Chương 1 Phần 2 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ HYDROCACBON TRONG CHƯƠNG TRÌNH THPT

Chương 1 Phần 2 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ HYDROCACBON TRONG CHƯƠNG TRÌNH THPT

II.1 – BÀI TẬP GIÁO KHOAI.1.1 BÀI TẬP VỀ CÔNG THỨC CẤU TẠO – ĐỒNG ĐẲNG –

ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP I.1.1.1 Bài tập về đồng đẳng

 Phương pháp :

Có 2 cách xác định dãy đồng đẳng của các hydrocacbon :

- 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  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 :

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 nC = 1 + k = n

nH = 4 + 2k = 2(k + 1) + 2 = 2n + 2

Vậy dãy đồng đẳng farafin là CnH2n+2 (n  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

 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.

 Công thức chung của ankan là CnH2n+2 (n  1)

Cách 3: Metan có CTPT CH4 dạng CnH2n+2  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  n = 2  CTPT ankan C4H10

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.?

 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

II.1.1.2 Bài tập về đồng phân – danh pháp :

 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.

 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.

- Ứng với CTPT C5H10, chất có thể là penten hoặc xiclopentan.

etylxiclopropan C2H5

CH3 CH3 1,1-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 : (3) có 1 vị trí thế (C1 hoặc C3)  tạo một sản phẩm (loại) Vậy CTCT của pentan là (2) : 2-metylbutan (isopentan)

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 nhánh… nếu sai thì gọi tên lại.

Cách đọc tên trên là đúng Nếu chọn mạch chính là 6C (ii) là sai vì mạch này không chứa nối đôi.

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

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.

2) Các phản ứng cắt bớt mạch hoặc cắt đứt mạch cacbon thì dùng các phản ứng :

R – COONa + NaOH(r)CaO,tocaoRH  + Na2CO3

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

Ví dụ 1 : Chuỗi phản ứng cho biết CTPT các chất :

Hoàn thành chuỗi phản ứng sau :

C2H5COONa)1 C2H6)2 C2H5Cl)3 C4H10)4 CH4)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  nhiệt phân muối (3) tăng mạch cacbon  nối hai gốc ankyl.

Viết sơ đồ phản ứng tổng hợp PVC từ đá vôi và than đá.

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.

II.1.3 TÁCH – TINH CHẾ

II.1.3.1 Tách các hydrocacbon :

 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

- 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.

Thu lấy khí anken bay ra (hoặc chiết lấy hồi ankin lỏng hoặc thu lấy ankin khí Benzen và

- Nếu cĩ anken và ankin thì tách ankin trước bằng dd AgNO3/NH3 vì ankin cũng cho phản ứng cộng với dd Br2 như anken.

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

 Thốt ra ngồi là hỗn hợp khí CH4, C2H4, C2H2 được dẫn qua dd AgNO3/NH3 thì C2H2 bị giữ lại trong  C2Ag2, các khí CH4, C2H4 thốt 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 thốt 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:

C2H4Br2 + Zn rượu C2H4 + ZnBr2

 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 :

 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).

 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.

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.

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.

II.1.4 NHẬN BIẾT – PHÂN BIỆT

 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3S(vàng) + H2O

SO2 + Br2 + H2O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)

 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 CO2 + Pd + 2HCl CO2 + Ca(OH)2CaCO3 + H2O

Thứ tự tương đối để nhận biết các hydrocacbon

 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  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  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  CH + 2AgNO3 + 2NH3 AgC  CAg + 2NH4NO3

R – C  CH + AgNO3 + NH3 R – C  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

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)

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

- 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

- 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).

- 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

- 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

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

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 :

- 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

- 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  sẽ bị đứt.

- Phản ứng trùng hợp : cần chú ý các phản ứng trùng hợp 1,4 thường tạo thành cao su.

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  sẽ bị đứt

Ptpứ : xem phần tóm tắt hóa tính (I.2.4/14) b) Tác dụng với HCl (1:1)

Áp dụng quy tắc Maccopnhicop * Propen cộng HCl cho 2 sản phẩm

- Cộng 1,2 hay 3, 4 : tương tự như Divinyl

- Không có phản ứng cộng 1,4 do hai liên kết  không liên hợp - CTCT các polime thu được khi trùng hợp 2 ankadien trên :

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 :

- 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  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 :