Phương pháp giải bài tập Hóa học Lớp 11 - Phần 1

21 HYDROCACBON II.1 – BÀI TẬP GIÁO KHOA I.1.1 BÀI TẬP VỀ CÔNG THỨC CẤU TẠO – ĐỒNG ĐẲNG – ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP I.1.1.1 Bài tập về đồng đẳng v Phương pháp : Có 2 cách xác định dãy đồng đẳng của các hydrocacbon : - Dựa vào định nghĩa đồng đẳng - Dựa vào electron hóa trị để xác định Lưu ý : C luôn có hóa trị IV tức là có 4e hóa trị nC sẽ có 4ne hóa trị H luôn có hóa trị I tức là có 1e hóa trị - Parafin chính là ankan, dãy đồng đẳng parafin chính là dãy đồng đẳng của CH4. - Olefin chính là anken, dãy đồng đẳng olefin chính là dãy đồng đẳng của C2H4 - Ankadien còn được gọi là đivinyl - Aren : dãy đồng đẳng của benzen. - Hydrocacbon : CxHy : y chẵn, y £ 2x + 2 v Bài tập ví dụ : Ví dụ 1: Viết CTPT một vài đồng đẳng của CH4. Chứng minh công thức chung của dãy đồng đẳng của CH4 là CnH2n+2. GIẢI : Dựa vào định nghĩa đồng đẳng, CTPT các đồng đẳng của CH4 là C2H6, C3H8, C4H10,, C1+kH4+2k Chứng minh CTTQ dãy đồng đẳng metan CH4 là CnH2n+2 : 22 Cách 1: Dựa vào định nghĩa đồng đẳng thì dãy đồng đẳng của metan phải là: CH4 + kCH2 = C1+kH4+2k Tìm mối liên hệ giữa số nguyên tử C và số nguyên tử H Đặt SnC = 1 + k = n SnH = 4 + 2k = 2(k + 1) + 2 = 2n + 2 Vậy dãy đồng đẳng farafin là CnH2n+2 (n ³ 1) Cách 2: Dựa vào số electron hóa trị : - Số e hóa trị của nC là 4n - Số e hóa trị của 1C dùng để liên kết với các C khác là 2 Þ Số e hóa trị của nC dùng để liên kết với các C khác là [2(n-2)+2] = 2n–2 (vì trong phân tử chỉ tồn tại liên kết đơn) (Sở dĩ “+2” vì 1C đầu mạch chỉ liên kết với 1C nên dùng 1e hóa trị, 2C đầu mạch dùng 2e hóa trị. - Số e hóa trị dùng để liên kết với H: 4n–2n-2 = 2n + 2 - Vì mỗi nguyên tử H chỉ có 1 e hóa trị nên số e hóa trị của (2n +2)nguyên tử H trong phân tử là 2n + 2. Þ Công thức chung của ankan là CnH2n+2 (n ³ 1) Cách 3: Metan có CTPT CH4 dạng CnH2n+2 Þ dãy đồng đẳng của ankan là CnH2n+2 Ví dụ 2: CT đơn giản nhất của 1 ankan là (C2H5)n. Hãy biện luận để tìm CTPT của chất trên. GIẢI : CT đơn giản của ankan là (C2H5)n. Biện luận để tìm CTPT ankan đó: Cách 1: Nhận xét: CT đơn giản trên là 1 gốc ankan hóa trị 1 tức có khả năng kết hợp thêm với 1 gốc như vậy nữa Þ n = 2 Þ CTPT ankan C4H10 Cách 2: Cách 3: CTPT của ankan trên : (C2H5)n = CxH2x+2 Þ 2n = x và 5n = 2x + 2 Þ 5n = 2.2n + 2 Þ n = 2. Þ CTPT ankan : C4H10 Ankan trên phải thỏa điều kiện số H £ 2.số C + 2 Þ 5n £ 2.2n + 2 Þn £ 2 n =1 thì số H lẽ Þ loại n= 2 Þ CTPT ankan là C4H10 (nhận) Vậy CTPT ankan là C4H10 23 Ví dụ 3 : Phân biệt đồng phân với đồng đẳng. Trong số những CTCT thu gọn dưới đây, những chất nào là đồng đẳng của nhau? Những chất nào là đồng phân của nhau.? CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Cl CH3CH2CH2CH3 CH3CHClCH3 (CH3)2CHCH3 CH3CH2CH=CH2 CH3CH=CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 C=CH2CH3 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) GIẢI : · Phân biệt đồng phân với đồng đẳng : xem I.2.2/12 · Những chất là đồng đẳng của nhau là : 1 và 5 hoặc 1 và 3(ankan); 6 và 7 hoặc 6 và 9 (anken). · Những chất là đồng phân của nhau : 2 và 4; 3 và 5; 6 và 9 và 8. v Bài tập tương tự : 1) Viết CTPT một vài đồng đẳng của C2H4. Chứng minh CTTQ của dãy đồng đẳng của etilen là CnH2n , n ³ 2 nguyên 2) Viết CTPT một vài đồng đẳng của C2H2 . Chứng minh CTTQ của dãy đồng đẳng của axetilen là CnH2n-2, n ³ 2 nguyên 3) Viết CTPT một vài đồng đẳng của C6H6. Chứng minh CTTQ của các aren là CnH2n-6, n ³ 6 nguyên II.1.1.2 Bài tập về đồng phân – danh pháp : v Phương pháp viết đồng phân : Bước 1: - Từ CTPT suy ra chất thuộc loại hydrocacbon đã học nào. - Viết các khung cacbon Bước 2 :- Ứng với mỗi khung cacbon, di chuyển vị trí liên kết bội (nếu có), di chuyển vị trí các nhóm thế (nếu có). - Nếu có nối đôi hoặc vòng trong CTCT của chất thì xét xem có đồng phân hình học không. Bước 3 : - Điền Hidro. Lưu ý : làm xong phải kiểm tra lại xem các nguyên tố đã đúng hóa trị chưa. 24 v Bài tập ví dụ : Ví dụ 1 : a) Nêu điều kiện để một phân tử có đồng phân hình học? b) Viết tất cả các CTCT các đồng phân của C5H10; Trong các đồng phân đó, đồng phân nào có đồng phân hình học? Đọc tên các đồng phân đó. GIẢI : a) Điều kiện để một phân tử có đồng phân hình học (đồng phân cis-trans) : Xét đồng phân : C=C a b fd Điều kiện : a ¹ d và b ¹ f - Nếu a > d và b>f (về kích thước phân tử trong không gian hoặc về phân tử lượng M)* ta có đồng phân cis. - Nếu a > d và b<f (*) ta có đồng phân trans b) Các đồng phân của C5H10. - Ứng với CTPT C5H10, chất có thể là penten hoặc xiclopentan. - Các đồng phân mạch hở của penten. CH2 CH CH2 CH2 CH3 penten-1 CH3 CH CH CH2 CH3 penten-2 CH3CH3 C CH CH3 2-metylbuten-2 (3-metylbuten-2 : sai) CH3 CH CH3 CH CH2 3-metylbuten-1 - Xét đồng phân cis-trans : Chỉ có penten-2 mới thỏa điều kiện để có đồng phân hình học ở trên . C=C CH3 H C2H5 H Cis-penten-2 C=C CH3 H H C2H5 Trans-penten-2 Các đồng phân mạch vòng xicloankan xiclopentan CH3 metylxiclobutan CH3 CH3 1,2-dimetylxiclopropan CH2 C CH2 CH3 CH3 2-metylbuten-1 25 C2H5 etylxiclopropan CH3 CH31,1-dimetylpropan Ví dụ 2 : Xác định CTCT của một chất có nhiều đồng phân. Cho biết CTCT của pentan trong các trường hợp sau : a) Tác dụng với Cl2 (askt) tỉ lệ 1:1 cho 4 sản phẩm. b) Khi cracking cho 2 sản phẩm. GIẢI : Đối với loại bài tập này thì làm các bước sau : Bước 1 : Viết tất cả các khung mạch C ứng với CTPT đề bài cho (nháp) Bước 2 : Thực hiện các phản ứng theo đề bài và xác định số sản phẩm. CTCT nào thỏa mãn số sản phẩm đề bài thì ta chọn (nháp) Bước 3 : Xác định lại CTCT vừa tìm được, viết ptpứ chứng minh. (vở) Ứng với pentan C5H12 có các dạng khung C sau : C C C C C C C C C C C C C C C (1) (2) (3) 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 2 3 a) Khi thực hiện phản ứng thế : (1) có 3 vị trí thế (C1, C2, C3) ® tạo 3 sản phẩm (loại) (2) có 4 vị trí thế (C1, C2, C3, C4) ® tạo 4 sản phẩm (nhận) (3) có 1 vị trí thế (C1 hoặc C3) ® tạo một sản phẩm (loại) Vậy CTCT của pentan là (2) : 2-metylbutan (isopentan) Ptpứ : CH3 CHCH2 CH3 CH3 (2) 1 2 3 4 + Cl2 askt CH2Cl CH CH2 CH3 CH3 CH3 CCl CH2 CH3 CH3 CH3 CH CHCl CH3 CH3 CH3 CH CH2 CH2Cl CH3 b) Tượng tự : CTCT của pentan là (3): 2,2-dimetylpropan (neopentan), khi cracking chỉ cho 2 sản phẩm : CH3 C CH3 CH3 CH3 (3) 1 2 3 cracking,to CH2 C CH3 CH3 + CH4 Ví dụ 3 : 26 Viết CTCT của các chất có tên sau và gọi tên lại cho đúng nếu cần : a) 3,3-Diclo-2-etyl propan b) 4-Clo-2-isopropyl-4-metylbuten-2 c) 2-isopropyl penten-1 GIẢI : Đối với loại bài này thì nguyên tắc là từ tên gọi viết CTCT của chất đó. Sau đó xét xem người ta đã gọi tên đúng chưa bằng cách chọn mạch chính, đánh số chỉ vị trí nhánhnếu sai thì gọi tên lại. a) 3,3-Diclo-2-etylpropan CH3 CH CH Cl Cl CH2 CH3 12 3 4 1,1-Diclo-2-metylbutan (tên sai do chọn mạch chính 3C chưa phải là mạch dài nhất) b) 4-Clo-2-isopropyl-4-metylbuten-2 CH3 C CH CH CH CH3 Cl CH3 CH3 1 2 3 4 5 6 c) 2-isopropylpenten-1 CH2 C CH2 CH2 CH3 CH CH3 CH3 CH CH3 CH3 CH2 C CH2 CH2 CH3 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 (i) (ii) Cách đọc tên trên là đúng. Nếu chọn mạch chính là 6C (ii) là sai vì mạch này không chứa nối đôi. v Bài tập tương tự : 1) Viết CTCT của chất X có CTPT C5H8. Biết rằng khi hydro hóa chất X, ta thu được isopren. Mặt khác, chất X có khả năng trùng hợp cho ra cao su tổng hợp. Đọc tên danh pháp IUPAC các đồng phân mạch hở của X 2) Cho aren có CTPT C8H10. viết CTCT và gọi tên các đồng phân của A. 3) Viết CTCT và gọi tên lại cho đúng nếu cần. Xét xem đồng phân nào có đồng phân hình học. a) 1,2- Diclo-1-metyl hexan b) 2,3,3-Tri metyl butan c) 1,4-Dimetyl xiclobutan. c) Diallyl d) 3-allyl-3-metylbuten-1 Cách gọi tên trên sai vì chọn mạch chính sai. Tên đúng là : 5-Clo-2,3-Dimetylhexen-3 27 to e) 2,2,5,5- tetrametylhexin-3 f) 3-metylpentin-1 II.1.2 CHUỖI PHẢN ỨNG – ĐIỀU CHẾ v Phương pháp : 1) Muốn làm bài tập chuỗi phản ứng cần lưu ý : - Mỗi mũi tên chỉ viết một phương trình phản ứng. - Bắt đầu từ phản ứng trong đó có CTCT của một chất ta đã biết chính xác (phản ứng không được sai CTCT của chất) dựa vào các điều kiện phản ứng suy luận tìm ra các chất còn lại. - Xem trong chuỗi có phản ứng nào cắt bớt mạch hay tăng mạch cacbon không. 2) Các phản ứng cắt bớt mạch hoặc cắt đứt mạch cacbon thì dùng các phản ứng : - Cắt bớt mạch thì dùng cách nhiệt phân muối : R – COONa + NaOH(r) ¾¾¾ ®¾ caotCaO, o RH ­ + Na2CO3 - Cách đứt thì dùng phương pháp cracking C4H10 t o C2H4 + C2H6 C3H6 CH4 + 3) Nối dài thêm (tăng mạch) cacbon : dùng một trong hai cách đơn giản của chương trình hóa học phổ thông : a) Trùng hợp : 2HC º CH ¾¾¾¾¾ ®¾ C o 4Cl,100NHCuCl, CH2=CH-C º CH b) Nối hai gốc ankyl : R–Cl + 2Na + R’–Cl ® R–R’ + 2NaCl 3) Bài tập điều chế là một dạng khác của chuỗi phản ứng, ở đây đề bài chỉ cho biết nguyên liệu ban đầu và yêu cầu điều chế một chất nào đó. Để làm được bài này, học sinh phải nhớ và viết các ptpứ trung gian có ghi kèm đầy đủ điều kiện phản ứng. Có nhiều cách điều chế khác nhau với cùng một bài điều chế. Lưu ý : nếu đề bài yêu cầu viết sơ đồ điều chế (hoặc sơ đồ tổng hợp) thì ta chỉ cần viết dưới dạng một chuỗi phản ứng từ nguyên liệu đến sản phẩm, trên các mũi tên có ghi kèm điều kiện phản ứng. * Thành phần chủ yếu của : - Khí thiên nhiên : chủ yếu là Metan (90%), còn lại là etan, propan, butan và một số đồng đẳng cao hơn. - Khí cracking : Hydrocacbon chưa no (C2H4, C3H6, C4H8), ankan (CH4, C2H6, C4H10) và H2. - Khí than đá : chủ yếu là H2(60%), CH4 (25%) còn lại là CO, CO2, N2 - Khí lò cao : CO2, CO, O2, N2, v Bài tập ví dụ : Ví dụ 1 : Chuỗi phản ứng cho biết CTPT các chất : 28 Hoàn thành chuỗi phản ứng sau : C2H5COONa ¾®¾ )1( C2H6 ¾®¾ )2( C2H5Cl ¾®¾ )3( C4H10 ¾®¾ )4( CH4 ¾®¾ )5( CO2 GIẢI : Nhận xét : đề bài đã cho biết CTPT các chất, ta chỉ cần nhớ và viết phản ứng có đầy đủ điều kiện để hoàn thành phản ứng không cần suy luận nhiều. Loại bài này thường được dùng để trả bài hoặc làm bài tập cơ bản trong tiết bài tập. (1) cắt bớt mạch Þ nhiệt phân muối. (3) tăng mạch cacbon Þ nối hai gốc ankyl. Ptpư : (1) C2H5COONa + NaOH (r) ¾¾¾ ®¾ caotCaO, o C2H6 + Na2CO3 (2) C2H6 + Cl2 ¾®¾ kts'a' C2H5Cl + HCl (3) C2H5Cl + 2Na + C2H5Cl ¾®¾ ot C4H10 (4) C4H10 ¾¾ ®¾Cracking CH4 + C3H6 (5) CH4 + 2O2 ¾® CO2 + 2H2O Ví dụ 2 : Đề bài không cho biết CTPT của các chất nhưng cho biết điều kiện phản ứng. + Viết phương trình phản ứng, xác định CTCT các chất : AlC3 + L ® E + X (1) E ¾¾¾ ®¾ lln,1500 O C Y + Z (2) CH3COOH + Y ¾®¾ xt,t o A (3) nA ¾¾ ®¾trunghop B (4) GIẢI : Phân tích đề : Điều kiện phản ứng chính là dấu hiệu suy luận tìm CTCT các chất. - Dựa vào (2) Þ E : CH4 - Y hoặc là C2H2 hoặc H2 (4)A có phản ứng trùng hợp Þ trong phân tử A có C=C; (3) CH3COOH + Y ® A Þ Y là C2H2 và Z : H2. (1) Þ L : H2O; X : Al(OH)3 (3) CH3COOH + C2H2(Y) ® CH3COOCH =CH2 (A) (4) Þ (B) : CH CH2 OCOCH3 n Ptpứ : Al4C3 + 12H2O ® 3CH4 + 4Al(OH)3 2CH4 ¾¾¾ ®¾ lln,1500 O C C2H2 + 3H2 CH3COOH + HC º CH ¾¾ ®¾ + ot,Hg2 CH2=CHOCOCH3 29 Rượu 600oC, cacbon hoaït tính n CH CH2 OCOCH3 nCH2=CHOCOCH3 xt,to,p Ví dụ 3: Đề bài không cho điều kiện phản ứng, chỉ cho biết duy nhất CTPT của một chất + Bổ túc chuỗi phản ứng sau : A ® D + F D ® F + C F + Br2 ® G G + KOH ® J + + J ® B (tam hợp) B + Cl2 ® C6H6Cl6 J + C ® D 2J ® X X + C ® E GIẢI : Nhận xét : giữa các phản ứng đều có mối liên hệ với nhau, mỗi chữ cái ứng với một chất nhất định và các chất không trùng nhau. Ở bài này, từ phản ứng tạo 666, ta tìm được B, dựa vào các dấu hiệu khác, suy luận tìm ra các chất còn lại Phân tích đề : B + Cl2 ® C6H6Cl6 Þ B : C6H6 J ® B Þ J : C2H2 F + Br2 ® G Þ G có hai nguyên tử Brom trong phân tử. Mà G + KOH ® C2H2 (J) Þ G : C2H4Br2 Þ F : C2H4 C2H2(J) + C®D Þ C : H2 và D : C2H6 (D không thể là C2H4 được vì trùng F) D®C2H4(F) + C A ® D(C2H6) + F(C2H4) Þ A : C4H10 Vậy A : C4H10; C:H2 ; D:C2H6 ; F : C2H4; G:C2H4Br2 ; J:C2H2 Ptpứ : C4H10 ¾¾¾ ®¾ otCracking , C2H6 + C2H4 C2H6 ¾®¾ ot C2H4 + H2 C2H4 + Br2 ® C2H4Br2 C2H4Br2 + 2KOH ¾® C2H2 + 2KBr + 2 H2O 3C2H2 C6H6 C6H6 + 3Cl2 ® C6H6Cl6 C2H2 + 2H2 ¾¾ ®¾ CtNi, o C2H6 30 Ví dụ 4 : Viết sơ đồ phản ứng tổng hợp PVC từ đá vôi và than đá. GIẢI : Sơ đồ : CaCO3 CaO CaC2 C2H2 C2H3Cl CH2 CH Cl n 1000oC + C loø ñieän + H2O + HCl truøng hôïp v Bài tập tương tự : Hoàn thành các chuỗi phản ứng sau. Ghi đầy đủ điều kiện phản ứng : 1) Röôïu butylic (1) Butilen Butan Metan axetilen PE Etilen glicol Etilen(2) (3) (4) (5) (6) (7) 2) C2H4 C2H5OH C2H4 Etyl Clorua Etilen glicol PE (1) (2) (3) (4) (5) 3) CH3COONa Al4C3 C3H8 C CH4 CO2 CH3Cl (1) (2) (3) (4) (5) (6) C2H2 4) Ankan A B xt,to D E PP cao su Isopren C CH2 CH3 CH3 n 5) Đá vôi®vôi sống®canxicacbua®axetilen®vinyl axetilen®Divinyl®caosu Buna 6*) 31 CxHy(A) A1 B1 A2 A3 TNT B2 B3 Etylen Đáp án : A: CH4; A1:C2H2 ; A2 :C6H6 ; A3: C6H5CH3; B1:C2H6 ; B2: C2H5Cl; B3: C2H5OH 7*) CxHy(X) X1 X2 cao su Buna X4 (1) (2) + X3 (3) (4) (5) C2H5OH X4 (6) (7) Đáp án : X:C2H2; X1:C4H4 (vinyl axetilen); X2 : C4H6 (Butadien-1,3) ; X3: C6H5CH=CH2; X4: C2H4; X5: C2H5OH 8*) +H2 H2Oxt Buna SBunaN A6 A5A4A3A2A1A to Biết A và A3 có cùng số C. Đáp án : A:C4H10; A1:C2H4; A2: C2H5OH; A3 :C4H6 (Divinyl); A5:C4H8; A6:CH3- CH(OH)-CH3 9*) Từ khí thiên nhiên viết phương trình phản ứng điều chế caosu Isopren, cao su Cloropren, Caosu Buna N, CCl4. Cho các chất vô cơ và điều kiện thí nghiệm coi như đủ. 10) Viết phương trình phản ứng tổng hợp tổng hợp caosu từ chất đầu là isopentan. Các điều kiện phản ứng và các chất vô cơ coi như đủ. 11) Viết phương trình phản ứng điều chế C2H5OH từ khí cracking.