Phương pháp giải bài tập hóa Hidrocacbon part 3 pdf

43

- Khi vòng benzen có nhóm thế đẩy electron(gốc ankyl hoặc –OH, –NH
2
, –Cl, –Br…)
phản ứng thế xảy ra dễ hơn so với benzen và ưu tiên thế vào vị trí ortho hoặc para.
- Khi vòng benzen có nhóm thế rút electron (nhóm thế có liên kết
p
như –NO
2
, - COOH, -
CHO, -SO
3
H,…) phản ứng thế khó hơn (so với benzen) và ưu tiên thế vào vị trí meta.

b) Các phương trình phản ứng :
* Điều chế ortho – bromnitrobenzen :
+ Br
2
Fe
Br
+ HBr

Br
+ HNO
3
NO
2
Br
+ H

2
O
H
2
SO
4

* Điều chế meta – bromnitrobenzen :
H
2
SO
4
+ H
2
O
NO
2
+ HNO
3

NO
2
NO
2
Br
+ Br
2
Fe
+ HBr

v Bài tập tương tự :
1) Viết phương trình phản ứng của butin-1, butadien-1,3 với H
2
, Br
2
, HCl, H
2
O. Gọi tên
sản phẩm.
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
một ankan.
- Khi cracking butan thu được một hỗn hợp gồm 7 chất, trong đó có H
2
và C
4
H
8
. Hỏi
CTCT của butan là n hay iso? Viết các phương trình phản ứng đã xảy ra?
4) Olefin là gì? Với CTPT C
n
H
2n
có thể có các chất thuộc dãy đồng dẳng nào? Nêu tính
chất hóa học cơ bản của nó?
Viết phương trình phản ứng khi cho propylen tác dụng với O

2
; dd Br
2
; HCl; dd KMnO
4
;
phản ứng trùng hợp.

44

Hợp chất C
6
H
12
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 AgNO
3
/NH
3

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,
t
o
, khí…(nếu có):
a) Isopren (1:1)
b) Toluen

c) Benzen
d) Styren
7) Viết phương trình phản ứng (nếu có) giữa các chất sau:
a) Toluen + dd KMnO
4

b) Propylen + AgNO
3
/NH
3
dư
c) Styren + dd KMnO
4
+ Ba(OH)
2

d) Axetylen + dd KMnO
4_
+ H
2
SO
4

e) Propin +dd KMnO
4_
+ H
2
SO
4

8) Muốn điều chế n-pentan, ta có thể hidro hóa những anken nào? Viết CTCT của chúng.
9) Viết phương trình phản ứng điều chế các hợp chất sau đây từ những anken thích hợp :
a) CH
3
CHBr – CHBrCH
3

b) CH
3
CHBr – CBr(CH
3
)
2

c) CH
3
CHBr – CH(CH
3
)
2

45






II.1.6 BÀI TẬP SO SÁNH GIẢI THÍCH CẤU TẠO, TÍNH CHẤT
HÓA HỌC CỦA CÁC HYDROCACBON


v Nguyên tắc : Dựa vào sự so sánh về đặc điểm cấu tạo các chất rồi suy ra tính
chất hóa học của các chất đó.
v Bài tập ví dụ :
Bài 1 :
So sánh về mặt CT và hóa tính của các hợp chất sau, viết phương trình phản ứng
minh họa.
a) Etan, etylen, axetylen
b) hexan, hexen, benzen
c) butin-1, butin-2 và butadien-1,3
GIẢI :
a) Etan, Etilen, Axetilen :

* Giống nhau :
- Thành phần cấu tạo chỉ gồm C và H
* Khác nhau :
Phân tử C
2
H
6
C
2
H
4
C
2
H
2
Cấu tạo Trong phân tử chỉ
tồn tại các liên kết
đơn (
s
) bền giữa
C và C, giữa C và
H
Trong phân tử có
một liên kết đôi
gồm một kiên kết
(
s
) bền và một
liên kết (
p

) linh
động kém bền.
Trong phân tử có
một liên kết ba
gồm một liên kết
(
s
) bền và hai liên
kết (
p
) linh động
kém bền.
Đặc điểm liên kết

Liên kết đơn (
s
)
rất bền vững rất
khó bị đứt khi tham
gia phản ứng hóa
học
Liên kết (
p
) linh động kém bền rất dễ bị
đứt 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.
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 (
p
) sẽ bị đứt.

46

Ngoài ra còn có
phản ứng đề hydro
hóa ở nhiệt độ
thích hợp và xúc
tác thích hợp.
Ngoài ra còn có phản ứng trùng hợp,
oxihóa.
Phương trình
phản ứng
Xem I.2.4/14 Xem I.2.4/15
Riêng axetilen có hai nguyên tử H linh
động nên nó còn có khả năng tham gia
phản ứng thế với ion kim loại. Điều này
được giải thích như sau : do liên kết ba
rất ngắn nên hai nhân C rất gần nhau,
điện tích tập trung nhiều về 2 C này nên
các H gắn trực tiếp với C của nối ba trở
nên rất linh động.

b) n-hexan, n-hexen, benzen.

* Giống nhau :
- Thành phần cấu tạo gồm C và H
* Khác nhau :
- n-hexan và n- hexen so sánh cấu tạo và tính chất hóa học tương tự câu trên. Riêng
n-hexan còn có phản ứng bẽ gãy mạch C khi có xúc tác ở nhiệt độ cao.
Ankan ¾¾®¾
caotxt,
o
ankan + anken
C
n
H
2n+2
¾¾®¾
caotxt,
o
C
m
H
2m + 2
+ C
x
H
2x

m ³ 1, x ³ 2, n = m + x.
- Benzen :
Đặc điểm cấu tạo : trong phân tử có một vòng kín và 3 liên kết
p
Þ benzen có phản

ứng đặc trưng là phản ứng cộng. nhưng 3 liên kết
p
này lại liên hợp với nhau tạo thành
một hệ thơm bền vững làm cho khả năng đứt liên kết
p
để tham gia phản ứng hóa học bị
hạn chế Þ benzen khó tham gia phản ứng cộng, chỉ có cộng với H
2
, dễ tham gia phản ứng
thế và bền với tác nhân oxihóa.
Phương trình phản ứng : xem phần hóa tính (I.2.4/14).

c) So sánh đặc điểm cấu tạo của butin-1, butin-2, divinyl
Tương tự câu a.
Nhưng khả năng tham gia phản ứng cộng của liên kết đôi (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 đôi.

Bài 2 : C
7
H
8
là đồng đẳng của benzen. Khi cho C
6
H
6
và C
7
H
8

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)

47

GIẢI :
C
7
H
8
tham gia phản ứng thế ở nhân dễ hơn so với benzen vì nhóm –CH
3
đẩy electron
về nhân làm nhân giàu electron hơn.
* C
6
H
6
cho 1 sản phẩm :

+ Br
2
Fe
Br
+ HBr

* C
6
H

5
CH
3
cho hỗn hợp hai sản phẩm.

+ HBr
CH
3
Fe
+ Br
2
CH
3


BrCH
3
Fe
+ HBr
CH
3
+ Br
2



Bài 3 : So sánh phản ứng trùng hợp và phản ứng cộng.
GIẢI :
* Giống nhau : Đều là phản ứng cộng hợp các phân tử nhỏ thành một phân tử mới.
* Khác nhau :

Phản ứng cộng : Chỉ đơn thuần cộng 2 phân tử nhỏ (monome) thành một phân tử mới cũng
là monome. Chỉ cần một trong hai monome ban đầu có ít nhất một liên kết
p
trong phân
tử.
Phản ứng trùng hợp : không chỉ cộng hai mà cộng nhiều phân tử giống nhau hoặc tương tự
nhau thành một phân tử mới có khối lượng và kích thước rất lớn gọi là những polime.
Các monome tham gia phản ứng trùng hợp nhất thiết phải có ít nhất một liên kết
p
trong
phân tử.

Bài 4 : So sánh độ dài liên kết d
C-C
trong ankan (C – C), anken (C=C), ankin (C
º
C). Giải
thích khả năng tham gia phản ứng của ankan kém anken nhưng ankin kém anken.? Mặc dù
phân tử ankin có nhiều liên kết
p
hơn anken?
GIẢI :
Thực nghiệm cho biết d
C-C
trong etan (C-C) là : 1,54A
o

Etilen(C=C) : 1,34A
o

Axetilen (C
º
C):1,2 A
o

* Có thể giải thích như sau :

48

Khi hình thành liên kết
s
C-C trong phân tử ankan thì 2C xảy ra sự xen phủ trục liên
nhân làm cho khoảng cách 2 nhân xa nhau nên d
C-C
lớn.
Khi hình thành liên kết C=C trong phân tử anken thì liên kết
s
được hình thành như
cách trên, còn liên kết
p
được hình thành do sự xen phủ bên làm cho khoảng cách giữa 2
nhân C gần nhau hơn.
Tương tự với ankin có 2 liên kết
p
nên xảy ra 2 sự xen phủ bên làm cho khoảng
cách giữa hai nhân càng gần nhau hơn.
Do đó d
C-C
C –C > C=C > C
º

C.

* Giải thích về khả năng tham gia phản ứng :
- Sự xen phủ trục xảy ra với mật độ lớn làm cho liên kết
s
bền vững.
- Sự xen phủ bên xảy ra với mật độ nhỏ nên liên kết
p
kém bền vững dễ bị đứt khi có tác
nhân tấn công Þ khả năng tham gia phản ứng của ankan< anken, ankin.
- Ở đây do liên kết 3 làm cho khoảng cách 2 nhân C rất gần nhau nên liên kết 3 hơi bền
hơn liên kết đôi 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 độ điện tích tập trung hầu hết ở nhân
nên các ankin-1 có H linh động tham gia được phản ứng thế với ion kim loại
v Bài tập tương tự :
1) Giải thích quy tắc cộng Maccopnhicop? Minh họa bằng ví dụ cụ thể.
2) Giải thích tại sao độ dài liên kết đơn C-C trong butadien-1,3 chỉ bằng 1,46A
o
ngắn hơn
liên kết đơn C-C bình thường?
3) Tại sao khi nhiệt phân muối axetat với xút để điều chế ankan tương ứng lại phải dùng
xúc tác CaO,t
o
?
4) So sánh nhiệt độ 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 được tiến hành ở nhiệt độ trên
1000
o

C tại sao lại nhấn mạnh trong điều kiện không có không khí?
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 đen? Làm thế nào để khói đen ít lại?
8) Trong phản ứng điều chế axetilen từ metan được tiến hành ở nhiệt độ 1500
o
C còn ghi
kèm điều kiện làm lạnh nhanh?
9) So sánh cao su thường và cao su lưu hóa về thành phần, độ bền, ứng dụng?
10) Giải thích vì sao cao su tổng hợp có tính đàn hồi kém cao su thiên nhiên?
11) Phân biệt các khái niệm:
a) CTN, CTĐG, CTPT và CTCT
b) Liên kết
s
, p . Lấy propen làm ví dụ
c) Đồng đẳng, đồng phân là gì? Nêu các loại đồng phân, cho ví dụ?
d) Có thể coi nguyên tử Br trong phân tử C
n
H
2n+1
Br là một nhóm chức được không? Tại
sao?


49



II.2 – BÀI TOÁN LẬP CTPT
HYDROCACBON

II.2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA
HYDROCACNON
II.2.1.1 Phương pháp khối lượng hay % khối lượng.
1) Phương pháp giải :

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

Tìm M
A
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)
ÞM
A
= 22,4 . D
A
với D
A
đơn vị g/l

2. Dựa vào tỉ khối hơi của chất hữu cơ A
M

A
= M
B
. d
A/B

M
A
= 29 . d
A/KK

3. Dựa vào khối lượng (m
A
) của một thể tích V
A
khí A ở đktc
M
A
= (22,4 . m
A
)/ V
A

m
A
: khối lượng khí A chiếm thể tích V
A
ở đktc

4. Dựa vào biểu thức phương trình Mendeleep – Claperon:

Cho m
A
(g) chất hữu cơ A hóa hơi chiếm thể tích V
A
(l) ở nhiệt độ T
(
o
K) và áp suất P(atm)
PV = nRT Þ
pV
mRT
M = (R = 0,082 atm/
o
Kmol)
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.
V
A
= V
B
=> n
A
= n
B
Þ
B
B
A
A

M
m
M
m
=
=> M
A
= m
A
B
B
m
M


50


Bước 2 : Đặt CTPT chất A: C
x
H
y

Xác định thành phần các nguyên tố trong hydrocacbon.

Cách 1 :Dùng khi đề bài
-Không cho khối lượng hydrocacbon đem đốt cháy
-Tính được m
C
, m

H
từ m
CO2
, m
H2O

* Tính khối lượng các nguyên tố có trong A và m
A
(g) chất A.
- Xác định C:

22,4
V
12.n.12
44
m
12. )CO (trong mC A) (trong mC
CO2
CO2
CO2
2
====

- Xác định H

OH
O
OH
nn
2

2
2
.2
18
m
22.1 H2O) (trong mH A) mH(trong
H
====
- Xác định m
A

Þ m
A
= m
H
+ m
A

* Xác định CTPT chất hữu cơ A: C
x
H
y
Dựa trên CTTQ chất hữu cơ A: C
x
H
y

;
12.m
m.M

x
m
M
m
y
m
12
A
CA
A
A
HC
x
==>==
A
HA
m
m.M
y =

Cách 2 : Khi đề bài cho biết thành phần % các nguyên tố trong hỗn hợp
* Dùng công thức sau:

12.100
C.%M
x
100%
M
%H
y

C

%
12
AAx
==>== ;
100
H.%M
y
A
=
Þ CTPT A.

Cách 3 : * Tìm CTĐG nhất => CTN => CTPT A
β:α
1
m
:
12
m
y:x
H
C
== hoặc β:α
1
%H
:
12
%C
y:x ==

- CTĐG nhất : C
a
H
b

=> CTTN : (C
a
H
b
)
n

- Xác định n: biện luận từ CTTN để suy ra CTPT đúng của A :
y £ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ³ 1, nguyên dương.
Þ 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 M
A
thì ta nên làm theo cách trên.
2) Các ví dụ :
Ví dụ 1 :

51

Một hydrocacbon A có thành phần nguyên tố: % C = 84,21; %H = 15,79; Tỉ khối hơi
đối với không khí bằng d
A/KK
= 3,93. Xác định CTPT của A
GIẢI
Bước 1: Tính M

A
:
Biết d
A/KK
=> M
A
= M
KK
. d
A/KK
= 29.3,93 = 114
Bước 2 : Đặt A : C
x
H
y


100
M
%H
y
%C
12x
A
==
à 8
12.100
114.84,21
12.100
.%CM

x
A
===
à 18
1.100
114.15,79
1.100
.%HM
y
A
===
Suy ra CTPT A: C
8
H
18


Ví dụ 2 :
Một hydrocacbon 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.
GIẢI
* Tìm M
A
:
1V
A
= 4VSO
2
(ở cùng điều kiện )

Þn
A
= 4nSO
2

Þ
22
2
41
4
SOASO
SO
A
A
MMM
m
M
m
=Þ= (A và SO
2
có khối lượng tương đương nhau)
Þ 16
4
64
4
M
M
2
SO
A

===
Cách 1 : giải theo phương pháp khối lượng hay % khối lượng :
Đặt A : C
x
H
y

Bình đựng Ca(OH)
2
hấp thụ CO
2
và H
2
O
Ca(OH)
2
+ CO
2
CaCO
3
+ H
2
O

m¯ = mCaCO
3
= 1g
nCO
2
= nCaCO

3
= 1/100= 0,01mol
ÞnC = nCO
2
= 0,01mol Þm
C
= 12.0,01=0,12g
mCO
2
= 0,01.44 = 0,44g
rm
bình
= mCO
2
+ mH
2
O
ÞmH
2
O

= 0,8-0,44 = 0,36g
g
m
m
OH
H
04,0
18
36,0

2
18
2
2
===
ĐLBT khối lượng (A) :mA = mC + mH = 0,12 +0,04 = 0,16

52

Ta cú 1
16,0.12
12,0.16
12.m
m.M
x
m
M
m
y
m
12
A
CA
A
A
HC
x
====>==
4
16,0

04,0.16
m
m.M
y
A
HA
===
Vy CTPT A : CH
4

Cỏch 2 : Bin lun da vo iu kin y Ê 2x + 2; y chn, nguyờn dng ; x 1, nguyờn
ị x =1 v y = 4 CTPT A.

Vớ d 3:
t chỏy hon ton 2,64g mt hydrocacbon A thu c 4,032 lớt CO
2
(ktc). Tỡm
CTPT A?
GII
* Tỡm thnh phn cỏc nguyờn t :
mC
(trong A)
= mC
(trong CO2)
= (4,032/ 22,4)*12 = 2,16g
m
H
= m
A
m

C
= 2,64 2,16 = 0,48g
C
H
m
m2,160,48
x:y=:=:=3:8
121121

ị CTN : C
3
H
8
ị CTTN : (C
3
H
8
)n
Bin lun :
S H Ê 2 s C +2 ị 8n Ê 6n + 2 ị n Ê 1 m n nguyờn dng ịn = 1
CTPT A : C
3
H
8


II.2.1.2) Phng phỏp da vo phn ng chỏy:
Du hiu nhn bit bi toỏn dng ny : bi t chỏy mt cht hu c cú cp
n khi lng cht em t hoc khi lng cỏc cht sn phm (CO
2

, H
2
O) mt cỏch trc
tip hoc giỏn tip (tc tỡm c khi lng CO
2
, H
2
O sau mt s phn ng trung gian).

1) Phng phỏp gii:
Bc 1 : Tớnh M
A
( phn II.2.1.1)
Bc 2 : t A : C
x
H
y

* Vit phng trỡnh phn ng chỏy.
OH
2
y
xCOO
4
y
xHC
22
t
2yx
0

+ắđắ
ữ
ứ
ử
ỗ
ố
ổ
++

M
A
(g) 44x 9y
m
A
(g) mCO
2
mH
2
O

* Lp t l tớnh x,y

OHCOA
A
22
m
9y
m
44x
m

M
==
hoc
2pu
AOCO2H2O
yy
x+
1x
42
===
nnnn


53


A
OHA
A
COA
9m
.mM
y,
44m
.mM
x
22
==
* T ú suy ra CTPT A
Mt s lu ý:

1) Nu bi cho: oxi húa hũan tũan mt cht hu c A thỡ cú ngha l t chỏy hũan tũan
cht hu c A thnh CO
2
v H
2
O
2) Oxi húa cht hu c A bng CuO thỡ khi lng oxy tham gia phn ng ỳng bng
gim khi lng a(g)ca bỡnh ng CuO sau phn ng oxi húa. Thụng thng trong bi
toỏn cho lng oxi tham gia phn ng chỏy, tỡm khi lng cht hu c A nờn chỳ ý
n nh lut bo ton khi lng
mA + a = mCO
2
+ mH
2
O
3) Sn phm chỏy (CO
2
, H
2
O) thng c cho qua cỏc bỡnh cỏc cht hp th chỳng.
4) Bỡnh ng CaCl
2
(khan), CuSO
4
(khan), H
2
SO
4
c, P
2

O
5
, dung dch kim, hp th
nc.
Bỡnh ng cỏc dung dch kimhp th CO
2
.
Bỡnh ng P trng hp th O
2
.
5) tng khi lng cỏc bỡnh chớnh l khi lng cỏc cht m bỡnh ó hp th.
6) Nu bi toỏn cho CO
2
phn ng vi dung dch kim thỡ nờn chỳ ý n mui to thnh
xỏc nh chớnh xỏc lng CO
2
.
7) Vit phng trỡnh phn ng chỏy ca hp cht hu c vi oxy nờn oxy li cõn bng
sau t v sau n v trc. Cỏc nguyờn t cũn li nờn cõn bng trc, t v trc ra v sau
phng trỡnh phn ng.
2) Bi tp vớ d :
Vớ d 1 :
t hon ton 0,58g mt hydrocacbon A c 1,76g CO
2
v 0,9g H
2
O. Bit A cú
khi lng riờng D
A
@ 2,59g/l. Tỡm CTPT A

Túm tt :
0,58g X + O
2
đ (1,76g CO
2
; 0,9 g H
2
O)
D
A
@ 2,59g/l. Tỡm CTPT A?
GII :
* Tỡm M
A
:
Bit D
A
=> M
A
= 22,4.2,59 @ 58

* Vit phng trỡnh phn ng chỏy, lp t l tỡm x,y
OH
2
y
xCOO
4
y
xHC
22

t
2yx
0
+ắđắ
ữ
ứ
ử
ỗ
ố
ổ
++

M
A
(g) 44x 9y
m
A
(g) mCO
2
mH
2
O