Phương pháp giải bài tập Hóa học Lớp 11 - Phần 2

32 II.1.3 TÁCH – TINH CHẾ II.1.3.1 Tách các hydrocacbon : v Nguyên tắc : Tách rời là tách riêng tất cả nguyên chất ra khỏi hỗn hợp bằng cách tách dần từng chất một. Thí nghiệm này khó, đòi hỏi phải chọn hoá chất thích hợp để tách và hoàn nguyên lại chất đó. Sơ đồ : A,B A (nguyeân chaát) BX + X + Y B (nguyeân chaát) XY (loaïi boû) v Phương pháp: * Phương pháp vật lý : - Phương pháp chưng cất để tách rời các chất lỏng hòa lẫn vào nhau, có thể dùng phương pháp chưng cất rồi ngưng tụ thu hồi hóa chất. - Phương pháp chiết (dùng phễu chiết) để tách riêng những chất hữu cơ tan được trong nước với các chất hữu cơ không tan trong nước (do chất lỏng sẽ phân thành 2 lớp) - Phương pháp lọc (dùng phễu lọc) để tách các chất không tan ra khỏi dd. * Phương pháp hóa học : - Chọn những phản ứng hóa học thích hợp cho từng chất để lần lượt tách riêng các chất ra khỏi hỗn hợp, đồng thời chỉ dùng những phản ứng hóa học mà sau phản ứng dễ dàng tái tạo lại các chất ban đầu. - Một số phản ứng tách và tái tạo: Hidrocacbon Phản ứng để tách Phản ứng tái tạo Phương pháp thu hồi Anken c c R-CH=CH2 + Br2 ® R-CHBr-CH2Br R-CHBr-CH2Br ¾¾ ®¾ C o tZn, R-CH=CH2 Thu lấy khí anken bay ra (hoặc chiết lấy anken lỏng phân lớp) Etilen CH2=CH2 CH2=CH2 + H2SO4 ®CH3–CH2OSO3H CH3–CH2OSO3H ¾¾ ®¾ C o tZn, CH2=CH2 +H2SO4 33 Ankin-1 và axetilen R-C º CH 2R-C º CH + Ag2O ¾¾¾ ®¾ C o 3 t,NH 2R-C º CAg + 2H2O R–CºCAg + HCl ® R–CºCH + AgCl¯ Lọc bỏ kết tủa để thu hồi ankin lỏng hoặc thu lấy ankin khí. Benzen và các đồng đẳng của benzen Không tan trong nước và trong các dd khác nên dùng phương pháp chiết để tách. - Nếu có anken và ankin thì tách ankin trước bằng dd AgNO3/NH3 vì ankin cũng cho phản ứng cộng với dd Br2 như anken. v Bài tập ví dụ : Tách riêng từng khí ra khỏi hỗn hợp khí gồm CH4, C2H4, C2H2 và CO2. GIẢI : Nhận xét: CO2 tan trong dd nước vôi trong, CH4, C2H4, C2H2 thì không, nên dùng các phản ứng ở bảng trên để tách: Sơ đồ tách CH4 C2H2 C2H4 CO2 Dd Ca(OH)2 CaCO3 CH4 C2H4 C2H2 Dd AgNO3/NH3 AgC CAg (vaøng) CH4 C2H4 Dd Brom C2H4Br2 Zn C2H4to CH4 to CO2 HCl C2H2 Lời giải và phương trình phản ứng: · Dẫn hỗn hợp khí qua dd Ca(OH)2 dư, thu được ¯ CaCO3 CO2 + Ca(OH)2 ® CaCO3¯ + H2O · Thoát ra ngoài là hỗn hợp khí CH4, C2H4, C2H2 được dẫn qua dd AgNO3/NH3 thì C2H2 bị giữ lại trong ¯ C2Ag2, các khí CH4, C2H4 thoát ra C2H2 + 2AgNO3 (dd) + 2NH3 ® C2Ag2¯ + 2NH4NO3 · Tiếp tục dẫn hỗn hợp khí CH4, C2H4 qua dd nước Br thì C2H4 bị giữ lại, CH4 thoát ra ta thu được CH4­. C2H4 + Br2 ® C2H4Br2 · Tái tạo CO2 bằng cách nhiệt phân kết tủa CaCO3 · Tái tạo C2H2 bằng cách cho kết tủa C2Ag2 tác dụng với dd HCl C2Ag2 + 2HCl ® C2H2­ + 2AgCl¯ · Tái tạo C2H4 bằng cách cho chất lỏng C2H4Br2 tác dụng với Zn/rượu: 34 C2H4Br2 röôïu C2H4 + ZnBr2+ Zn v Bài tập tương tự : Tách rời các khí sau ra khỏi hỗn hợp gồm : a) Benzen, styren, phenol b) NH3, butin-1, butadien và butan c) Khí HCl, butin-1 và butan II.1.3.2 Tinh chế : v Nguyên tắc : Tinh chế là làm sạch hóa chất nguyên chất nào đó bằng cách loại bỏ đi tạp chất ra khỏi hỗn hợp (nguyên chất và tạp chất). v Phương pháp : Dùng hóa chất tác dụng với tạp chất mà không phản ứng với nguyên chất tạo ra chất tan hoặc tạo ra chất kết tủa lọc bỏ đi. Sơ đồ tinh chế : A,B A(nguyeân chaát) BX (loaïi boû) +X Trong đó X là hóa chất ta phải chọn để tác dụng với B để loại B ra khỏi hỗn hợp. v Bài tập ví dụ : Các phương trình phản ứng đều là những phương trình phản ứng quen thuộc đã gặp ở trên. Do đó ở phần hướng dẫn giải chỉ đưa ra các sơ đồ tinh chế. Ví dụ 1 : Tinh chế (làm sạch) Propilen có lẫn propin, propan và khí sunfurơ GIẢI : Lưu ý : SO2 và C3H6 đều làm cho phản ứng với dd Brom nên phải tách SO2 trước rồi mới dùng dd Brom để tách lấy C3H6 ra khỏi hỗn hợp rồi tinh chế. Sơ đồ tinh chế ddAgNO3/NH3 C3H6 C3H4 C3H8 SO2 C3H6,C3H8 SO2 CH3C2Ag dd Ca(OH)2 CaSO3 C3H6 C3H8 ddBr2 C3H8 C3H6Br2 Zn C3H6 Ví dụ 2: 35 Tinh chế C6H6 có lẫn C6H12, C6H5CH3 GIẢI : Sơ đồ : ddBr2 C6H6 C6H12 C6H5CH3 C6H12Br2 C6H6 C6H5CH3 DdKMnO4 C6H6 C6H5COOH Ví dụ 3: Tinh chế Styren có lẫn benzen, toluen, hexin-1. GIẢI : Sơ đồ : C8H8 ZnC8H8Br2 C6H6 C6H5CH3ddBr2 C6H5C CAg C8H8,C6H6 C6H5CH3ddAgNO3/NH3 C8H8 C6H6 C6H5CH3 C5H11C CH v Bài tập tương tự : 1) Tinh chế C3H8 lẫn NO2 và H2S, hơi nước 2) Tinh chế C2H6 lẫn NO, NH3, CO2 3) Làm sạch etan có lẫn etilen và làm sạch etilen có lẫn etan. 4) Làm sạch etan có lẫn axetilen và ngược lại 5) Làm sạch etilen có lẫn axetilen và ngược lại. 36 II.1.4 NHẬN BIẾT – PHÂN BIỆT v Phương pháp: Tổng quát: - Làm thí nghiệm với các mẫu thử + Chỉ dùng những phản ứng đặc trưng của hidrocacbon để nhận biết + Các phản ứng dùng để nhận biết phải đơn giản, dễ thực hiện và dấu hiệu phản ứng quan sát được (màu sắc, ¯, sủi bọt khí, ) - Khi có cả chất hữu cơ và vô cơ nên phân biết chất vô cơ trước, nếu được. Cách nhận biết vài chất khí vô cơ quen thuộc: · CO2, SO2 : làm đục nước vôi trong nhưng SO2 tạo kết tủa vàng khi sục vào dd H2S hoặc làm mất màu nâu đỏ của dd nước Brom. 2H2S + SO2 ¾® 3S¯(vàng) + H2O SO2 + Br2 + H2O ¾® 2HBr + H2SO4 · H2O (hơi) : đổi màu trắng của CuSO4 khan thành xanh · N2, khí trơ : không cháy · NH3 : làm xanh màu quì tím ẩm hoặc tạo khói trắng (NH4Cl) với khí HCl · HCl (khí) : làm quì tím ẩm hóa đỏ hoặc tạo khói trắng với NH3(khí) · HCl (dd) : làm đỏ quì tím , sủi bọt CO2 với CaCO3. · NO : chuyển thành nâu khi gặp không khí (NO + ½ O2 ® NO2­) Đỏ nâu · NO2 : khí màu nâu đỏ · H2 : cho qua CuO nung nóng, CuO chuyển từ màu đen sang màu đỏ. CuO + H2 ¾® Cu + H2O (đen) (đỏ) · CO : cho lội qua dd PdCl2, sản phẩm khí thu được cho sục vào dd nước vôi trong dư thì nước vôi trong bị đục. CO + PdCl2 + H2O ¾® CO2 + Pd + 2HCl CO2 + Ca(OH)2 ¾® CaCO3¯ + H2O Thứ tự tương đối để nhận biết các hydrocacbon Hidrocacbon Thuốc thử Dấu hiệu Phương trình phản ứng Ankin đầu mạch dd AgNO3/NH3 ¯vàng nhạt CHºCH + 2AgNO3 + 2NH3 ® AgCºCAg¯ + 37 2NH4NO3 Dd Br2 màu nâu đỏ Màu nâu đỏ của dd Br2 bị nhạt hay mất màu CnH2n+2-2k + kBr2 ®CnH2n+2Br2k CxHy chưa no (anken, akin, ankadien, ) Dd KMnO4l (tím) Màu tím của dd KMnO4 bị nhạt hay mất màu Benzen & ankan Cl2, a’s’kt Chỉ benzen tạo mù trắng Toluen Dd KMnO4l Mất màu tím C6H5CH3 + 3[O] ¾¾¾ ®¾ 4ddKMnO C6H5COOH + H2O v Những điểm cần lưu ý thêm khi nhận biết các hydrocacbon : 1) Phân biệt anken với các hydrocacbon mạch hở khác có số liên kết p nhiều hơn Bằng cách lấy cùng thể tích như nhau của các hydrocacbon rồi nhỏ từng lượng dd Br2 (cùng nồng độ) vào. Mẫu nào có thể tích Br2 bị mất màu nhiều hơn ứng với hydrocacbon có số liên kết p nhiều hơn. 2) Phân biệt axetilen với các ankin-1 khác - Bằng cách cho những thể tích bằng nhau của các chất thử tác dụng với lượng dư dd AgNO3 trong NH3 rồi định lượng kết tủa để kết luận. CH º CH + 2AgNO3 + 2NH3 ¾® AgC º CAg + 2NH4NO3 R – C º CH + AgNO3 + NH3 ¾® R – C º CAg + NH4NO3 3) Phân biệt ankin-1 với các ankin khác Ankin-1 tạo kết tủa vàng nhạt với dd AgNO3 trong NH3 4) Phân biệt benzen và đồng đẳng khác của benzen Benzen không làm mất màu dd thuốc tím (KMnO4) trong khi các đồng đẳng của benzen làm mất màu hoặc nhạt màu dd thuốc tím. * Nếu hỗn hợp phức tạp nên lập bảng để nhận biết * Lưu ý: từ hiện tượng suy ra chất Vd: Khi làm đục nước vôi trong và tạo ¯ vàng với dd H2S là SO2 (Đ) Khí SO2 làm đục nước vôi trong và tạo ¯ vàng với dd H2S là SO2 (Đúng về mặt khoa học nhưng khi nhận biết như vậy là sai qui tắc) v Bài tập ví dụ : Nhận biết các lọ khí mất nhãn : 38 Bài 1: a)N2, H2, CH4, C2H4, C2H2 b) C3H8, C2H2, SO2, CO2. GIẢI : a) N2, H2, CH4, C2H4, C2H2 Có 3 cách giải : Cách 1 : Nhận xét: - N2 : không cho phản ứng cháy - H2 : phản ứng cháy, sản phẩm cháy không làm đục nước vôi trong - CH4 : phản ứng cháy, sản phẩm cháy làm đục nước vôi trong - Các khí còn lại dùng các phản ứng đặc trưng để nhận biết. Tóm tắt cách giải: - Lấy mỗi khí một ít làm mẫu thử. - Dẫn lần lượt các khí đi qua dd AgNO3/NH3. Khí nào tạo được kết tủa vàng là C2H2 ddAgNO3/NH3 + H2OAgC CAgAg2O+C2H2 (vaøng) - Dẫn các khí còn lại qua dd nước Brôm (màu nâu đỏ). Khí nào làm nhạt màu nước brom là C2H4 H2C=CH2 + Br2 ® BrH2C–CH2Br - Lần lượt đốt cháy 3 khí còn lại. Khí không cháy là N2. Sản phẩm cháy của hai khí kia được dẫn qua dd nước vôi trong. Sản phẩm cháy nào làm đục nước vôi trong là CH4. Mẫu còn lại là H2. CH4 + 2O2 ® CO2 + 2H2O CO2 + Ca(OH)2 ® CaCO3¯ + H2O H2 + ½ O2 ® H2O Cách 2 : - Dẫn 5 khí trên lần lượt qua dd Brom, có 2 khí làm mất màu dd nước Brom (nhóm 1) gồm C2H4 và C2H2. 3 khí còn lại không có hiện tượng gì thoát ra ngoài (nhóm 2) gồm CH4 và CO2, H2. - Sau đó nhận biết các khí trong mỗi nhóm trên tương tự cách 1. Cách 1 tối ưu hơn cách 2. b) C3H8, C2H2, SO2, CO2. Nhận xét: Có 3 cách : Cách 1 : - Dẫn bốn khí trên lần lượt qua dd nước vôi trong dư. Có 2 khí làm đục nước vối trong (nhóm 1) và 2 khí kia không làm đục nước vôi trong (nhóm 2). 39 - Cho 2 khí ở mỗi nhóm lần lượt qua dd nước Brom. Khí ở nhóm 1 làm mất màu nâu đỏ của dd Brom là SO2 và khí ở nhóm 2 cũng có hiện tượng như vậy là C2H2. Hai khí còn lại là CO2 và C3H8. Cách 2 : - Dùng phản ứng đặc trưng để nhận biết. - Thứ tự nhận biết C2H2, SO2, CO2, C3H8 Cách 3 : - Dẫn 4 khí trên lần lượt vào dd Brom, có 2 khí làm mất màu nâu đỏ của dd Brom (nhóm 1) và 2 khí kia không có hiện tượng gì (nhóm 2). - Dẫn lần lượt 2 khí ở nhóm 1 qua dd AgNO3/NH3. Khí nào tạo kết tủa vàng nhạt là C2H2, khí còn lại là SO2. - Dẫn lần lượt 2 khí ở nhóm 2 qua dd nước vôi trong. Khí nào làm đục nước vôi trong là CO2, còn lại là C3H8. Vậy có nhiều cách để giải bài này nhưng cách 2 là tối ưu hơn cả. v Bài tập tượng tự : 1) Chỉ dùng 1 thuốc thử nhận biết 3 chất lỏng: benzen, toluen, styren 2) Pentan, penten-1, pentin-1, dd AgNO3, nước, dd NH4OH, nước Br, dd HCl, dd HI (chỉ sử dụng quì tím) 3) Chỉ dùng 1 hóa chất nhận biết : n-butan, buten-2, butadien-1,3 , vinylacetylen. 4) Nhận biết : n-hexan, hexen-2, hexen-1, n-heptan, toluen, styren và benzen 5*) Nhận biết các lọ mất nhãn sau : a) Khí etan, etylen, acetylen (bằng 2 cách) b) Khí metan, etylen, SO2, NO2 và CO2. 40 II.1.5 BÀI TẬP VIẾT PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG GIỮA CÁC CHẤT Những chú ý khi làm loại bài tập này : - Phải nắm vững các phản ứng hóa học của các hydrocacbon. - Nhớ các điểm đặc biệt trong các phản ứng, ví dụ : · Ankan : - Phản ứng thế : từ C3 trở lên nếu thế với Cl2 (askt, 1:1) sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm là đồng phân của nhau. - Phản ứng cracking : chỉ có ở ankan từ C3 trở lên. - Phản ứng Đềhidro hóa đôi khi cũng được gọi là phản ứng cracking nhưng xúc tác là Ni,to - Lưu ý : phản ứng cộng H2 và đề H2 đều có xúc tác là Ni,to . · Xicloankan : - Vòng C3, C4 chỉ có phản ứng cộng mở vòng không có phản ứng thế. Vòng C5 trở lên không có phản ứng cộng chỉ có phản ứng thế. · Aken, ankadien, ankin : - Phản ứng cộng : nếu tác nhân bất đối cộng với anken bất đối thì sản phẩm chính được xác định theo quy tắc Macopnhicop. Chú ý đến số sản phẩm. - Đối với ankin thì cần chú ý đến xúc tác để biết 1 hoặc 2 liên kết p sẽ bị đứt. - Phản ứng trùng hợp : cần chú ý các phản ứng trùng hợp 1,4 thường tạo thành cao su. · Aren : - Cần chú ý đến quy tắc thế vào vòng benzen. v Bài tập áp dụng : Bài 1: a) Viết phương trình phản ứng khi cho propen, propin, divinyl tác dụng với Br2 theo tỉ lệ mol 1: 1. b) Hỏi khi cho 3 chất trên tác dụng với HCl (có xt) theo tỉ lệ 1: 1 thì thu được những sản phẩm gì? Gọi tên chúng c) Hãy cho biết CTCT và tên gọi của sản phẩm khi cho isopren và pentadien-1,4 tác dụng với dung dịch Br2, HCl theo tỉ lệ mol 1: 1. Viết CTCT của polime thu được khi trùng hợp 2 ankadien cho trên GIẢI : a) Phản ứng cộng giữa hydrocacbon không no với tác nhân đối xứng thì tương đối đơn giản. Tùy vào tỉ lệ số mol mà 1 hoặc 2 kiên kết p sẽ bị đứt. Ptpứ : xem phần tóm tắt hóa tính (I.2.4/14) b) Tác dụng với HCl (1:1) 41 Áp dụng quy tắc Maccopnhicop * Propen cộng HCl cho 2 sản phẩm CH3 CH CH2 + HCl CH3 CH Cl CH3 CH3 CH2 CH2Cl 2-Clopropan (spc) 1-Clopropan (spp) * Propin cộng HCl tạo 2 sản phẩm CH3 C CH + HCl CH3 C Cl CH2 CH3 CH CHCl 2-Clopropen (spc) 1-Clopropen-1(spp) * Divinyl thì có 2 hướng cộng - Cộng 1,2 (hay 3,4) thì tạo 2 sản phẩm CH2 CH CH CH2 + HCl CH2 CH CH Cl CH3 CH2 CH CH2 CH2Cl 3-Clobuten-1 4-Clobuten-1 - Cộng 1,4 tạo 1 sản phẩm duy nhất CH2 CH CH CH2 + HCl CH3 CH CH CH2Cl 1-Clobuten-2 c) CTCT và tên gọi của sản phẩm khi cho * Isopren tác dụng với HCl (1:1) - Cộng 1,2 tạo 2 sản phẩm + HClCH2 C CH CH3 CH2 2 3 4 CH3 CCl CH3 CH CH2 CH2Cl CH CH3 CH CH2 3-Clo-3-metylbuten-1 4-Clo-3-metylbuten-1 - Cộng 3,4 tạo 2 sản phẩm 42 + HClCH2 C CH CH3 CH2 2 3 4 CH2 C CHCl CH3 CH3 CH2 C CH2 CH3 CH2Cl 3-Clo-2-metylbuten-1 4-Clo-2-metylbuten-1 - Cộng 1,4 tạo 2 sản phẩm + HClCH2 C CH CH3 CH2 4 CH2Cl C CH CH3 CH3 CH3 C CH CH3 CH2Cl 1-Clo-2-metylbuten-2 1-Clo-3-metylbuten-2 * Pentadien-1,4 tác dụng với HCl (1:1) - Cộng 1,2 hay 3, 4 : tương tự như Divinyl - Không có phản ứng cộng 1,4 do hai liên kết p không liên hợp. - CTCT các polime thu được khi trùng hợp 2 ankadien trên : CH2 C CH CH3 CH2n TH1,2 CH2 C CH3 CH=CH2 n CH2 C CH CH3 CH2n TH3,4 CH2 CH CCH3 CH2 n CH2 C CH CH3 CH2 TH1,4 n CH2 C CH CH3 CH2 CH2 CH CH2 CH CH2 n TH1,2 CH2 CH CH2 CH CH2 n - Pentadien-1,4 không có sản phẩm trùng hợp 1,4 do không có 2 liên kết p liên hợp. Bài 2 : a) Phát biểu quy tắc thế ở vòng benzen. b) Từ benzen viết phương trình phản ứng điều chế ortho-bromnitrobenzen và meta- Bromnitrobenzen (ghi rõ điều kiện phản ứng). GIẢI : a) Quy tắc thế ở vòng benzen :