòng có tên là 1-vinyl xiclohexan-3 có phân tử bằng 108 Viết các phương trình phản ứng xảy ra dưới dạng CTCT

3) Phản ứng cracking là gì? Viết các phương trình phản ứng dạng tổng quát khi cracking

Hợp chất C6H12 khi cộng hợp HBr chỉ thu được một sản phẩm duy nhất, định CTCT có thể

có của olefin này và viết phương trình phản ứng

5) Viết phương trình phản ứng (nếu có) của các hợp chất sau với dung dịch AgNO3/NH3

a) Axetylen

b) Butin-1

c) Butin-2

6) Viết phương trình phản ứng (nếu có) giữa các chất sau với Brom, ghi rõ điều kiện: dd,

b) Propylen + AgNO3/NH3 dư

c) Styren + dd KMnO4 + Ba(OH)2

II.1.6 BÀI TẬP SO SÁNH GIẢI THÍCH CẤU TẠO, TÍNH CHẤT

HÓA HỌC CỦA CÁC HYDROCACBON

 Nguyên tắc : Dựa vào sự so sánh về đặc điểm cấu tạo các chất rồi suy ra tính

a) Etan, etylen, axetylen

b) hexan, hexen, benzen

c) butin-1, butin-2 và butadien-1,3

C và C, giữa C và H

Trong phân tử có một liên kết đôi gồm một kiên kết (

 ) bền và một liênkết ( ) linh động kém bền

Trong phân tử có một liên kết ba gồm một liên kết (

 ) bền và hai liên kết ( ) linh động kém bền

Đặc điểm liên kết Liên kết đơn ( )

rất bền vững rất khó bị đứt khi thamgia phản ứng hóa học

Liên kết ( ) linh động kém bền rất dễ bịđứt khi tham gia phản ứng hóa học

Tính chất hóa

học

Tính chất hóa học đặc trưng là phản ứng thế, khó bị oxi hóa

Ngoài ra còn có phản ứng đề hydro hóa ở nhiệt độ thích hợp và xúc tác thích hợp

Tính chất hóa học đặc trưng là phản ứng cộng Riêng với axetilen thì khi tham gia phản ứng hóa học tùy điều kiện xúc tác

mà một hay cả hai liên kết ( ) sẽ bị đứt

Ngoài ra còn có phản ứng trùng hợp, oxihóa

Phương trình