bài tập hydrocacbon và hướng dẫn giải chi tiết potx

- Bắt ñầu từ phản ứng trong ñó có CTCT của một chất ta ñã biết chính xác phản ứng không ñược sai CTCT của chất dựa vào các ñiều kiện phản ứng suy luận tìm ra các chất còn lại.. Lưu ý : n

HYDROCACBON

II.1 – BÀI TẬP GIÁO KHOA

I.1.1 BÀI TẬP VỀ CÔNG THỨC CẤU TẠO – ðỒNG ðẲNG –

ðỒNG PHÂN – DANH PHÁP

I.1.1.1 Bài tập về ñồng ñẳng

Phương pháp :

Có 2 cách xác ñịnh dãy ñồng ñẳng của các hydrocacbon :

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

- Ankadien còn ñược gọi là ñivinyl

- Aren : dãy ñồng ñẳng của benzen

Bài tập ví dụ :

Ví dụ 1: Viết CTPT một vài ñồng ñẳng của CH4 Chứng minh công thức chung

Cách 1: Dựa vào ñịnh nghĩa ñồng ñẳng thì dãy ñồng ñẳng của metan phải là:

CH4 + kCH2 = C1+kH4+2k Tìm mối liên hệ giữa số nguyên tử C và số nguyên tử H ðặt ΣnC = 1 + k = n

ΣnH = 4 + 2k = 2(k + 1) + 2 = 2n + 2

- Số e hóa trị của nC là 4n

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

⇒ Số e hóa trị của nC dùng ñể liên kết với các C khác là [2(n-2)+2] = 2n–2 (vì trong phân tử chỉ tồn tại liên kết ñơn)

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

- Số e hóa trị dùng ñể 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

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

của chất trên

GIẢI :

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

Phương pháp viết ñồng phân :

Bước 1: - Từ CTPT suy ra chất thuộc loại hydrocacbon ñã 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 ñôi hoặc vòng trong CTCT của chất thì xét xem có ñồng phân hình học không

Bước 3 : - ðiền Hidro

Lưu ý : làm xong phải kiểm tra lại xem các nguyên tố ñã ñúng hóa trị chưa

Bài tập ví dụ :

Ví dụ 1 :

a) Nêu ñiều kiện ñể một phân tử có ñồng phân hình học?

nào có ñồng phân hình học? ðọc tên các ñồng phân ñó

ylpro

2

C2H5 etylxiclopropan

Ví dụ 2 : Xác ñịnh CTCT của một chất có nhiều ñồng phân

Cho biết CTCT của pentan trong các trường hợp sau :

b) Khi cracking cho 2 sản phẩm

GIẢI :

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

- Mỗi mũi tên chỉ viết một phương trình phản ứng

- Bắt ñầu từ phản ứng trong ñó có CTCT của một chất ta ñã biết chính xác (phản ứng

không ñược sai CTCT của chất) dựa vào các ñiều kiện phản ứng suy luận tìm ra các chất còn lại

- Xem trong chuỗi có phản ứng nào cắt bớt mạch hay tăng mạch cacbon không

nguyên liệu ban ñầu và yêu cầu ñiều chế một chất nào ñó ðể làm ñược bài này, học sinh phải nhớ và viết các ptpứ trung gian có ghi kèm ñầy ñủ ñiều kiện phản ứng Có nhiều

cách ñiều chế khác nhau với cùng một bài ñiều chế

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

o

Hoàn thành chuỗi phản ứng sau :

C2H5COONa  (1) → C2H6  ( 2) → C2H5Cl  (3) → C4H10  ( 4) → CH4  (5) → CO2

GIẢI :

Nhận xét : ñề bài ñã cho biết CTPT các chất, ta chỉ cần nhớ và viết phản ứng có ñầy

ñủ ñiều kiện ñể hoàn thành phản ứng không cần suy luận nhiều Loại bài này thường

ñược dùng ñể 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

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

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

ñiều kiện phản ứng và các chất vô cơ coi như ñủ

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

Lọc bỏ kết tủa ñể thu hồi ankin lỏng hoặc thu lấy ankin khí.

ñể tách

Lời giải và phương trình phản ứng:

C2H2 bị giữ lại trong ↓ C2Ag2, các khí CH4, C2H4 thoát ra

C2H4 + Br2 → C2H4Br2

2 4

Bài tập tương tự :

Tách rời các khí sau ra khỏi hỗn hợp gồm :

a) Benzen, styren, phenol

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 ñó bằng cách loại

bỏ ñi 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 ñi

Các phương trình phản ứng ñều là những phương trình phản ứng quen thuộc ñã gặp ở trên

Do ñó ở phần hướng dẫn giải chỉ ñưa ra các sơ ñồ tinh chế

Ví dụ 1 :

Tinh chế (làm sạch) Propilen có lẫn propin, propan và khí sunfurơ

GIẢI :

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 ñặc trưng của hidrocacbon ñể nhận biết

quan sát ñược (màu sắc, ↓, sủi bọt khí, …)

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

Cách nhận biết vài chất khí vô cơ quen thuộc:

hoặc làm mất màu nâu ñỏ của dd nước Brom

dư thì nước vôi trong bị ñục

Thứ tự tương ñối ñể nhận biết các hydrocacbon

ứng

AgC≡CAg↓ +

dd Br2 bị nhạt hay mất màu

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

có số liên kết π 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

3) Phân biệt ankin-1 với các ankin khác

4) Phân biệt benzen và ñồng ñẳng khác của benzen

làm mất màu hoặc nhạt màu dd thuốc tím

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

* Lưu ý: từ hiện tượng suy ra chất

Vd:

nhưng khi nhận biết như vậy là sai qui tắc)

Bài tập ví dụ :

Nhận biết các lọ khí mất nhãn :

- Các khí còn lại dùng các phản ứng ñặc trưng ñể nhận biết

Tóm tắt cách giải:

- Lấy mỗi khí một ít làm mẫu thử

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

CO2, H2

- Sau ñó 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

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

5*) Nhận biết các lọ mất nhãn sau :

II.1.5 BÀI TẬP VIẾT PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG GIỮA CÁC

CHẤT

Những chú ý khi làm loại bài tập này :

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

- Nhớ các ñiểm ñặc biệt trong các phản ứng, ví dụ :

ñồng phân của nhau

- Phản ứng ðềhidro hóa ñôi khi cũng ñược gọi là phản ứng cracking nhưng xúc tác là Ni,to

không có phản ứng cộng chỉ có phản ứng thế

- Phản ứng cộng : nếu tác nhân bất ñối cộng với anken bất ñối thì sản phẩm chính ñược xác ñịnh theo quy tắc Macopnhicop Chú ý ñến số sản phẩm

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

c) Hãy cho biết CTCT và tên gọi của sản phẩm khi cho isopren và pentadien-1,4 tác dụng

2 ankadien cho trên

GIẢI :

a) Phản ứng cộng giữa hydrocacbon không no với tác nhân ñối xứng thì tương ñối ñơn

Ptpứ : xem phần tóm tắt hóa tính (I.2.4/14)

b) Tác dụng với HCl (1:1)

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

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

a) Phát biểu quy tắc thế ở vòng benzen

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

Bromnitrobenzen (ghi rõ ñiều kiện phản ứng)

GIẢI :

a) Quy tắc thế ở vòng benzen :

2

phản ứng thế xảy ra dễ hơn so với benzen và ưu tiên thế vào vị trí ortho hoặc para

* ðiều chế meta – bromnitrobenzen :

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

phụ A và B A là một chất dẻo không có tính ñàn 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

một ankan

CTCT của butan là n hay iso? Viết các phương trình phản ứng ñã xảy ra?

4) Olefin là gì? Với CTPT CnH2n có thể có các chất thuộc dãy ñồng dẳng nào? Nêu tính chất hóa học cơ bản của nó?

phản ứng trùng hợp

Hợp chất C6H12 khi cộng hợp HBr chỉ thu ñược một sản phẩm duy nhất, ñịnh 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

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 ñặc ñiểm 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

a) Etan, Etilen, Axetilen :

C và C, giữa C và H

Trong phân tử có một liên kết ñôi gồm một kiên kết

liên kết ( π) linh ñộng kém bền

Trong phân tử có một liên kết ba gồm một liên kết ( σ ) bền và hai liên kết ( π) linh ñộng kém bền

rất bền vững rất khó bị ñứt khi tham gia phản ứng hóa học

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

o

Ngoài ra còn có phản ứng ñề hydro hóa ở nhiệt ñộ thích hợp và xúc tác thích hợp

Ngoài ra còn có phản ứng trùng hợp, oxihóa

Phương trình

phản ứng

Riêng axetilen có hai nguyên tử H linh ñộng nên nó còn có khả năng tham gia phản ứng thế với ion kim loại ðiều này ñược giải thích như sau : do liên kết ba rất ngắn nên hai nhân C rất gần nhau, ñiện tích tập trung nhiều về 2 C này nên các H gắn trực tiếp với C của nối ba trở nên rất linh ñộng

b) n-hexan, n-hexen, benzen

* Giống nhau :

- Thành phần cấu tạo gồm C và H

* Khác nhau :

n-hexan còn có phản ứng bẽ gãy mạch C khi có xúc tác ở nhiệt ñộ cao

oAnkan

thế và bền với tác nhân oxihóa

Phương trình phản ứng : xem phần hóa tính (I.2.4/14)

c) So sánh ñặc ñiểm cấu tạo của butin-1, butin-2, divinyl

Tương tự câu a

Nhưng khả năng tham gia phản ứng cộng của liên kết ñôi (Divinyl) hơi dễ hơn so với liên kết ba vì : liên kết 3 ngắn, hai nhân C gần nhau nên liên kết 3 hơi bền hơn so với liên kết ñôi

Bài 2 : C7H8 là ñồng ñẳng của benzen Khi cho C6H6 và C7H8 tác dụng với Brom khan (có bột Fe làm xúc tác) thì phản ứng nào xảy ra dễ hơn? Giải thích (viết phương trình phản ứng theo tỉ lệ 1:1 về số mol)

GIẢI :

về nhân làm nhân giàu electron hơn

Phản ứng cộng : Chỉ ñơn thuần cộng 2 phân tử nhỏ (monome) thành một phân tử mới cũng

Khi hình thành liên kết σ C-C trong phân tử ankan thì 2C xảy ra sự xen phủ trục liên

nhân C gần nhau hơn

cách giữa hai nhân càng gần nhau hơn

Do ñó dC-C C –C > C=C > C ≡ C

* Giải thích về khả năng tham gia phản ứng :

nhân tấn công ⇒ khả năng tham gia phản ứng của ankan< anken, ankin

- Ở ñây do liên kết 3 làm cho khoảng cách 2 nhân C rất gần nhau nên liên kết 3 hơi bền hơn liên kết ñôi nên khả năng tham gia phản ứng của ankin hơi kém hơn anken

- Và cũng do khoảng cách giữa hai nhân C bé mà mật ñộ ñiện tích tập trung hầu hết ở nhân nên các ankin-1 có H linh ñộng tham gia ñược phản ứng thế với ion kim loại

Bài tập tương tự :

1) Giải thích quy tắc cộng Maccopnhicop? Minh họa bằng ví dụ cụ thể

2) Giải thích tại sao ñộ dài liên kết ñơn C-C trong butadien-1,3 chỉ bằng 1,46Ao ngắn hơn liên kết ñơn C-C bình thường?

3) Tại sao khi nhiệt phân muối axetat với xút ñể ñiều chế ankan tương ứng lại phải dùng

4) So sánh nhiệt ñộ sôi của các hydrocacbon

a) Khi khối lượng phân tử tăng dần?

b) Có cùng CTPT nhưng khác nhau dạng khung Cacbon?

5) Khi thực hiện phản ứng phân hủy ankan bởi nhiệt lại ñược tiến hành ở nhiệt ñộ trên

6) So sánh khả năng tham gia phản ứng thế của các halogen Flo, Clo, Brom, Iod với các

ankan?

7) Tại sao cao su khi cháy lại có nhiều khói ñen? Làm thế nào ñể khói ñen ít lại?

8) Trong phản ứng ñiều chế axetilen từ metan ñược tiến hành ở nhiệt ñộ 1500o

C còn ghi kèm ñiều kiện làm lạnh nhanh?

9) So sánh cao su thường và cao su lưu hóa về thành phần, ñộ bền, ứng dụng?

10) Giải thích vì sao cao su tổng hợp có tính ñàn hồi kém cao su thiên nhiên?

11) Phân biệt các khái niệm:

a) CTN, CTðG, CTPT và CTCT

c) ðồng ñẳng, ñồng phân là gì? Nêu các loại ñồng phân, cho ví dụ?

sao?

II.2 – BÀI TOÁN LẬP CTPT

khối lượng phân tử, tùy từng giả thiết ñề bài cho mà dùng cách tính thích hợp

4 Dựa vào biểu thức phương trình Mendeleep – Claperon:

5 Dựa vào ñịnh luật Avogadro:

ðịnh luật: Ở cùng ñiều kiện nhiệt ñộ và áp suất, mọi thể tích khí bằng

nhau ñều chứa cùng một số phân tử khí

-Không cho khối lượng hydrocacbon ñem ñốt cháy

- Xác ñịnh C:

- Xác ñịnh H

m ) = 12 CO2 = 12.n

- Xác ñịnh n: biện luận từ CTTN ñể suy ra CTPT ñúng của A :

y ≤ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ≥ 1, nguyên dương

⇒ Từ ñó xác ñịnh ñược CTPT ñúng của chất hữu cơ A

Lưu ý: Khi bài tóan yêu cầu xác ñịnh CTðG nhất của chất hữu cơ A (hay CTN của A)

2) Các ví dụ :

Ví dụ 1 :

2 2

Một hydrocacbon A có thành phần nguyên tố: % C = 84,21; %H = 15,79; Tỉ khối hơi

= 16.0,04 = 4 0,16

II.2.1.2) Phương pháp dựa vào phản ứng cháy:

Dấu hiệu nhận biết bài toán dạng này : ñề bài ñốt cháy một chất hữu cơ có ñề cập

nước

5) ðộ tăng khối lượng các bình chính là khối lượng các chất mà bình ñã hấp thụ

7) Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ với oxy nên ñể oxy lại cân bằng sau từ vế sau ñến vế trước Các nguyên tố còn lại nên cân bằng trước, từ vế trước ra vế sau phương trình phản ứng

2) Bài tập ví dụ :

Ví dụ 1 :

Ví dụ 2 : Khi ñốt cháy hòan tòan 0,42 g một Hydrocacbon X thu tòan bộ sản phẩm qua

ñiều kiện Tìm CTPT của X

54

II.2.1.3 Phương pháp thể tích (phương pháp khí nhiên kế):

thể lỏng dễ bay hơi

chất khí tham gia và tạo thành (ở cùng ñiều kiện nhiệt ñộ, áp suất) hệ số ñặt trước công thức của các chất không những cho biết tỉ lệ số mol mà còn cho biết tỉ lệ thể tích của

chúng

1) Phương pháp giải

Bước 2 : Viết và cân bằng các phương trình phản ứng cháy của hydrocacbon A dưới dạng

Cách khác : Sau khi thực hiện bước 1 có thể làm theo cách khác:

- Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ A dưới dạng:

0





- Nếu ñề tóan cho oxy ban ñầu dư thì sau khi bật tia lửa ñiện và làm lạnh (ngưng tụ hơi

- Khi ñốt cháy hay oxi hóa hòan toàn một hydrocacbon mà giả thiết không xác ñịnh rõ sản phẩm, thì các nguyên tố trong hydrocacbon sẽ chuyển thành oxit bền tương ứng trừ:

2 Bài tập ví dụ

Ví dụ 1:

kế ñốt cháy thì thu ñược 3,4 l khí, làm lạnh chỉ còn 1,8 l Cho hỗn hợp qua tiếp dung dịch KOH (ñặc) chỉ còn 0,5 l khí Các V khí ño cùng ñiều kiện Tìm CTPT của hydrocacbon A Tóm tắt ñề :

rồi ñốt cháy Sau khi làm lạnh ñể nước ngưng tụ rồi ñưa về ñiều kiện ban ñầu thì thể tích