TO NG h p HIDROCACBON DA HO c bien ta p

Tính chất vật lí Các chất trong phân tử có không quá 4 nguyên tử cacbon : là chất khí ; từ 5 đến 15 nguyên tử cacbon : chất lỏng ; không màu, nhẹ hơn nước và không tan trong nước.. Là

TỔNG HỢP HIĐROCACBON ĐÃ HỌC

Biên tập : Nguyễn Thị Thọ

I Hiđrocacbon no

Hiđrocacbon no là những hiđrocacbon trong phân tử chỉ có liên kết đơn Gồm :

– Ankan (hiđrocacbon no, mạch hở) có công thức phân tử tổng quát CnH2n+2 (n ≥1) ;

Ankan đầu mạch có mạch C nhỏ nhất là CH 4: metan Vì vậy còn gọi dãy đồng đẳng của ankan

là dãy đồng đẳng của metan

– Xicloankan (hiđrocacbon no, mạch vòng) có công thức phân tử tổng quát CnH2n (n ≥ 3)

Xiclopropan là ankan nhỏ nhất (vòng no gồm 3 C đính với nhau)

Bảng tóm tắt tính chất hóa học của Ankan và Xicloankan

– Đồng phân vòng nhỏ hơn có một hoặc nhiều nhánh

Tính

chất

vật lí

Các chất trong phân tử có không quá 4 nguyên tử cacbon : là chất khí ;

từ 5 đến 15 nguyên tử cacbon : chất lỏng ; không màu, nhẹ hơn nước và

không tan trong nước

– Phản ứng thế nguyên tử hiđro bằng nguyên tử halogen hoặc nhóm

– Giảm một nguyên tử cacbon

CxH 2x + 1COONa  NaOH ,CaO  ,t0 

II Anken – Ankađien – Ankin

Những hiđrocacbon không

no, mạch hở, trong phân tử có hai liên kết đôi C=C

Là những hiđrocacbon không no mạch hở trong phân tử có một liên kết

– Đồng phân vị trí liên kết đôi, liên kết ba trong mạch cacbon

Đồng phân lập thể : đồng phân hình học

– Đồng phân hình học tại mỗi liên kết đôi

– Đồng phân vị trí tương đối của 2 liên kết đôi

Tính chất a) Phản ứng cộng

hoá học – Cộng H2/Ni

– Cộng Br2

– Cộng HX : tuân theo quy tắc Maccopnicop b) Phản ứng với dung dịch KMnO4

c) Phản ứng trùng hợp Các ankin có liên kết ba ở đầu mạch

có tính chất của một axit yếu thế H với AgNO 3/NH3 tạo kết tủa màu vàng

II Hiđrocacbon thơm

1 Hiđrocacbon thơm là những hiđrocacbon có vòng benzen trong phân tử

Benzen và các chất đồng đẳng lập thành dãy đồng đẳng của benzen có công thức phân tử tổng quát CxH2x – 6 với x  6.

2 Đồng phân của các đồng đẳng của benzen

– Các đồng đẳng của benzen từ C8H10 trở đi dạng R–C6H5 có đồng phân về mạch cacbon của mạch nhánh ngoài vòng benzen

– Khi ở vòng benzen có hai hoặc hơn hai nhóm thế ankyl, sẽ có đồng phân về vị trí tương đối

giữa các nhóm thế đó

3 Tính chất hoá học

– Benzen và các đồng đẳng có khả năng tham gia phản ứng thế nguyên tử H ở vòng thơm (halogen, nitro, )

Quy tắc thế : các đồng đẳng của benzen tham gia phản ứng thế nguyên tử H của vòng benzen

dễ hơn benzen và ưu tiên thế nguyên tử H ở vị trí ortho và para so với mạch nhánh ankyl lớn

 Khi đun nóng với dung dịch KMnO4 hoặc chất oxi hoá khác, mạch nhánh trong phân tử các

hiđrocacbon thơm bị oxi hoá gãy mạch Ví dụ :

C6H5–R   KMnO 4

C6H5COOK  H

C6H5COOH

Tính chất này được ứng dụng điều chế axit thơm

PHẦN II DẠNG TOÁN LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA HIĐROCACBON

A PHƯƠNG PHÁP KHỐI LƯỢNG HAY PHẦN TRĂM KHỐI LƯỢNG

I Phương pháp giải :

Bước 1 : Tìm MA : tùy theo giả thiết đề bài cho mà sử dụng các cách tính sau để tìm MA

Tìm MA dựa trên các khái niệm cơ bản, các định luật cơ bản Có nhiều cách để tìm khối lượng phân tử, tùy từng giả thiết đề bài cho mà dùng cách tính thích hợp

1 Dựa vào khối lượng riêng D A (đktc)

mA: khối lượng khí A chiếm thể tích VA ở đktc

4 Dựa vào biểu thức phương trình Mendeleep – Claperon:

Cho mA (g) chất hữu cơ A hóa hơi chiếm thể tích VA (l) ở nhiệt độ T

5 Dựa vào định luật Avogadro:

Định luật: Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, mọi thể tích khí bằng

nhau đều chứa cùng một số phân tử khí

VA = VB => nA = nB

B B A

A

M

m M

Bước 2 : Đặt CTPT chất A: CxHy

Xác định thành phần các nguyên tố trong hiđrocacbon

Cách 1 : Dùng khi đề bài

-Không cho khối lượng hiđrocacbon đem đốt cháy

-Tính được mC, mH từ mCO2, mH2O

 Tính khối lượng các nguyên tố có trong A và mA (g) chất A

- Xác định C:

22,4

V 12.

n 12 44

m 12.

) CO (trong mC A) (trong

- Xác định H

2 2

18

m 2 2

1 H2O) (trong mH A)

M m

y m

12

A

C A A

A H C

x    

A

H A

m

m M

M x 100%

M

%H

y C

m y

:

1

%H : 12

%C y :

- CTĐG nhất : CH

=> CTTN : (CH)n

- Xác định n: biện luận từ CTTN để suy ra CTPT đúng của A :

y  2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x  1, nguyên dương

 Từ đó xác định được CTPT đúng của chất hữu cơ A

Lưu ý: Khi bài tóan yêu cầu xác định CTĐG nhất của chất hữu cơ A (hay CTN của A) hoặc khi

đề không cho dữ kiện để tìm MA thì ta nên làm theo cách trên

 8

12.100

114.84,21 12.100

.%C M

1.100

114.15,79 1.100

.%H M

Suy ra CTPT A: C8H18

Ví dụ 2 : Một hiđrocacbon A ở thể khí có thể tích gấp 4 lần thể tích của lưu huỳnh đioxit có

khối lượng tương đương trong cùng điều kiện Sản phẩm cháy của A dẫn qua bình đựng nước vôi trong dư thì có 1g kết tủa đồng thời khối lượng bình tăng 0,8g Tìm CTPT A

4

SO A

SO SO

A

A

M M M

m M

12 , 0 16 12.m

m M x m

M m

y m

12

A

C A A

A H C

4

16 , 0

04 , 0 16 m

m M y

Cách 2 : Biện luận dựa vào điều kiện y  2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x  1, nguyên  x

B PHƯƠNG PHÁP DỰA VÀO PHẢN ỨNG CHÁY

Dấu hiệu nhận biết bài toán dạng này : đề bài đốt cháy một chất hữu cơ có đề cập đến khối lượng chất đem đốt hoặc khối lượng các chất sản phẩm (CO2, H2O) một cách trực tiếp hoặc gián tiếp (tức tìm được khối lượng CO2, H2O sau một số phản ứng trung gian)

y xCO O

4

y x H

44x m

CO A

9m

.m M y , 44m

.m M

* Từ đó suy ra CTPT A

Một số lưu ý:

1) Nếu đề bài cho: oxi hóa hoàn toàn một chất hữu cơ A thì có nghĩa là đốt cháy hoàn toàn chất

2) Oxi hóa chất hữu cơ A bằng CuO thì khối lượng oxi tham gia phản ứng đúng bằng độ giảm khối lượng a(g)của bình đựng CuO sau phản ứng oxi hóa Thông thường trong bài toán cho lượng oxi tham gia phản ứng cháy, để tìm khối lượng chất hữu cơ A nên chú ý đến định luật bảo toàn khối lượng

5) Độ tăng khối lượng các bình chính là khối lượng các chất mà bình đã hấp thụ

7) Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ với oxi nên để oxi lại cân bằng sau từ

vế sau đến vế trước Các nguyên tố còn lại nên cân bằng trước, từ vế trước ra vế sau phương trình phản ứng

y xCO O

4

y x H

O H CO

A A

2

9y m

44x m

44x 0,58

58  

 x = 4

y =10

Vậy CTPT A : C4H10

Ví dụ 2 : Khi đốt cháy hồn tồn 0,42 g một Hiđrocacbon X thu tồn bộ sản phẩm qua bình 1

đựng H2SO4 đặc, bình 2 đựng KOH dư Kết quả, bình 1 tăng 0,54 g; bình 2 tăng 1,32 g Biết rằng khi hĩa hơi 0,42 g X chiếm thể tích bằng thể tích của 1,192 g O2 ở cùng điều kiện Tìm CTPT của X

Tĩm tắt đề:

0,42g X (CxHy) +O 2 CO2

H2O

Bình 1đựng ddH2SO4 đ -H2O, m1=0,54g CO 2 Bình 2 đựng KOHdư

-CO2, m2=1,32g Tìm CTPT X?

X

M

m M

.M m M

2 2 O

O X

* Gọi X : CxHy

O H 2

y xCO O

4

y x H

Ta cĩ :

H2O CO2

X

X

m

9y m

44x m

44x 0,42

70  

 x = 5

y = 10

Vậy CTPT X : C5H10 (M = 70đvC)

C PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH

 Phạm vi ứng dụng : Dùng để xác định CTPT của các chất hữu cơ ở thể khí hay ở thể lỏng dễ bay hơi

 Cơ sở khoa học của phương pháp : Trong một phương trình phản ứng có các chất khí tham gia và tạo thành (ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất) hệ số đặt trước công thức của các chất không những cho biết tỉ lệ số mol mà còn cho biết tỉ lệ thể tích của chúng

Bước 1 : Tính thể tích các khí VA, VO2, VCO2, VH2O (hơi)…

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

CTTQ CxHy

Bước 3 : Lập các tỉ lệ thể tích để tính x,y

O H 2

y xCO O

4

y x H

VA(lít) VO2 (lít) VCO2 (lít) VH2O (hơi)(lít)

O H CO

Ò

2 y V

x V

4

y x V

1     hay

O H CO O

y n

x n

y x n

2 2

2 4

V x

A CO A

A

O H







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

- Lập tỉ lệ thể tích VA: VB : VCO2 : VH2O rồi đưa về tỉ lệ số nguyên tối giản m:n:p:q

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

mCxHy + nO2  t o pCO2 + qH2O

- Dùng định luật bảo toàn nguyên tố để cân bằng phương trình phản ứng cháy sẽ tìm được x và

y =>CTPT A

* Một số lưu ý:

- Nếu V CO2 : V H2O = 1:1 => C : H = n C : n H = 1: 2

- Nếu đề toán cho oxi ban đ ầu dư thì sau khi bật tia lửa điện và làm lạnh (ngưng tụ hơi nước)

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

y xCO O

4

y x H

CO2  CO2

Ví dụ 2 : Trộn 12 cm3 một hiđrocacbon A ở thể khí với 60 cm3 oxi (lấy dư)

rồi đốt cháy Sau khi làm lạnh để nước ngưng tụ rồi đưa về điều kiện ban đầu thì thể tích khí cịn lại là 48 cm3, trong đĩ cĩ 24cm3

bị hấp thụ bởi KOH, phần cịn lại bị hấp thụ bởi P

Tìm CTPT của A (các thể tích khí đo trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất)

CO2

O2 dư (V=48cm3)

24cm3 khí bị hấp thụ bởi KOH khí còn lại bị hấp thụ bởi P

(- CO2) (-O2)

y xCO O

y x

x

2 4

2 y V

x V

4

y x V

1    

O H 2

y xCO O

4

y x H

4

y x V

1   

24

x 36 4

y x 12

Suy ra 12CxHy  36O2  t0 24CO2  ?H2O

ĐLBT (O): =>12CxHy  36O2  t0 24CO2  24H2O

(lượng H2O tạo ra là 0,216g)

GIẢI :

Tìm CTPT A?

0,03(mol)

133,5) 0,082.(273

1.1 RT

=> CxHy dư, biện luận theo O2

Sau khi đưa về nhiệt độ ban đầu, các khí tạo áp suất có trong bình gồm H2O, CO2, CxHy dư

y xCO O

4

y x H

Ta có :

012 , 0

2 009 , 0 015 , 0

4 003

, 0 1

y x

y x

đó, học sinh dễ dàng lĩnh hội phương pháp này để xác định CTPT của hai hay nhiều chất hữu cơ trong hỗn hợp

I Phương pháp khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp (M hh)

Chất tương đương có khối lượng mol phân tử M hhlà khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp Các bước giải :

Bước cơ bản : Xác định CTTQ của hai chất hữu cơ A,B

Bước 1 : Xác định CTTB của hai chất hữu cơ A, B trong hỗn hợp

Bước 2 : Tìm M hh qua các công thức sau :

100

M

%A 100

%A.M 100

%B.M

%A.M n

n

.M n M n n

m

B A

B B A A hh

%A.M V

.M V M V V

V

.M V M V M

d

B A

B B A A X hh/X

Bước 3 : Biện luận tìm MA, MB hợp lý => CTPT đúng của A và B

Phạm vi ứng dụng: sử dụng có lợi nhiều đối với hỗn hợp các chất cùng dãy đồng đẳng

1 Phương pháp CTPT trung bình của hỗn hợp:

 Phạm vi áp dụng : Khi có hỗn hợp gồm nhiều chất, cùng tác dụng với một chất khác

mà phương trình phản ứng tương tự nhau (sản phẩm, tỉ lệ mol giữa nguyên liệu và sản phẩm, hiệu suất, phản ứng tương tự nhau), có thể thay thế hỗn hợp bằng một chất tương đương, có số mol bằng tổng số mol của hỗn hợp Công thức của chất tương đương gọi là CTPT trung bình

y<y’  y< y< y’

Dựa vào điều kiện x, x’, y, y’ thỏa mãn biện luận suy ra giá trị hợp lý của chúng  CTPT A, B

 Phạm vi ứng dụng : Phương pháp giải này ngắn gọn đối với các bài tóan hữu cơ thuộc

loại hỗn hợp các đồng đẳng nhất là các đồng đẳng liên tiếp Tuy nhiên có thể dùng phương pháp này để giải các bài toán hỗn hợp các chất hữu cơ không đồng đẳng cũng rất hiệu quả

Ngoài phương pháp trên còn có phương pháp số C, số H, số liên kết  trung bình ( k ) Phương pháp giải tương tự như hai phương pháp trên

 Một số lưu ý:

1) Nếu bài cho 2 chất hữu cơ A, B là đồng dẳng liên tiếp thì :

m = n + 1 (ở đây n, m là số C trong phân tử A, B)

2) Nếu bài cho 2 chất hữu cơ A, B hơn kém nhau k nguyên tử C thì m = n + k

3) Nếu bài cho 2 chất hữu cơ A, B cách nhau k nguyên tử C thì : m = n + (k +1)

5) Nếu bài toán cho A, B là hiđrocacbon ở thể khí trong điều kiện thường (hay điều kiện tiêu

PV

082 , 0 273

56 , 14 2

O H n CO n O

n H

m



X

X M

m

.n = 1,3 2,6

n 3 , 1 n

Cách 2: Dùng phương pháp phân tử khối trung bình M:

Gọi 2 ankan A : CnH2n+2 (a mol) ; B : CmH2m+2 (b mol)

n H O nCO

O

n H

2

1 3

m H O mCO

O

m H

2

1 3

B : C3H8

E PHƯƠNG PHÁP BIỆN LUẬN

I Biện luận dựa vào giới hạn xác định CTPT của một hiđrocacbon:

- Khi số phương trình đại số thiết lập được ít hơn số ẩn cần tìm, có thể biện luận dựa vào giới hạn :

A : CxHy thì : y  2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x  1, nguyên

- Nếu không biện luận được hay biện luận khó khăn có thể dùng bảng trị số để tìm kết quả

- Điều kiện biện luận chủ yếu của loại toán này là : hóa trị các nguyên tố Phương pháp biện luận trình bày ở trên chỉ có thể áp dụng để xác định CTPT của một chất hoặc nếu nằm trong 1 hỗn hợp thì phải biết CTPT của chất kia

II Biện luận theo phương pháp ghép ẩn số để xác định CTPT của một hiđrocacbon :

1 Các bước cơ bản :

Bước 1 : Đặt số mol các chất trong hỗn hợp là ẩn số

Bước 2 : Ứng với mỗi dữ kiện của bài toán ta lập một phương trình toán học

Bước 3 : Sau đó ghép các ẩn số lại rút ra hệ phương trình toán học Chẳng hạn : a + b = P (với a,

b là số mol 2 chất thành phần)

an + bm = Q (với n, m là số C của 2 hiđrocacbon thành phần)

Bước 4 : Để có thể xác định m, n rồi suy ra CTPT các chất hữu cơ thành phần, có thể áp dụng tính chất bất đẳng thức :

Giả sử : n < m thì n(x + y) < nx + my < m(x + y)

n<nx+my<m

x+y



Hoặc từ mối liên hệ n,m lập bảng trị số biện luận

- Nếu A, B thuộc hai dãy đồng đẳng khác nhau ta phải tìm x, y rồi thế vào phương trình nx +

my = Q để xác định m, n  CTPT

III Một số phương pháp biện luận xác định dãy đồng đẳng và CTPT hiđrocacbon :

1 Cách 1 : Dựa vào phản ứng cháy của hiđrocacbon, so sánh số mol CO2 và số mol H2O Nếu

đốt 1 hiđrocacbon (A) mà tìm được :

* nH2O > nCO2  (A) thuộc dãy đồng đẳng ankan

ptpư : C Hn 2n+2 + 3n+1O2 nCO + (n+1)H O2 2

* nH2O = nCO2  (A) thuộc dãy đồng đẳng anken hay olefin

hoặc (A) là xicloankan

- k = 0  A thuộc dãy đồng đẳng ankan

- k = 1  A thuộc dãy đồng đẳng anken

- k = 2  A thuộc dãy đồng đẳng ankin hay ankadien

- k = 4  A thuộc dãy đồng đẳng benzen

Để chứng minh hai ankan A, B thuộc cùng dãy đồng đẳng, ta đặt A : CnH2n+2-2k ; B :

CmH2m+2-2k’ Nếu tìm được k = k’ thì A,B cùng dãy đồng đẳng

* Bước 2 : Sau khi biết được A,B thuộc cùng dãy đồng đẳng, ta đặt CTTQ của A là CxHy Vì B

là đồng đẳng của A, B hơn A n nhóm –CH2- thì CTTQ của B :CxHy (CH2)n hay Cx+nHy+2n

* Bước 3 : Dựa vào phương trình phản ứng cháy của A, B, dựa vào lượng CO2, H2O, O2 hoặc số

mol hỗn hợp thiết lập hệ phương trình toán học, rồi giải suy ra x, y, n  Xác định được CTPT

A, B

3 Cách 3 : dựa vào khái niệm dãy đồng đẳng rút ra nhận xét :

- Các chất đồng đẳng kế tiếp nhau có khối lượng phân tử lập thành một cấp số cộng công sai d = 14

- Có một dãy n số hạng M1, M2, …,Mn lập thành một cấp số cộng công sai d thì ta có : + Số hạng cuối Mn = M1 + (n-1)d

+ Tổng số hạng S =

2

M1 M n

.n + Tìm M1, …, Mn suy ra các chất

Trong một bài toán thường phải kết hợp nhiều phương pháp

Ví dụ : Đốt cháy một hỗn hợp gồm 2 hiđrocacbon A, B (có M hơn kém nhau 28g) thì thu

được 0,3mol CO2 và 0,5 mol H2O Tìm CTPT & tên A, B

1 n H

5 , 0 n

2

k - 1 3n H

Cn 2n2-2k   2   2   2

a an a(n+1-k) (mol)

O k)H - 1 (m mCO O

2

k - 1 3m H

Cm 2m2-2k   2   2   2

b bm b(m+1-k) (mol)

Ta có :