BÁO CÁO THỰC HÀNH HOÁ HỮU CƠ HYDROCARBON VÀ DẪN XUẤT HALOGEN I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM – Điều chế alkane (methane), xác định tính chất của hidrocarbon no. – Điều chế và tính chất của alkene. – Điều chế và tính chất của alkine. – Tính chất của benzen và toluen. – Tính chất của dẫn xuất halogen. II. THỰC HÀNH Phần A: Hydrocarbon Thí nghiệm 1: Điều chế và đốt cháy methane 1. Điều chế a) Quy trình Methane được điều chế bằng cách đun hỗn hợp vôi tôi xút (tỉ lệ khối lượng tương ứng là CaO : NaOH = 1.5:1) với CH3COONa đã được làm khan bằng cách đun nóng. Thu khí methane sinh ra bằng cách đẩy nước. b) Giải thích Phương trình phản ứng: Dùng vôi tôi trộn với xút là để ngăn không cho NaOH làm thủng ống nghiệm bằng thủy tinh (SiO2) dẫn đến nguy hiểm theo phản ứng sau: SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O Muối CH3COONa thường không khan phản ứng với NaOH là chất hút ẩm mạnh sẽ gây cản trở do đó trước khi tiến hành phải được làm khan để loại nước. Thu khí methane qua nước để làm giảm bớt tạp chất khí do khi qua nước bị nước hấp thụ → thu khí methane tinh khiết hơn. 2. Tính chất Thử tính chất của khí methane bằng cách cho que đóm đến đầu ống dẫn khí thì thấy que đóm cháy với ngọn lửa màu xanh → khí methane duy trì sự cháy. Đưa nắp chén sứ chạm vào ngọn lửa của methane đang cháy thì có hơi đọng lại trên chén và có hơi đen do phản ứng oxy hóa xảy ra, kèm theo các sản phẩm phụ sinh muội than. Ngoài ra, lượng CH4 ít dẫn đến lượng sản phẩm cũng ít. Thí nghiệm 2: Phản ứng brom hóa hydrocarbon 1. Quy trình Cho vài giọt brom trong carbontetraclorua vào ống nghiệm đã chứa nhexan hoặc ether dầu hỏa > dung dịch brom ban đầu màu vàng > lắc nhẹ hỗn hợp phản ứng để một thời gian dung dịch bị mất màu. 2. Giải thích Do tốc độ phản ứng thế brom vào alkane thường chậm nên dùng dung dịch CCl4 làm dung môi vì nó có khả năng hòa tan tốt cả brom và alkane làm cho phản ứng xảy ra nhanh và biến đổi màu rõ hơn. Phản ứng thế brom hóa hidrocarbon no xảy ra theo cơ chế gốc tự do (SR), bao gồm các giai đoạn: (R – gốc ankyl) Trong các giai đoạn trên, giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng chung là giai đoạn hình thành góc tự do ankyl, giai đoạn này đòi hỏi năng lượng hoạt hóa cao hơn nên mang tính chất quyết định chung cho vận tốc cả phản ứng, nên nhìn chung phản ứng khó xảy ra hơn. Khi dùng nhexan ta thường thu được hỗn hợp sản phẩm là đồng phân của nhau Khi dùng nhaxan ta thu được: Thí nghiệm 3: Điều chế và tính chất của ethylene 1. Điều chế Đun ống nghiệm chứa hỗn hợp C2H5OH và H2SO4 trên ngọn lửa đèn cồn, tiến hành thu khí C2H4 sinh ra. Sau một thời gian, hỗn hợp có màu vàng nâu và sinh khí C2H4 không màu. Trước khi đun, ta thêm vào hỗn hợp vài hạt cát hoặc viên sứ xốp để làm hỗn hợp sôi đều. Ngoài ra ta có thể lắp thêm ống đựng vôi tôi xút để hấp thụ nước, SO2, các sản phẩm phụ khác của phản ứng trên để thu được ethylene tinh khiết. 2. Tính chất Tiếp tục quá trình, đốt khí ethylene ở đầu ống dẫn khí thì ta thấy ngọn lửa cháy có màu xanh hơi vàng ở trên và có ít khói thoát ra. Đưa nắp chén sứ vào ngọn lửa đang cháy thấy có muội than bám trên nắp chén sứ vì phản ứng oxy hóa xảy ra sinh ra CO2, H2O kèm theo muội than là sản phẩm phụ, lửa màu vàng thường cho thấy có muội than. Dẫn khí ethylene vào ống nghiệm chứa nước brom bão hòa > dung dịch từ màu vàng hơi cam (màu của dung dịch brom) chuyển sang nhạt dần, nếu cứ cho tiếp sục tiếp khí ethylene vào thì dung dịch mất màu. Hiện tượng trên là do phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng hợp ái điện tử thông thường bẻ gảy liên kết giữa ethylene và brom tạo sản phẩm không màu. Dẫn ethylene vào ống nghiệm chứa KMnO4 thì dung dịch từ màu tím dần nhạt màu và xuất hiện kết tủa đen. Do nối đôi ethylene bị KMnO4 oxy hóa thành 1,2 diol đồng thời tạo MnO2 dạng kết tủa đen H2C = CH2 + KMnO4 +H2O→ HOCH2CH2OH + KOH + MnO2↓ Thí nghiệm 4: Điều chế và tính chất của acetylene 1. Điều chế Cho nước vào ống nghiệm đã chứa sẵn calci carbua và đậy thật nhanh bằng nút cao su có ống dẫn khí thì thấy trong ống ngiệm sủi bọt, đầu ống dẫn khí có khí không màu, có mùi hôi thoát ra, đó là khí acetylene. CaC2 + H2O → HC CH + Ca(OH)2 Thực tế acetylene không có mùi, nhưng sản phẩm thu được có mùi là do trong sản phẩm có lẫn nhiều tạp chất như H2S, NH3, PH3 … và các hợp chất gây mùi. 2. Tính chất a. Đốt cháy khí ở đầu ống dẫn thì ngọn lửa có màu sáng chói, muội than bám vào ống nghiệm và muội than bay ra nhiều hơn so với trường hợp methane và ethylen. Đưa nắp chén sứ vào ngọn lửa đang cháy, thì ở nắp chén có vệt đen là muội than sinh ra từ phản ứng oxy hóa acetylene. b. Dẫn khí acetylene vào dung dịch nước brom bão hòa thì nước brom cũng bị mất màu, nhưng tốc độ mất màu chậm hơn so với ethylen. Phản ứng cộng diễn ra qua 2 giai đoạn: c. Khi dẫn khí vào dung dịch KMnO4 thì màu dung dịch từ tím chuyển sang nhạt dần, có tủa nâu đen của MnO2. d. Phản ứng với phức amiacat bạc và amiacat đồng Phản ứng với amiacat bạc Amiacat bạc được điều chế theo phương trình sau: • Cho dung dịch AgNO3 vào ống nghiệm, nhỏ vào đó dung dịch NH3 đến khi nào kết tủa Ag2O vừa sinh ra tan hoàn toàn. • AgNO3 + NH3 + H2O → AgOH + NH4NO3 • 2AgOH Ag2O + H2O • Ag2O + 2NH3 + H2O → 2(Ag(NH3)2)OH Dẫn acetylene vào hỗn hợp mới tạo thành trên thì ta thấy xuất hiện kết tủa màu vàng nhạt (AgC CAg ) và có khí mùi khai (NH3) bay ra HC CH + 2(Ag(NH3)2)OH → AgC CAg↓ + 4NH3 ↑ + 2H2O Lấy một ít kết tủa và nhỏ vào vài giọt HCl đặc thì thấy kết tủa từ vàng chuyển dần thành kết tủa trắng, do sự thay thế dần tủa AgC CAg bằng tủa AgCl màu trắng. Lấy tủa AgC Cag đem nung trên lưới amiang > xuất hiện tiếng nổ nhỏ và mẫu bị phân hủy thành màu đen. Phản ứng với amiacat đồng Amiacat đồng được điều chế theo phương trình sau Trường hợp có lẫn Cu2+, tinh chế lại bằng cách sau 4Cu2+ + 2NH2OH → 4Cu+ + 4H+ + N2O + H2O Dẫn khí C2H2 vào ống nghiệm chứa phức Cu (I) amiacat thì xuất hiện kết tủa đỏ do tạo thành CuC CCu↓ theo phương trình HC CH + 2(Cu(NH3)2)Cl → CuC CCu↓ +2NH4Cl + 2NH3 Khi cho HCl đặc vào kết tủa thì thấy tủa tan ra dung dịch có màu xanh do xảy ra theo phản ứng Thí nghiệm 5: Phản ứng oxy hóa benzen và toluen 1. Quy trình Chuẩn bị 2 ống: • Ống 1: KMnO4, H2SO4 và C6H6. • Ống 2: KMnO4, H2SO4 và C6H5CH3 2. Hiện tượng Khi tiến hành đun nóng cả ống nghiệm thì ống 1 không có hiện tượng, ống 2 màu tím nhạt dần, xuất hiện tủa nâu đen (MnO2) chứng tỏ toluen đã phản ứng với chất oxi hóa là KMnO4 theo phương trình: 3. Giải thích Do bezen có cấu trúc bền và tương đối trơ với các tác nhân oxi hóa nên không thấy hiện tượng gì xảy ra. Do toluen có nhóm –CH3 gắn với vòng khi đó không phải nhân benzen tham gia phản ứng mà phản ứng xảy ra tại các góc ankyl tạo thành nhóm carboxyl –COOH. Phần B: Dẫn xuất halogen của hydrocarbon Thí nghiệm 6: Điều chế CHI3 1. Điều chế từ alcol ethylic Cho alcol ethylic vào dung dịch KI bão hòa và NaOH. Đun nhẹ cho đến khi dung dịch vẫn đục. Sau đó làm lạnh ống nghiệm bằng nước lạnh. Khi cho KI vào ta thấy dung dịch có màu tím đó là màu của I2, do trong dung dịch có chứa I2. Sau khi cho NaOH vào đun nhẹ và làm lạnh thì thấy có xuất hiện kết tủa vàng. 2. Điều chế từ acetone Cho dung dịch KI và NaOH vào ống có chứa acetone Lắc nhẹ ống nghiệm, đun nhẹ sau đó làm nguội, ta thu được kết tủa vàng nhạt của CHI3 Trong thí nghiệm trên, ta chỉ tiến hành đun nhẹ, vì các hợp chất này dễ bay hơi, lượng acetone nếu ta đun sôi sẽ bay hơi hết, ngoài ra do có lẫn I2 trong dung dịch KI nên khi đun nóng sẽ dẫn đến hiện tượng thăng hoa I2. Thí nghiệm 7: Phản ứng thủy phân dẫn xuất halogen 1. Phản ứng của chloform với dung dịch kiềm Cho CHCl3 vào dung dịch NaOH, lắc đều và đun sôi rồi làm lạnh hỗn hợp phản ứng. Sau quá trình ta thu được dung dịch tách thành 2 lớp, lớp dưới có dạng tủa màu trắng đục, lớp trên trong hơn. Ta phải rữa sạch CHCl3 bằng nước cất, kiểm tra việc tách ion halogen bằng dung dịch AgNO3 nếu thấy không có tủa trắng của AgCl→ dung dịch CHI3 đã rữa sạch ion halogen. Giai đoạn đầu phản ứng tạo CH(OH)2 kém bền nên xảy ra phản ứng tách nước trong môi trường kiềm → tạo muối natri formate HCOONa. 2. Tính chất Cho HCOONa vào 3 ống nghiệm: • Ống 1: Thực hiện acid hóa bằng HNO3 loãng và nhỏ thêm vài giọt AgNO3. Ta thấy có xuất hiện kết tủa đen đó có thể là do có một phần NaOH dư ở trên đã phản ứng với Ag+ thêm vào tạo Ag2O. Ag+ + Cl → AgCl↓ Ag+ + OH → AgOH↓→Ag2O + H2O • Ồng 2: cho thêm 1ml phức bạc amoniacat, tạo ra kết tủa bạc màu đen và khí có mùi khai (NH3) thoát ra. Thực chất đây là phản ứng tráng gương. • Ống 3: nhỏ vào vài giọt KMnO4 thì dung dịch chuyển sang màu xanh. HCOONa + KMnO4 + 3NaOH → Na2CO3 + K2MnO4 + Na2MnO4 + 2H2O Màu xanh của dung dịch là màu của muối K2MnO4 và Na2MnO4
Trang 1BÁO CÁO THỰC HÀNH HOÁ HỮU CƠ
Trang 2HYDROCARBON VÀ DẪN XUẤT HALOGEN
I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
– Điều chế alkane (methane), xác định tính chất của hidrocarbon no – Điều chế và tính chất của alkene
– Điều chế và tính chất của alkine
– Tính chất của benzen và toluen
– Tính chất của dẫn xuất halogen
II.THỰC HÀNH
Phần A: Hydrocarbon
Thí nghiệm 1: Điều chế và đốt cháy methane
1 Điều chế
a) Quy trình
Methane được điều chế bằng cách đun hỗn hợp vôi tôi xút (tỉ lệ khối lượng
bằng cách đun nóng Thu khí methane sinh ra bằng cách đẩy nước
b) Giải thích
Dùng vôi tôi trộn với xút là để ngăn không cho NaOH làm thủng ống nghiệm bằng thủy tinh (SiO2) dẫn đến nguy hiểm theo phản ứng sau:
SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
mạnh sẽ gây cản trở do đó trước khi tiến hành phải được làm khan để loại
Trang 32 Tính chất
Thử tính chất của khí methane bằng cách cho que đóm đến đầu ống dẫn khí thì thấy que đóm cháy với ngọn lửa màu xanh → khí methane duy trì sự cháy
đọng lại trên chén và có hơi đen do phản ứng oxy hóa xảy ra, kèm theo các sản phẩm phụ sinh muội than Ngoài ra, lượng CH4 ít dẫn đến lượng sản phẩm cũng ít
Thí nghiệm 2: Phản ứng brom hóa hydrocarbon
1 Quy trình
Cho vài giọt brom trong carbontetraclorua vào ống nghiệm đã chứa n-hexan hoặc ether dầu hỏa -> dung dịch brom ban đầu màu vàng -> lắc nhẹ hỗn hợp phản ứng để một thời gian dung dịch bị mất màu
2 Giải thích
Do tốc độ phản ứng thế brom vào alkane thường chậm nên dùng dung dịch CCl4 làm dung môi vì nó có khả năng hòa tan tốt cả brom và alkane làm cho phản ứng xảy ra nhanh và biến đổi màu rõ hơn
Phản ứng thế brom hóa hidrocarbon no xảy ra theo cơ chế gốc tự do (SR), bao gồm các giai đoạn: (R – gốc ankyl)
Trang 4 Trong các giai đoạn trên, giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng chung là giai đoạn hình thành góc tự do ankyl, giai đoạn này đòi hỏi năng lượng hoạt hóa cao hơn nên mang tính chất quyết định chung cho vận tốc
cả phản ứng, nên nhìn chung phản ứng khó xảy ra hơn
Khi dùng n-hexan ta thường thu được hỗn hợp sản phẩm là đồng phân của nhau
Khi dùng n-haxan ta thu được:
Trang 5Thí nghiệm 3: Điều chế và tính chất của ethylene
1 Điều chế
Đun ống nghiệm chứa hỗn hợp C2H5OH và H2SO4 trên ngọn lửa đèn cồn, tiến hành thu khí C2H4 sinh ra Sau một thời gian, hỗn hợp có màu vàng nâu và sinh khí C2H4 không màu
Trước khi đun, ta thêm vào hỗn hợp vài hạt cát hoặc viên sứ xốp để làm hỗn hợp sôi đều Ngoài ra ta có thể lắp thêm ống đựng vôi tôi xút để hấp
ethylene tinh khiết
2 Tính chất
Tiếp tục quá trình, đốt khí ethylene ở đầu ống dẫn khí thì ta thấy ngọn lửa cháy có màu xanh hơi vàng ở trên và có ít khói thoát ra Đưa nắp chén sứ vào ngọn lửa đang cháy thấy có muội than bám trên nắp chén sứ vì phản ứng oxy hóa xảy ra sinh ra CO2, H2O kèm theo muội than là sản phẩm phụ, lửa màu vàng thường cho thấy có muội than
Dẫn khí ethylene vào ống nghiệm chứa nước brom bão hòa -> dung dịch từ màu vàng hơi cam (màu của dung dịch brom) chuyển sang nhạt dần, nếu cứ cho tiếp sục tiếp khí ethylene vào thì dung dịch mất màu Hiện tượng trên là
do phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng hợp ái điện tử thông thường bẻ gảy liên kết giữa ethylene và brom tạo sản phẩm không màu
Dẫn ethylene vào ống nghiệm chứa KMnO4 thì dung dịch từ màu tím dần nhạt màu và xuất hiện kết tủa đen Do nối đôi ethylene bị KMnO4 oxy hóa thành 1,2 diol đồng thời tạo MnO2 dạng kết tủa đen
Trang 6H2C = CH2 + KMnO4 +H2O→ HOCH2-CH2OH + KOH + MnO2↓
Thí nghiệm 4: Điều chế và tính chất của acetylene
1 Điều chế
Cho nước vào ống nghiệm đã chứa sẵn calci carbua và đậy thật nhanh bằng nút cao su có ống dẫn khí thì thấy trong ống ngiệm sủi bọt, đầu ống dẫn khí
có khí không màu, có mùi hôi thoát ra, đó là khí acetylene
CaC2 + H2O → HC CH + Ca(OH)2
trong sản phẩm có lẫn nhiều tạp chất như H2S, NH3, PH3 … và các hợp chất gây mùi
2 Tính chất
a Đốt cháy khí ở đầu ống dẫn thì ngọn lửa có màu sáng chói, muội than
bám vào ống nghiệm và muội than bay ra nhiều hơn so với trường hợp methane và ethylen Đưa nắp chén sứ vào ngọn lửa đang cháy, thì ở nắp chén có vệt đen là muội than sinh ra từ phản ứng oxy hóa acetylene
b Dẫn khí acetylene vào dung dịch nước brom bão hòa thì nước brom cũng
bị mất màu, nhưng tốc độ mất màu chậm hơn so với ethylen Phản ứng cộng diễn ra qua 2 giai đoạn:
c Khi dẫn khí vào dung dịch KMnO4 thì màu dung dịch từ tím chuyển sang nhạt dần, có tủa nâu đen của MnO2
Trang 7d Phản ứng với phức amiacat bạc và amiacat đồng
Phản ứng với amiacat bạc
Amiacat bạc được điều chế theo phương trình sau:
Cho dung dịch AgNO3 vào ống nghiệm, nhỏ vào đó dung dịch NH3
đến khi nào kết tủa Ag2O vừa sinh ra tan hoàn toàn
AgNO3 + NH3 + H2O → AgOH + NH4NO3
Ag2O + 2NH3 + H2O → 2(Ag(NH3)2)OH
Dẫn acetylene vào hỗn hợp mới tạo thành trên thì ta thấy xuất hiện kết tủa màu vàng nhạt (AgC CAg ) và có khí mùi khai (NH3) bay ra
HC CH + 2(Ag(NH3)2)OH → AgC CAg↓ + 4NH3 ↑ + 2H2O
Trang 8 Lấy một ít kết tủa và nhỏ vào vài giọt HCl đặc thì thấy kết tủa từ vàng chuyển dần thành kết tủa trắng, do sự thay thế dần tủa AgC CAg bằng tủa AgCl màu trắng
Lấy tủa AgC Cag đem nung trên lưới amiang -> xuất hiện tiếng nổ nhỏ và mẫu bị phân hủy thành màu đen
Phản ứng với amiacat đồng
Amiacat đồng được điều chế theo phương trình sau
Trường hợp có lẫn Cu2+, tinh chế lại bằng cách sau
4Cu2+ + 2NH 2 OH → 4Cu+ + 4H+ + N 2 O + H 2 O
Dẫn khí C2H2 vào ống nghiệm chứa phức Cu (I) amiacat thì xuất hiện kết tủa đỏ do tạo thành CuC CCu↓ theo phương trình
HC CH + 2(Cu(NH3)2)Cl → CuC CCu↓ +2NH4Cl + 2NH3
Khi cho HCl đặc vào kết tủa thì thấy tủa tan ra dung dịch có màu xanh do xảy ra theo phản ứng
Thí nghiệm 5: Phản ứng oxy hóa benzen và toluen
1 Quy trình
Chuẩn bị 2 ống:
Ống 1: KMnO4, H2SO4 và C6H6
Ống 2: KMnO4, H2SO4 và C6H5CH3
Trang 9Khi tiến hành đun nóng cả ống nghiệm thì ống 1 không có hiện tượng, ống 2 màu tím nhạt dần, xuất hiện tủa nâu đen (MnO2) chứng tỏ toluen đã phản ứng với chất oxi hóa là KMnO4 theo phương trình:
3 Giải thích
Do bezen có cấu trúc bền và tương đối trơ với các tác nhân oxi hóa nên không thấy hiện tượng gì xảy ra
Do toluen có nhóm –CH3 gắn với vòng khi đó không phải nhân benzen tham gia phản ứng mà phản ứng xảy ra tại các góc ankyl tạo thành nhóm carboxyl –COOH
Phần B: Dẫn xuất halogen của hydrocarbon
Thí nghiệm 6: Điều chế CHI 3
1 Điều chế từ alcol ethylic
Cho alcol ethylic vào dung dịch KI bão hòa và NaOH Đun nhẹ cho đến khi dung dịch vẫn đục Sau đó làm lạnh ống nghiệm bằng nước lạnh Khi cho KI vào ta thấy dung dịch có màu tím đó là màu của I2, do trong dung dịch có chứa I2 Sau khi cho NaOH vào đun nhẹ và làm lạnh thì thấy có xuất hiện kết tủa vàng
2 Điều chế từ acetone
Trang 10 Cho dung dịch KI và NaOH vào ống có chứa acetone Lắc nhẹ ống nghiệm, đun nhẹ sau đó làm nguội, ta thu được kết tủa vàng nhạt của CHI3
Trong thí nghiệm trên, ta chỉ tiến hành đun nhẹ, vì các hợp chất này dễ bay hơi, lượng acetone nếu ta đun sôi sẽ bay hơi hết, ngoài ra do có lẫn I2 trong dung dịch KI nên khi đun nóng sẽ dẫn đến hiện tượng thăng hoa I2
Thí nghiệm 7: Phản ứng thủy phân dẫn xuất halogen
1 Phản ứng của chloform với dung dịch kiềm
Cho CHCl3 vào dung dịch NaOH, lắc đều và đun sôi rồi làm lạnh hỗn hợp phản ứng Sau quá trình ta thu được dung dịch tách thành 2 lớp, lớp dưới
có dạng tủa màu trắng đục, lớp trên trong hơn
Ta phải rữa sạch CHCl3 bằng nước cất, kiểm tra việc tách ion halogen bằng dung dịch AgNO3 nếu thấy không có tủa trắng của AgCl→ dung dịch CHI3
đã rữa sạch ion halogen
nước trong môi trường kiềm → tạo muối natri formate HCOONa.
Trang 11 Ống 1: Thực hiện acid hóa bằng HNO3 loãng và nhỏ thêm vài giọt AgNO3.
Ta thấy có xuất hiện kết tủa đen đó có thể là do có một phần NaOH dư ở
trên đã phản ứng với Ag+ thêm vào tạo Ag2O
Ag+ + Cl- → AgCl↓
Ag+ + OH- → AgOH↓→Ag2O + H2O
Ồng 2: cho thêm 1ml phức bạc amoniacat, tạo ra kết tủa bạc màu đen và khí có mùi khai (NH3) thoát ra Thực chất đây là phản ứng tráng gương
Ống 3: nhỏ vào vài giọt KMnO4 thì dung dịch chuyển sang màu xanh
HCOONa + KMnO4 + 3NaOH → Na2CO3 + K2MnO4 + Na2MnO4 + 2H2O
Màu xanh của dung dịch là màu của muối K2MnO4 và Na2MnO4