bài tập so sánh nhiệt độ sôi của hợp chất hữu cơ

Nhiệt độ sôi của các hợp chất hữu cơ là nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi
bão hòa trên bề mặt chất lỏng bằng áp suất khí quyển.
Các yếu tố ảnh hởng đến nhiệt độ sôi của các chất hữu cơ nghĩa là
ảnh hởng đến lực hút giữa các phân tử ,gồm có :
- Phân tử khối ( M )
- Liên kết Hiđrô ( H )
- Lực hút Van Der Waals
- Mô men lỡng cực của phân tử ( à)
1. Liên kết H
Liên kết H giúp các phân tử ràng buộc lại với nhau chặt chẻ hơn ,nên cần
nhiều năng lợng hơn để tách các phân tử ra khỏi mạng tinh thể.
Ta có thể khái quát các trờng hợp có liên kết H bằng công thức sau:
X - H ... Y

( X , Y có thể giống hoặc khác nhau)

Điều kiện cần để hình thành liên kết H nh trên là X phải có khả năng hút e
làm cho liên kết X-H phân cực mà cha đứt ra thành ion , Y phải có cặp e cha
sử dụng, ngoài ra bán kính nguyên tử của X, Y phải không đợc quá lớn. Vì vậy
ta thờng gặp liên kết H trong trờng hợp mà X, Y là: F , O , N..
VD: Liên kết H giữa các phân tử ancol
R

R
O
H

O

H
O

H

R

Nếu X là C mà có các nhóm thế hút e thì có thể tạo thành liên kết H ( Vd:
CHCl3...)
Liên kết H có thể xuất hiện giữa 2 phân tử hoặc trong 1 phân tử ( gọi là liên
kết H nội phân tử) nếu X- H và Y ở gần một mức nhất định.
VD:

CH3

C

C

O

O
H

HO

CH3

O
H

C

O
H
O

F

Liên kết H thuộc loại liên kết yếu , năng luợng liên kết H nhỏ hơn liên kết CHT
bình thờng hàng chục lần ( Vd: O-H ...O 6kcal/mol ; H-O 110,6 kcal / mol ....)
2. Lực hút Van der Waals (VDL )
a, Định nghĩa : Lực hút VDL là lực hút tĩnh điện giữa các phân tử do sự
phân cực tạm thời trong phân tử .
b,Phân loại


- Lực định hớng : Xuất hiện trong các phân tử có cực nh HCl.
- Lực cảm ứng :Các phân tử có cực và không cực nh dẫn xuất halogen.
- Lực khuyếch tán :Các phân tử không cực
Lực hút VDL thuộc loại lực tơng tác yếu ảnh hởng đến nhiệt độ sôi tơng tự
lực liên kết H .
3, Mô men lỡng cực : Xuất hiện khi các phân tử có sự phân bố điện tích
không đều nghĩa là điện tích âm và điện tích dơng không trùng nhau,nên
xuất hiện lỡng cực gồm hai điện tích trái dấu. Độ phân cực biểu thị bằng mô
men lỡng cực .
Mô men lỡng cực nằm trong phần lực liên kết VDL.
II. Một số qui luật ảnh hởng đến nhiệt độ sôi của các chất
1) Trong cùng dãy đồng đẳng tos tỉ lệ thuận với khối lợng mol ( M)
M tăng tos tăng
VD1: Trong dãy ankan mạch không nhánh
CH4

C2H 6
C3H 8
C4H10
o
o
o
-162 C
-89 C
-42 C
-0,5oC
VD2: Trong dãy xicloankan không nhánh

C5H12
36oC

C3H 6
C4H 8
C5H10
C6H12
o
o
o
- 33 C
13 C
49 C
81oC
VD3: Trong dãy đồng đẳng của ancol etylic
CH3OH
64,7 oC

C2H5OH
78,3oC

CH3CH2CH2OH
97,2oC

CH3CH2CH2CH2OH
117,3oC

2) Với các ankan , anken là đồng phân của nhau thì t os thờng giảm
dần theo mức độ phân nhánh, nhiều nhánh có t os thấp hơn ít nhánh .
Tuy nhiên nếu có số nhánh nh nhau nhng sự phân nhánh dẫn đến sự
làm tăng tính đối xứng của phân tử thì tos sẽ cao hơn.
VD1: So sánh tos các đồng phân của C6H14
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
CH3-CH-CH2CH2CH3

69oC
60,3oC

CH3-CH2-CH-CH2CH3

CH3

63,3oC

CH 3
CH3

CH3- CH - CH-CH3

CH3 CH3

58oC

CH3- C - CH2-CH3

49,7oC

CH3

3) Đối với các chất có đồng phân cis- trans ( Vd: 1số anken...) thì t os
(cis) > tos (trans) do mômen lỡng cực ở phân tử dạng trans thấp hơn
lực hút lỡng cực giảm tos thấp hơn ( Lu ý: tonc thì ngợc lại )
VD:


cis-but-2-en
3,7oC
cis-pent-2-en
37oC

trans-but-2-en
trans-pent-2-en

0,9oC
36oC

4) Nhiệt độ sôi của anken không khác nhiều so với ankan tơng ứng
và thờng nhỏ hơn xicloankan tơng ứng.
VD:

C2H 6
C2H 4

-89oC
-105oC

C3H8 -42oC
C3H6 -48oC
Xiclopropan -33oC

5) Anken và ankin có liên kết bội ở đầu mạch có t os cao hơn ankan,
anken tơng ứng và thấp hơn đồng phân có liên kết bội ở trong mạch.
VD: But-1-in CH C-CH2-CH3 : 8oC

;

But-2-in CH3-C C-CH3 : 27oC

CH2=CH-CH2-CH3 : -6 oC ; CH3-CH2-CH2-CH3 :- 0,5 oC
6) Nếu trong một chất có tồn tại liên kết hiđro giữa các phân tử thì
tos ( cũng nh tonc) của chất đều tăng vì các phân tử trong chất đó đã
bị ràng buộc với nhau thành những phân tử lớn hơn. Và t os cao hơn
nhiều so với các chất không có liên kết hiđro có phân tử khối M tơng
đơng.
VD: Nớc , ancol , phenol, amoniac , amin bậc 1 , amin bậc 2 , axit cacboxylic....
là những chất chịu sự chi phối này.
VD1: So sánh nhiệt độ sôi của metanol với 1 số hợp chất khác có M t ơng đơng
mà không có liên kết H
CH3OH (M= 32)
C2H6 (M= 30)

CH3F ( M= 34)
o
o
65 C
- 89 C
-78oC
VD2: So sánh từng cặp chất có liên kết H và không có liên kết H
H2O
100oC

H2S
- 62oC

C6H5OH
182oC

C6H5SH
172oC

CH3OH
65oC

CH3SH
6 oC

7) Nếu giữa các phân tử tạo thành liên kết H càng bền thì càng làm
tăng nhiệt độ sôi của chất đó.
ở các phenol , giữa cặp electron p trên ngtử O của nhóm OH và hệ thống
e của nhân thơm sự liên hợp ( p- ) . Sự dịch chuyển mật độ e vào phía
nhân thơm đã khiến cho liên kết O-H ở phenol phân cực hơn ở ancol. Do đó

phenol tạo các liên kết H mạnh hơn ở ancol tos (phenol) > tos (ancol)
VD:

C6H5-OH 41oC

, C6H11-OH 25,5oC


ở axit cacboxylic cũng có liên kết H bền hơn ở ancol vì nhóm O-H phân
cực mạnh hơn , không những thế khác với ancol, axit cacboxylic thờng tạo ra
những đime vòng và cả dạng polime tos (axit cacboxylic) > tos (ancol)
R

O

O

C

C
O

VD: CH3COOH

H

118,2oC

H

R

O

,

C2H5OH 78,3oC

Liên kết hiđro N-H...N yếu hơn liên kết hiđro O-H...O nên điểm sôi của
amin thấp hơn của ancol có M tơng đơng.
VD: CH3NH2 ( -6,5oC) < CH3OH ( 65oC )
Ancol có bậc càng cao càng có nhiều nhóm ankyl đẩy e thì sự phân cực
của liên kết O-H càng giảm liên kết H giữa các phân tử ancol càng kém bền
tos giảm.
VD: CH3CH2CH2OH (92,7oC) > CH3CHOHCH3 (82,3oC )
8) Trong khi liên kết H giữa các phân tử làm tăng t os của chất thì liên
kết H nội phân tử lại không gây ảnh hởng đợc nh vậy ( thờng sẽ làm
giảm tos )
Nếu 2 nhóm thế trong vòng benzen không có liên kết H thì 2 đồng phân
o- , p- nói chung có tos gần nh nhau . Nhng nếu 2 nhóm thế đó có liên kết H
thì đồng phân o- ( có liên kết H nội phân tử ) luôn có tos thấp hơn so với
đồng phân p- ( có liên kết H giữa các phân tử ).

VD:

O

OH

H

NH2
tos = 145oC

( phân tử có liên kết H nội phân tử )

tos = 174oC
NH2

( phân tử có liên kết H liên

phân tử )
9) Đa một nhóm thế đơn giản vào vòng benzen sẽ làm tăng nhiệt độ
sôi . Còn đa 2 nhóm thế vào vòng benzen , nếu chúng tạo liên kết


hiđro nội phân tử thì nhiệt độ sôi sẽ thấp hơn các đồng phân tạo
liên kết hiđro liên phân tử.
VD : C6H5-Y ( với Y là các nhóm thế khác nhau )
-H
80oC

- CH3
110oC

- C2H5
136oC

- Cl
132oC

- CHO
179oC

- COOH
249oC

- OH
181oC

10) Đối với dẫn xuất R-X , nếu không có liên kết H , nhiệt độ sôi sẽ
càng cao khi X hút e càng mạnh à càng lớn.

C4H9-Cl (M=92,5)
à (D) = 1,86
tos = 78oC

C4H9-CHO (M=86)
à (D) = 2,49
tos = 103oC

C3H7-NO2 (M=89)
à (D) = 3,15
tos = 131oC

Lu ý : Anđehit và xeton ở dạng nguyên chất không có liên kết H liên phân tử ,
nhng ở trạng thái dung dịch có liên kết H với nớc.
III. Một số bài tập
Câu 1:
a) HF có à (D) = 1,91 và tos = 19,34oC
C2H5-F có à (D) = 1,80 và tos = - 37,7oC

Tại sao lại có sự khác biệt này?
b) Hai amin có cùng phân tử khối là (CH 3)3 N và CH3CH2CH2NH2 . 1 chất sôi ở
49oC , chất còn lại sôi ở 3oC . Hỏi chất nào sôi ở nhiệt độ nào?
Câu 2: So sánh nhiệt độ sôi của các chất sau và giải thích ?
n- hexan (1) , iso butan (2) , 3-metylpentan (3) và 2,3-đimetyl butan (4)
Câu 3: Sắp xếp theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi của các chất sau:
a) C2H5OH , CH3-O-CH3 , CH3CH2CH2OH , C2H5Cl , CH3COOH
OH

OH

OH
OH

b)

,

,

,

C2H5OH , C4H10 , iso - C4H10

OH

Câu 4 : Đối với những hợp chất tơng tự thì hợp chất có khối lợng phân tử lớn
hơn thờng có tos cao hơn .Vậy tại sao H2S lại có tos thấp hơn của H2O ?
tos (H2S ) = 61oC

, tos (H2O ) = 100oC


Câu 5 : Cho các chất sau : HCOOCH3 , CH3CH2CH2OH , CH3COOCH3 ,
CH3COOC2H5 ,CH3CH2COOH , CH3CH2CH2COOH . Chất nào có nhiệt độ sôi thấp
nhất? Vì sao?
Câu 6 : Cho biết từng cặp chất sau , chất nào có nhiệt độ sôi cao hơn? giải
thích ?
a) CH3COOH và CH3CHO
b) C2H5OH và C2H5Br
c) CH3COOH và CH3COOC2H5
Câu 7: Sắp xếp theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi của các chất sau ? giải
thích ?
a) CH3NH2 , CH3OH , CH3-CH3
b) n-C4H9NH2 , n-C4H9OH , C2H5N(CH3)2
Câu 8: Giải thích
a) ancol butylic (tos =117,4oC ) > iso-butylic (tos =108oC ) > sec butylic (tos
=100oC) > tert butylic (tos =83oC )
b) cis-but-2-en (tos = 3,7oC) > trans-but-2-en (tos = 0,88oC)
Câu 9: Cho các chất sau:
Butan , propylamin , trimetylamin , ancol propylic , isobutan.
Sắp xếp các chất trên theo trình tự nhiệt độ sôi tăng dần ?
Câu 10: Cho biết nhiệt độ sôi của chất X là 36 oC , chất Y là 28oC , chất Z là
9,4oC. Vậy X , Y , Z là chất nào : neopentan , isopentan hay pentan ?
Câu 11 : Giải thích tại sao sự chênh lệch về t os giữa isobutan ( -10,2oC) và
(CH3)3N (+ 3,5oC ) nhỏ hơn nhiều so với sự chênh lệch về t os giữa n-butan (
-0,5oC) và n- propylamin (48,7oC ) ?
Câu 12 : Giải thích tại sao?
CH3

CH

CH3

; CH3

OH

C

CH3 ; CH3

O

to = 82oC
s

C

CH2

CH3

57oC

-7oC

Câu 13 :Giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi trong dãy chất sau:

80oC

CH3

C2H5

OH

110oC

136oC

182oC

OCH3

155oC

Câu 14: Giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi trong dãy chất sau:


NO2

NO2

NO2

OH

Cl

OH
a)

214oC

279oC

239oC

N
N

o

115 C

N

(2) ;

(1) ;

b)

S

o

117 C

(4)

(3) ;
N

N

N

H

H
187oC

o

256 C

Câu 15: Viết CTCT và gọi tên các đồng phân của C4H9Cl ? Sắp xếp chúng
theo thứ tự nhiệt độ sôi tăng dần?
iV. Hớng dẫn trả lời
Câu 1 : Chất có liên kết H thì tos cao hơn
a) HF có lk H , C2H5-F không tạo lkH
b) (CH3)3 N không tạo lkH , CH3CH2CH2NH2 tạo lkH
Câu 2 : tos giảm dần theo mức độ phân nhánh , cùng số nhánh thì chất đối
xứng hơn có tos cao hơn 1 > 3 > 2 > 4
Câu 3: a) ancol , axit có lkH nhng ở axit bền hơn tos cao hơn , cùng chức
ancol so sánh M , nhóm không có liên kết H thì dựa vào độ phân cực hoặc M
để so sánh
CH3-O-CH3 < C2H5Cl < C2H5OH < CH3CH2CH2OH < CH3COOH

b) Các hợp chất thuộc loại phenol và ancol có liên kết H nhng phenol có tos cao
hơn , ở vòng benzen có 2 nhóm OH kề nhau tạo đợc liên kết H nội phân tử
tos thấp hơn vòng benzen có 2 nhóm OH ở vị trí para( tạo liên kết H liên phân
tử ), vòng có 1 nhóm OH có tos thấp hơn vòng có 2 nhóm OH.
isobutan < butan < etanol < phenol < 1,2-đihiđroxyl benzen < 1,4-đihiđroxyl benzen
Câu 4:

Do H2O có lk H , H2S không tạo lkH

Câu 5: ancol , axit có liên kết H nên tos cao hơn , este không tạo liên kết H
nên tos thấp hơn , este có M càng lớn tos càng cao HCOOCH3 có tos thấp nhất.
Câu 6: Chất có liên kết H thì tos cao hơn
a) CH3COOH > CH3CHO


b) C2H5OH > C2H5Br
c) CH3COOH > CH3COOC2H5
Câu 7: Amin bậc 1 và ancol có liên kết H còn amin bậc 3 , ankan không có liên
kết H
Tuy vậy liên kết hiđro N-H...N yếu hơn liên kết hiđro O-H...O nên điểm sôi
của amin thấp hơn của ancol có M tơng đơng.
a) CH3-CH3 < CH3NH2 < CH3OH
b) C2H5N(CH3)2 < n-C4H9NH2 < n-C4H9OH
Câu 8:
a) ancol butylic (tos =117,4oC ) > iso-butylic (tos =108oC ) > sec butylic (tos
=100oC) > tert butylic (tos =83oC ) do: Ancol có bậc càng cao càng có nhiều
nhóm ankyl đẩy e thì sự phân cực của liên kết O-H càng giảm liên kết H
giữa các phân tử ancol càng kém bền tos giảm. iso-butylic cùng bậc 1 với
ancol butylic nhng có nhánh nên làm tos thấp hơn.
b) cis-but-2-en (tos = 3,7oC) > trans-but-2-en (tos = 0,88oC) do: momen lỡng

cực của phân tử dạng trans bị triệt tiêu (à = 0 ) , nên phân tử không phân
cực , lực hút lỡng cực giảm tos giảm, còn ở dạng cis có à 0
Câu 9:
Amin bậc 1 và ancol có liên kết H còn amin bậc 3 , ankan không có liên kết H
Tuy vậy liên kết hiđro N-H...N yếu hơn liên kết hiđro O-H...O nên điểm sôi
của amin thấp hơn của ancol có M tơng đơng.
Cùng đồng phân ankan thì ankan có nhánh có tos thấp hơn , các chất không
có liên kết H thì so sánh M.
isobutan < Butan < trimetylamin < propylamin < ancol propylic .
Câu 10:
Trong dãy ankan thì nhiệt độ sôi giảm dần theo mức độ phân nhánh


chất X là pentan( 36oC ), chất Y là isopentan( 28oC) , chất Z là

neopentan( 9,4oC)
Câu 11:
Giữa isobutan ( -10,2oC) và (CH3)3N (+ 3,5oC ) nhỏ hơn nhiều so với sự chênh
lệch về tos giữa n-butan ( -0,5oC) và n- propylamin (48,7oC ) do: isobutan và
(CH3)3N không có liên kết H và có M tơng đơng nên sự chênh lệch t os không lớn
. n-butan không có liên kết H còn n- propylamin có liên kết H nên t os cao hơn
nhiều nên sự chênh lệch tos lớn.


Câu 12:
CH3

CH

CH3

; CH3

C

OH

CH3

; CH3

O

to = 82oC
s

C

CH2

CH3

57oC

-7oC

Ancol có liên kết H nên tos cao nhất , axeton và isobuten có M tơng đơng và
đều không có liên kết H nhng axeton phân tử có sự phân cực lớn ( à = 2,88
D), isobuten phân cực bé (à = 0,5 D ) lực hút vandervan ở axeton đáng kể
tos cao hơn.

Câu 13:

80oC

CH3

C2H5

OH

110oC

136oC

182oC

OCH3

155oC

Vì phenol có liên kết H nên tos cao nhất , các chất còn lại không có liên kết H
nên chất nào có M lớn hơn sẽ có tos cao hơn.
Câu 14:
NO2

NO2

NO2

OH

Cl

OH
a)

214oC

279oC

239oC

p- nitrophenol có liên kết H liên phân tử nên tos cao nhất . p-clo nitrobenzen
không có liên kết H và có M lớn hơn o-nitrophenol mà o-nitrophenol có liên kết
H nội phân tử làm tos giảm .
N
N

o

115 C

N

(2) ;

(1) ;

b)

S

o

117 C

(4)

(3) ;
N

N

N

H

H
187oC

o

256 C

Chất (1 ) và (2) không có liên kết H nên tos thấp hơn và chất nào có M lớn hơn
thì tos cao hơn. Hai chất còn lại có liên kết H nên tos cao hơn, nhng chất (3) có
liên kết H liên phân tử , chất (4) hình thành liên kết H dạng đime nên chất (3)
có tos cao hơn.