Giáo án Hóa học Lớp 11 - Bài 46: Benzen và Ankylbenzen

Bài 46: BENZEN và ANKYLBENZEN MỤC TIÊU BÀI HỌC Về kiến thức: Biết: + Cấu trúc phân tử benzen. + Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp của ankylbenzen. + Tính chất vật lý, tính chất hoá học của benzen và ankylbenzen. Hiểu: + Sự liên quan giữa cấu trúc phân tử và tính chất hoá học của benzen. + Các phản ứng: thế, cộng, oxi hoá Về kĩ năng: Viết được cấu trúc phân tử của benzen và ankylbenzen. Viết được các phương trình phản ứng và dự đoán sản phẩm phản ứng. Xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo và gọi tên các chất. Giải các bài toán về tính khối lượng và phần trăm khối lượng. CHUẨN BỊ 1 mô hình phân tử benzen (dã ráp sẵn) Bảng phụ ứng dụng của aren. Dụng cụ và hoá chất thí nghiệm + Dung dịch KMnO4, benzen. + Đế sứ, ống nghiệm, ống nhỏ giọt, hộp quẹt. KIỂM TRA BÀI CŨ Câu hỏi: Hãy cho biết tính chất hoá học đặc trưng của hidrocacbon no và không no Gợi ý trả lời: Hidrocacbon no tham gia phản ứng thế, hdrocacbon không no tham gia phản ứng cộng. TIỂN TRÌNH GIẢNG DẠY Bài 46: BENZEN và ANKYLBENZEN Cấu trúc, đồng đẳng, đồng phân và danh pháp HOẠT ĐỘNG 1 Cấu trúc của phân tử benzen (trọng tâm) Sự hình thành liên kết trong phân tử benzen Học sinh quan sát hình 7.1 trong sách giáo khoa, 2 học sinh ngồi kế nhau thảo luận để trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập số 1. PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 Trong phân tử benzen: Các nguyên tử C ở trạng thái lai hoá nào? Các nguyên tử C liên kết với các nguyên tử H bằng loại liên kết nào? Các nguyên tử C liên kết với nhau bằng loại liên kết nào? 1 học sinh xung phong trả lời: C ở trạng thái lai hoá sp2 (lai hóa tam giác). Mỗi C sử dụng 3 AO lai hoá để tạo liên kết σ với 1 H và với 2 C bên cạnh. 6 AO p còn lại của 6 C xen phủ bên với nhau tạo hệ liên hợp π chung cho cả vòng benzen. Giáo viên thông báo: Nhờ vậy, liên kết π trong vòng benzen tương đối bền vững hơn liên kết π trong anken hay những hidrocacbon không no khác. Mô hình phân tử Học sinh xem mô hình phân tử benzen (giáo viên đã ráp sẵn) và rút ra nhận xét về hình dạng, góc liên kết: trong benzen - 6 C tạo 1 hình lục giác đều. - 6 C và 6 H cùng nằm trên 1 mặt phẳng - Các góc liên kết đều là 120°. Biểu diễn cấu tạo của phân tử benzen Giáo viên thông báo 2 kiểu vẽ công thức cấu tạo của benzen: hay Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp 2 học sinh ngồi kế nhau thảo luận để trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập số 2. PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 Thế nào là ankylbenzen? Cho biết công thức chung của ankylbenzen? Ankylbenzen có những loại đồng phân nào? Dựa vào tên các ankylbenzen trong sách giáo khoa, cho biết 2 cách gọi tên ankylbenzen. 1 học sinh xung phong trả lời: - Khi thay các nguyên tử H trong phân tử benzen bằng các nhóm ankyl ta được các ankylbenzen. Các ankylbenzen có công thức chung là CnH2n-6 (n ≥ 6). - Ankylbenzen có 2 loại đồng phân: đồng phân mạch C của nhóm ankyl và đồng phân vị trí nhóm thế trên vòng benzen. - 2 cách gọi tên ankylbenzen: Cách 1: (số chỉ vị trí nhóm thế)-tên nhóm ankyl”benzen” Cách 2: (chữ cái vị trí nhóm thế)-tên nhóm ankyl”benzen” HOẠT ĐỘNG 2 Tính chất vật lý Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng Học sinh quan sát bảng 7.1 và trả lời câu hỏi trong phiếu học tập số 3. PHIẾU HỌC TẬP SỐ 3 Khi số nguyên tử cacbon tăng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các ankylbenzen tăng hay giảm? So sánh khối lượng riêng của benzen và các ankylbenzen với khối lượng riên của nước? Benzen và các ankylbenzen nặng hay nhẹ hơn nước? Học sinh xung phong trả lời: Nhìn chung, nhiệt độ nóng chảy của các ankylbenzen giảm, nhiệt độ sôi tăng khi mạch C tăng. Khối lượng riêng của benzen và các ankylbenzen nhỏ hơn 1, nhỏ hơn khối lượgn riêng của nước nên chúng nhẹ hơn nước. Màu sắc, tính tan và mùi Giáo viên thông báo: Benzen và ankylbenzen là những chất không màu, hầu như không tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ. Chúng là những dung môi và là những chất có mùi. Tính chất hoá học HOẠT ĐỘNG 3 Phản ứng thế (trọng tâm) Phản ứng halogen hoá Học sinh xem sách giáo khoa và thực hiện yêu cầu của phiếu học tập số 4. PHIẾU HỌC TẬP SỐ 4 Viết các phương trình phản ứng và gọi tên sản phẩm của các phản ứng sau: Brom tác dụng với benzen khi có bột sắt xúc tác. Brom tác dụng với toluen khi có bột sắt xúc tác. - Brom tác dụng với toluen khi được chiếu sáng. 3 học sinh lên bảng viết 3 phương trình phản ứng. Giáo viên rút ra nhận xét; Khi có bột sắt xúc tác, phản ứng thế halogen xảy ra ở vòng benzen và tạo 2 đồng phân ortho và para. Khi được chiếu sáng, phản ứng thế halogen xảy ra ở nhóm ankyl. Phản ứng thế ankylbenzen có thể xảy ra ở vòng benzen hay ở nhóm ankyl tuỳ theo điều kiện phản ứng. Phản ứng nitro hoá Học sinh xem sách giáo khoa và thực hiện yêu cầu của phiếu học tập số 5. PHIẾU HỌC TẬP SỐ 5 Viết các phương trình phản ứng sau: - Benzen tác dụng với hỗn hợp HNO3 đặc, H2SO4 đặc. - Nitrobenzen tác dụng với hỗn hợp HNO3 bốc khói và H2SO4 đặc, đun nóng. - Toluen tác dụng với hỗn hợp HNO3 đặc, H2SO4 đặc. 3 học sinh lên bảng viết phương trình phản ứng. 2 học sinh kế nhau thảo luận trả lời câu hỏi trong phiếu học tập số 6. PHIẾU HỌC TẬP SỐ 6 Căn cứ vào 3 phản ứng vừa viết, hãy cho biết: - Nếu trên vòng benzen có sẵn nhóm thế nitro –NO2, phản ứng thế xảy ra dễ hay khó hơn khi không có nhóm thế này? Và phản ứng ưu tiên thế tại vị trí nào? - Nếu trên vòng benzen có sẵn nhóm thế ankyl (CH3-,), phản ứng thế xảy ra dễ hay khó hơn khi không có nhóm thế này? Và phản ứng ưu tiên thế tại vị trí nào? 1 học sinh xung phong: - Nếu trên vòng benzen có sẵn nhóm thế nitro –NO2, phản ứng thế xảy ra khó hơn khi không có nhóm thế này, và phản ứng ưu tiên thế tại vị trí meta. - Nếu trên vòng benzen có sẵn nhóm thế ankyl (CH3-,), phản ứng thế xảy ra dễ hơn khi không có nhóm thế này, và phản ứng ưu tiên thế tại vị trí ortho và para. Quy tắc thế ở vòng benzen Giáo viên tổng kết: Khi ở vòng benzen có sẵn nhóm ankyl, -OH, -NH2, -OCH3,, phản ứng thế ở vòng sẽ dễ dàng hơn và ưu tiên xảy ra ở vị trí ortho và para. Khi ở vòng benzen có sẵn nhóm –NO2, -COOH, -SO3H, phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn và ưu tiên xảy ra ở vị trí meta. Cơ chế phản ứng thế ở vòng benzen Giáo viên trình bày cơ chế phản ứng thế ở vòng benzen. Phản ứng cộng HOẠT ĐỘNG 4 2 học sinh kế nhau thảo luận để trả lời câu hỏi trong phiếu học tập số 7. PHIẾU HỌC TẬP SỐ 7 - Tại sao benzen và các ankylbenzen cũng có liên kết π nhưng lại không cho phản ứng cộng brom như các hidrocacbon không no? - Viết phương trình phản ứng cộng hidro vào benzen khi có Ni hoặc Pt xuác tác, đun nóng. Gọi tên sản phẩm. 1 học sinh trả lời và 1 học sinh lên bảng viết phương trình phản ứng: Ni,t° - Benzen và các ankylbenzen không cho phản ứng cộng brom như các hidrocacbon vì benzen và các ankylbenzen có hệ liên hợp π bền. - Phản ứng: C6H6 + 3H2 C6H12 Phản ứng oxi hoá HOẠT ĐỘNG 5 Giáo viên làm thí nghiệm: cho benzen vào dung dịch thuốc tím Học sinh quan sát hiện tượng và rút ra nhận xét: Benzen không làm mất màu dung dịch thuốc tím hay benzen không bị KMnO4 oxi hoá. Giáo viên thông báo: Các ankylbenzen bị KMnO4 đun nóng oxi hoá ở nhóm ankyl. Và viết sơ đồ phản ứng minh hoạ. HCl KMnO4,H2O 80-100°C C6H5CH3 C6H5COOK C6H5COOH Giáo viên làm thí nghiệm: nhỏ vài giọt benzen vào đế sứ rồi đốt. Học sinh quan sát hiện tượng và rút ra nhận xét: Các aren cháy trong không khí thường tạo ra muội than. Khi cháy hoàn toàn các aren tạo CO2 và H2O. Viết phương trình phản ứng minh hoạ. C6H6 + 15/2 O2 → 6CO2 + 3H2O ; ΔH= - 3273 kj HOẠT ĐỘNG 6 Giáo viên rút ra kết luận: Benzen tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng và bền vững với các chất oxi hoá. Đây là tính thơm đặc trưng của các hidrocacbon thơm. Điều chế và ứng dụng HOẠT ĐỘNG 7 Điều chế Giáo viên thông báo 2 phương pháp chủ yếu điều chế aren là: Chưng cất nhựa than đá hoặc dầu mỏ. Điều chế từ ankan hoặc xicloankan. Giáo viên hướng dẫn học sinh viết các sơ đồ phản ứng. xt,t° -4H2 CH3[CH2]4CH3 C6H6 xt,t° -4H2 CH3[CH2]5CH3 C6H5CH3 xt,t° C6H6 + CH2=CH2 C6H5CH3 Ứng dụng Học sinh xem bảng phụ các ứng dụng của benzen và 1 số aren: chất dẻo (polistiren) cao su (cao su Buna, cao su stiren) tơ sợi (tơ capron) phẩm nhuộm (nitrobenzen) dược phẩm (anilin) thuốc trừ hại (phenol) thuốc nổ TNT (sản xuất từ toluen) dung môi HOẠT ĐỘNG 8 Giáo viên củng cố bài: Benzen và các ankylbenzen dễ cho phản ứng thế, khó cho phản ứng cộng vào vòng benzen. Các ankylbenzen có thể bị oxi hoá ở nhóm ankyl. MỘT SỐ CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Khi có bột sắt, etylbezen tác dụng với brom khan tạo sản phẩm nào sau đây? A. o-brometylbenzen B. m- brometylbenzen C. p- brometylbenzen D. cả o-brometylbenzen và p- brometylbenzen 2. Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về cơ chế phản ứng thế ở vòng benzen? A. Phân tử halogen là tác nhân trực tiếp tấn công vòng benzen trong phản ứng thế halogen. B. Phân tử axit nitric là tác nhân trực tiếp tấn công vòng benzen trong phản ứng nitro hoá. C. Các halogen, axit nitric tác dụng với chất xúc tác tạo các tiểu phân mang điện tích dương, các tiểu phân này là tác nhân trực tiếp tấn công vòng benzen. D. Các phát biểu A, B, C đều đúng. 3. Đốt cháy hoàn toàn toluen, tổng hệ số cân bằng các chất trong phương trình phản ứng là: A. 23 B. 22 C. 21 D. không xác định được 4. Phát biểu nào sau đây đúng? A. Toluen khó tham gia phản ứng thế ở vòng benzen hơn benzen. B. Etylbenzen không thể cho phản ứng thế ở nhóm etyl như toluen. C. Benzen không thể bị dung dịch thuốc tím oxi hoá như toluen. D. Các phát biểu A, B, C đều sai. 5. Công thức chung của các ankylbenzen là: A. CnH2n-6 B. CnH2n-6 (n ≥ 4) C. CnH2n-6 (n ≤ 6) D. CnH2n-6 (n ≥ 6) 6. Phát biểu nào sau đây đúng? A. Liên kết π của benzen bền hơn của anken vì benzen có 3 liên kết π còn anken chỉ có 1 liên kết π. B. Khả năng tham gia phản ứng thế của benzen và ankan như nhau do liên kết σ C-H của benzen và ankan có độ bền như nhau. C. Để phá vỡ 1 liên kết π trong vòng benzen cần 1 năng lượng tương đương năng lượngphá vỡ 1 liên kết π của anken. D. Liên kết σ C-H trong vòng benzen tạo thành do sự xen phủ trục giữa AO lai hoá sp2 của C và AO s của H. 7. Dãy sắp xếp nào sau đây đúng thứ tự các chất có nhiệt độ sôi tăng dần? A. benzen, etylbenzen, toluen, xilen. B. benzen, toluen, etylbenzen, xilen. C. xilen, etylbenzen, toluen, benzen. D. benzen, xilen, etylbenzen, toluen. 8. Thực hiện phản ứng nitro hoá etylbenzen thu được sản phẩm nào sau đây? A. o-nitroetylbenzen B. m- nitroetylbenzen C. p- nitroetylbenzen D. cả o-nitroetylbenzen và p- brometylbenzen 9. Dãy nào sau đây thể hiện khả năng tham gia phản ứng nitro hóa vòng benzen của các chất tăng dần? A. Benzen, nitrobenzen, metylbenzen B. Benzen, etylbenzen, nitrobenzen C. Benzen, metylbenzen, nitrobenzen D. Nitrobenzen, benzen, toluen 10. Phản ứng nào sau đây không xảy ra? A. Benzen và dung dịch brom, có bột sắt xúc tác. B. Etylbenzen và brom khan, có bột sắt xúc tác. C. Etylbenzen và brom khan, có chiếu sáng. D. Benzen và clo, có chiếu sáng.