Phương pháp giải bài tập Hóa học Lớp 11 - Phần 3

43 - Khi vòng benzen có nhóm thế đẩy electron(gốc ankyl hoặc –OH, –NH2, –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 –NO2, - COOH, - CHO, -SO3H,) 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 : + Br2 Fe Br + HBr Br + HNO3 NO2 Br + H2O H2SO4 * Điều chế meta – bromnitrobenzen : H2SO4 + H2O NO2 + HNO3 NO2 NO2 Br + Br2 Fe + HBr v Bài tập tương tự : 1) Viết phương trình phản ứng của butin-1, butadien-1,3 với H2, Br2, HCl, H2O. 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 H2 và C4H8. Hỏi CTCT của butan là n hay iso? Viết các phương trình phản ứng đã xảy ra? 4) Olefin là gì? Với CTPT CnH2n 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 O2; dd Br2; HCl; dd KMnO4; phản ứng trùng hợp. 44 Hợp chất C6H12 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 AgNO3/NH3 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, to, 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 KMnO4 b) Propylen + AgNO3/NH3 dư c) Styren + dd KMnO4 + Ba(OH)2 d) Axetylen + dd KMnO4_+ H2SO4 e) Propin +dd KMnO4_+ H2SO4 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) CH3CHBr – CHBrCH3 b) CH3CHBr – CBr(CH3)2 c) CH3CHBr – CH(CH3)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 C2H6 C2H4 C2H2 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 CnH2n+2 ¾¾ ®¾ caotxt, o CmH2m + 2 + CxH2x 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 H2, 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 : C7H8 là đồng đẳng của benzen. Khi cho C6H6 và C7H8 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 : C7H8 tham gia phản ứng thế ở nhân dễ hơn so với benzen vì nhóm –CH3 đẩy electron về nhân làm nhân giàu electron hơn. * C6H6 cho 1 sản phẩm : + Br2 Fe Br + HBr * C6H5CH3 cho hỗn hợp hai sản phẩm. + HBr CH3 Fe+ Br2 CH3 BrCH3 Fe + HBr CH3 + Br2 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 dC-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 dC-C trong etan (C-C) là : 1,54Ao Etilen(C=C) : 1,34Ao Axetilen (C º C):1,2 Ao * 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 dC-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 dC-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 1,46Ao 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,to? 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 1000oC 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 1500oC 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 CnH2n+1Br 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 MA : tùy theo giả thiết đề bài cho mà sử dụng các cách tính sau để tìm MA Tìm MA 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 DA (đktc) ÞMA = 22,4 . DA với DA đơn vị g/l 2. Dựa vào tỉ khối hơi của chất hữu cơ A MA = MB . dA/B MA = 29 . dA/KK 3. Dựa vào khối lượng (mA ) của một thể tích VA khí A ở đktc MA = (22,4 . mA)/ VA mA: khối lượng khí A chiếm thể tích VA ở đktc 4. Dựa vào biểu thức phương trình Mendeleep – Claperon: Cho mA (g) chất hữu cơ A hóa hơi chiếm thể tích VA (l) ở nhiệt độ T (oK) và áp suất P(atm) PV = nRT Þ pV mRTM = (R = 0,082 atm/ oKmol) 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. VA = VB => nA = nB Þ B B A A M m M m = => MA = mA B B m M 50 Bước 2 : Đặt CTPT chất A: CxHy 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 mC, mH từ mCO2, mH2O * Tính khối lượng các nguyên tố có trong A và mA (g) chất A. - Xác định C: 22,4 V 12.n.12 44 m 12. )CO (trong mC A) (trong mC CO2CO2 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 mA Þ mA = mH + mA * Xác định CTPT chất hữu cơ A: CxHy Dựa trên CTTQ chất hữu cơ A: CxHy ; 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.%Mx 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 HC == hoặc β:α 1 %H: 12 %Cy:x == - CTĐG nhất : CaHb => CTTN : (CaHb)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 MA 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 dA/KK = 3,93. Xác định CTPT của A GIẢI Bước 1: Tính MA: Biết dA/KK => MA = MKK. dA/KK = 29.3,93 = 114 Bước 2 : Đặt A : CxHy 100 M %H y %C 12x A== à 8 12.100 114.84,21 12.100 .%CMx A === à 18 1.100 114.15,79 1.100 .%HMy A === Suy ra CTPT A: C8H18 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 MA : 1VA = 4VSO2(ở cùng điều kiện ) ÞnA = 4nSO2 Þ 22 2 414 SOASO SO A A MMM m M m =Þ= (A và SO2 có khối lượng tương đương nhau) Þ 16 4 64 4 M M 2SOA === Cách 1 : giải theo phương pháp khối lượng hay % khối lượng : Đặt A : CxHy Bình đựng Ca(OH)2 hấp thụ CO2 và H2O Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O m¯ = mCaCO3 = 1g nCO2 = nCaCO3 = 1/100= 0,01mol ÞnC = nCO2 = 0,01mol ÞmC = 12.0,01=0,12g mCO2 = 0,01.44 = 0,44g rmbình = mCO2 + mH2O ÞmH2O = 0,8-0,44 = 0,36g g m m OHH 04,018 36,02 18 2 2 === ĐLBT khối lượng (A) :mA = mC + mH = 0,12 +0,04 = 0,16 52 Ta có 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 === Vậy CTPT A : CH4 Cách 2 : Biện luận dựa vào điều kiện y £ 2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x ³ 1, nguyên Þ x =1 và y = 4 àCTPT A. Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn 2,64g một hydrocacbon A thu được 4,032 lít CO2 (đktc). Tìm CTPT A? GIẢI * Tìm thành phần các nguyên tố : mC (trong A) = mC (trong CO2) = (4,032/ 22,4)*12 = 2,16g mH = mA – mC = 2,64 – 2,16 = 0,48g C Hm m 2,16 0,48x:y= : = : =3:8 12 1 12 1 Þ CTN : C3H8 Þ CTTN : (C3H8)n Biện luận : Số H £ 2 số C +2 Þ 8n £ 6n + 2 Þ n £ 1 mà n nguyên dương Þn = 1 àCTPT A : C3H8 II.2.1.2) Phương pháp dựa vào phản ứng cháy: Dấu hiệu nhận biết bài toán dạng này : đề bài đốt cháy một chất hữu cơ có đề cập đến khối lượng chất đem đốt hoặc khối lượng các chất sản phẩm (CO2, H2O) một cách trực tiếp hoặc gián tiếp (tức tìm được khối lượng CO2, H2O sau một số phản ứng trung gian). 1) Phương pháp giải: Bước 1 : Tính MA (ở phần II.2.1.1) Bước 2 : Đặt A : CxHy * Viết phương trình phản ứng cháy. OH 2 yxCOO 4 yxHC 22 t 2yx 0 +¾®¾÷ ø ö ç è æ ++ MA(g) 44x 9y mA(g) mCO2 mH2O * Lập tỉ lệ để tính x,y OHCOA A 22 m 9y m 44x m M == hoặc 2puA O CO2 H2O y yx+1 x4 2= = = n n n n 53 A OHA A COA 9m .mM y, 44m .mM x 22 == * Từ đó suy ra CTPT A Một số lưu ý: 1) Nếu đề bài cho: oxi hóa hòan tòan một chất hữu cơ A thì có nghĩa là đốt cháy hòan tòan chất hữu cơ A thành CO2 và H2O 2) Oxi hóa chất hữu cơ A bằng CuO thì khối lượng oxy tham gia phản ứng đúng bằng độ giảm khối lượng a(g)của bình đựng CuO sau phản ứng oxi hóa. Thông thường trong bài toán cho lượng oxi tham gia phản ứng cháy, để tìm khối lượng chất hữu cơ A nên chú ý đến định luật bảo toàn khối lượng mA + a = mCO2 + mH2O 3) Sản phẩm cháy (CO2, H2O) thường được cho qua các bình các chất hấp thụ chúng. 4) Bình đựng CaCl2 (khan), CuSO4 (khan), H2SO4 đặc, P2O5, dung dịch kiềm, hấp thụ nước. Bình đựng các dung dịch kiềmhấp thụ CO2. Bình đựng P trắng hấp thụ O2. 5) Độ tăng khối lượng các bình chính là khối lượng các chất mà bình đã hấp thụ. 6) Nếu bài toán cho CO2 phản ứng với dung dịch kiềm thì nên chú ý đến muối tạo thành để xác định chính xác lượng CO2. 7) Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ với oxy nên để oxy lại cân bằng sau từ vế sau đến vế trước. Các nguyên tố còn lại nên cân bằng trước, từ vế trước ra vế sau phương trình phản ứng. 2) Bài tập ví dụ : Ví dụ 1 : Đốt hoàn toàn 0,58g một hydrocacbon A được 1,76g CO2 và 0,9g H2O. Biết A có khối lượng riêng DA @ 2,59g/l. Tìm CTPT A Tóm tắt : 0,58g X + O2 ® (1,76g CO2; 0,9 g H2O) DA @ 2,59g/l. Tìm CTPT A? GIẢI : * Tìm MA : Biết DA => MA = 22,4.2,59 @ 58 * Viết phương trình phản ứng cháy, lập tỉ lệ để tìm x,y OH 2 yxCOO 4 yxHC 22 t 2yx 0 +¾®¾÷ ø ö ç è æ ++ MA(g) 44x 9y mA(g) mCO2 mH2O