Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net Bài số 1. 1. Thế nào là sự lai hoá sp 3 , sp 2 , sp? 2. Liên kết xichma(σ), liên kết pi(π) là gì? Trên cơ sở sự lai hoá các obitan nguyên tử hãy mô tả sự hình thành các liên kết trong phân tử CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 2 . Bài giải. 1. a. Lai hoá sp 3 : - Xét cho nguyên tử cacbon. Cấu hình electron: 6 C 1s 2 2s 2 2p 2 . Lớp electron ngoài cùng: Tr¹ng th¸i c¬ b¶n Tr¹ng th¸i kÝch thÝch Một obitan 2s tổ hợp với ba obitan 3p tạo ra bốn obitan mới(4 obitan lai hoá sp 3 ) hoàn toàn đồng nhất và có dạng khác với các obitan ban đầu. Bốn obitan lai hoá sp 3 có các trục tạo với nhau một góc 109 0 28' và hướng về bốn đỉnh của một hình tứ diện đều. Sự lai hoá này được gọi là lai hoá sp 3 hay lai hoá tứ diện. z y x 2p z 2p x 2p y 2s 1 0 9 2 8 ' 0 sp 3 b. Lai hoá sp 2 : Một obitan 2s tổ hợp với hai obitan 2p cho ba obitan lai hoá sp 2 hoàn toàn đồng nhất. Ba obitan lai hoá sp 2 này có trục tạo với nhau một góc 120 0 và hướng về ba đỉnh của một tam giác đều. Sự lai hoá này gọi là lai hóa sp 2 hay lai hoá tam giác. sp 2 2p 2p 2s 1 2 0 0 Mỗi nguyên tử C còn một obitan 2p có trục thẳng góc với mặt phẳng chứa 3 obitan lai hoá sp 2 . Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net c. Lai hoá sp: Một obitan 2s tổ hợp với một obitan 2p cho hai obitan lai hoá sp hoàn toàn đồng nhất. Hai obitan lai hoá sp này có trục nằm trên một đường thẳng nhưng hướng về hai phía khác nhau. Sự lai hoá này gọi là lai hoá sp hay lai hoá đường thẳng. 2p 2 s sp Mỗi nguyên tử C còn hai obitan 2p có trục thẳng góc với nhau và thẳng góc với trục của hai obitan lai hoá sp. 2.a. Liên kết xichma(σ): - Liên kết σ được hình thành do sự xen phủ của các obitan dọc theo trục nối hai hạt nhân nguyên tử(xen phủ trục). s - s s p p p v.v b. Liên kết pi(π): - Liên kết π được hình thành do sự xen phủ bên của hai obitan p có trục song song với nhau. Vùng xen phủ nằm ở hai phía của đường thẳng nối hai hạt nhân. p p CH 4 - Nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp 3 . - Bốn obitan lai hoá sp 3 của C xen phủ với 4 obitan s của nguyên tử H tạo thành 4 liên kết σ. H H H H C C H H H H Phân tử có dạng tứ diện đều. C 2 H 4 - Hai nguyên tử C đều ở trạng thái lai hoá sp 2 . - Mỗi nguyên tử C sử dụng một obitan sp 2 để xen phủ với nhau và hai obitan sp 2 còn lại xen phủ với obitan 1s của hai nguyên tử H tạo nên các liên kết σ. Các nguyên tử C và H nằm trong cùng một mặt phẳng. σ σ σ σ Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net C H H H H C Hai nguyên tử C còn hai obitan 2p không tham gia lai hoá có trục song song với nhau và thẳng góc với mặt phẳng chứa các nguyên tử C và H. Hai obitan này xen phủ bên với nhau tạo thành liên kết π. C C H H H H C C H H H H C 2 H 2 - Hai nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp. - Mỗi nguyên tử C sử dụng một obitan lai hoá sp để xen phủ với nhau và obitan sp còn lại xen phủ với obitan 1s của nguyên tử H hình thành nên các liên kết σ. Các nguyên tử C và H nằm trên một đường thẳng. H C H C Mỗi nguyên tử C còn lại hai obitan 2p không tham gia lai hoá, chúng xen phủ bên từng đôi một tạo ra hai liên kết π. H C H C H C H C Ghi chú - Obitan lai hoá có khả năng xen phủ cao hơn so với obitan chưa lai hoá. - Liên kết σ tương đối bền do vùng xen phủ giữa hai obitan tương đối lớn. Liên kết π ít bền do vùng xen phủ giữa hai obitan không lớn. - Liên kết đơn: gồm 1 liên kết σ. Liên kết đôi: gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết π. Liên kết ba: gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π. - Tương tự nguyên tử C, khi tham gia liên kết nguyên tử N cũng có thể ở các trạng thái lai hoá sp 3 (R 1 R 2 R 3 N), sp 2 (RCH = NOH), sp(HC ≡ N), v.v - Do sự xen phủ trục của các obitan khi tạo liên kết đơn(liên kết σ) nên có sự quay tự do xung quanh trục nối hai hạt nhân nguyên tử tạo liên kết mà vẫn bảo toàn liên kết. Liên kết đôi, liên kết ba với sự xen phủ bên của các obitan tạo liên kết π nên làm triệt tiêu sự quay tự do xung quanh trục nối hai hạt nhân nguyên tử tạo liên kết. σ σ σ σ σ π π σ σ σ π Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net Bài số 2. 1. Cho biết kiểu lai hoá và loại liên kết(σ, π) của các nguyên tử trong các hợp chất sau: ClCH 2 - CHO; CH 2 = CH - CN; CH 2 = C = O 2. Cho biết kiểu lai hoá của các nguyên tử C, N, S, Br trong các hợp chất sau: CH 3 - CH 3 ; CH 2 = CH 2 ; CH ≡ CH; C 6 H 6 ; CH 2 = C = CH 2 ; NH 2 OH; H 2 S; BF 4 - ; HO - C ≡ N. Bài giải. 1. Cl CH 2 CH O p sp 3 sp 2 sp 2 sp CH 2 CH C N s p 2 sp 2 sp sp s p 2 C H 2 C O sp 2 2. CH 3 - CH 3 : 33 spsp CC − CH 2 = CH 2 : 22 spsp CC − CH ≡ CH : spsp CC − C 6 H 6 : 2 sp C CH 2 = C = CH 2 : 22 sp sp sp CCC −− NH 2 OH: 3 sp N H 2 S : S p BF 4 - : 3 sp B HO - C ≡ N : C sp - N sp . Bài số 3. 1. So sánh độ dài liên kết: CH 3 CH 2 CH 3 CH CH 3 CH 2 CH 3 C CH a * a' b* b' c* c' a. Giữa (a * , b * , c * ); (a', b', c'). b. CH C C CH CH 2 CH CH CH 2 CH C CH CH 2 m n l Giữa (m, n, l). σ σ π σ π π σ σ σ π π π σ σ Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net 2. So sánh góc liên kết, độ dài liên kết C - C, C - H, độ phân cực của liên kết C←H giữa các chất sau: C 2 H 2 ; C 2 H 4 ; C 2 H 6 Bài giải. 1. a. Do sự lai hoá các obitan của nguyên tử cacbon mà ta có bán kính của cacbon lai hoá: sp spsp CCC >> 23 . Cụ thể: 0 771,0 3 Ar sp C = ; 0 665,0 2 Ar sp C = ; 0 602,0 Ar sp C = → a * > b * > c * và a' > b' > c' (độ bội liên kết càng tăng thì độ dài liên kết càng giảm). Cụ thể: 0 54,1 33 ACC spsp =− ; 0 30,1 22 ACC spsp =− ; 0 20,1 ACC sp sp =− b. Tương tự phần a ta có: n > l > m. c. - Góc liên kết: Vì các nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hoá khác nhau thì góc liên kết khác nhau. 109 28' 0 120 180 0 0 3 sp C 2 sp C sp C Góc liên kết trong C 2 H 6 (C lai hoá sp 3 )< C 2 H 4 (C lai hoá sp 2 ) < C 2 H 2 (C lai hoá sp). - Độ dài liên kết C - C: Độ bội liên kết càng tăng thì độ dài liên kết càng giảm. → C 2 H 2 < C 2 H 4 < C 2 H 6 . - Độ dài liên kết C - H: Do sự lai hoá của nguyên tử cacbon nên: → độ dài liên kết C - H: C 2 H 2 < C 2 H 4 < C 2 H 6 . - Độ phân cực của liên kết C←H: Do ở các trạng thái lai hoá khác nhau thì nguyên tử cacbon có độ âm điện khác nhau. sp spsp CCC χχχ << 23 Cụ thể: 5,2 3 = sp C χ ; 8,2 2 = sp C χ ; 3,3= sp C χ → Độ phân cực của liên kết C←H: C 2 H 6 < C 2 H 4 < C 2 H 2 . c. Xiclohexan - 1(S),3(S) - điol. Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net Bài số 4. Khi cho 2 - brombutan và 2 - metyl - 3 - trimetylamonipentan tác dụng với dung dịch KOH/C 2 H 5 OH thu được những sản phẩm nào? Bài giải. 1. S¶n phÈm phô S¶n phÈm chÝnh CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 - HBr K O H / C 2 H 5 O H CH 3 CH 2 CH CH 3 Br CH CH 3 CH 3 CH + Ghi chú Qui tắc Zaixep. Trong phản ứng tách nucleofin, nhóm X(Br, H 2 O + , ) tách ra cùng với nguyên tử cacbon β bên cạnh có bậc tương đối cao hơn để tạo ra olefin có tương đối nhiều nhóm thế hơn ở hai nguyên tử cacbon mang nối đôi. II' I' H 3 C H CH 3 H CC CH 3 CH 2 H H H CC II I OH C C H 3 CH 2 H Br H OH H H C C H HO H 3 C H H Br CH 3 C OH CH 2 H CH 3 CH H CH Br Trạng thái chuyển tiếp II ổn định hơn I bởi có nhiều nhóm ankyl hơn. Sản phẩm II' bền hơn (nhiệt hiđro hoá 119,54kJ/mol) sản phẩm I'(nhiệt hiđro hoá 126,94kJ/mol). Lập thể phản ứng tách. Qui tắc Ingol: Sự tách lưỡng phân tử chỉ xảy ra dễ dàng khi mà 4 trung tâm phản ứng nằm trong một mặt phẳng và các nhóm thế được tách ra ở dạng trans(vị trí anti) đối với nhau. CH 3 CH 2 CH CH 3 Br K O H / C 2 H 5 O H - HBr CH 3 CH CH CH 3 D¹ng cis hay trans * Xét một đối quang và nhìn dọc theo trục C 2 - C 3 : OH t r a n s - 2 - b u t e n CH 3 H H CH 3 C C CÊu d¹ng bÒn H H CH 3 Br H C H 3 H CH 3 H Br CH 3 H Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net OH cis - 2 - buten CH 3 H CH 3 H C C CÊu d¹ng kÐm bÒn CH 3 H H Br H CH 3 CH 3 H H Br CH 3 H S¶n phÈm Zaixep(phô) S¶n phÈm Hopman(chÝnh) CH 3 CH 2 CHC CH 3 CH 3 - N(CH 3 ) 3 , HOH CH 3 CHCH CH C H 3 CH 3 OH 43 2 1 CH 3 H 3 C CH 3 N CH 3 CH 2 CHCH CH 3 CH 3 2. Qui tắc Zaixep không áp dụng được với X có thể tích lớn, hút electron. Giải thích. - Muốn xét sự tạo thành sản phẩm Zaixep ta nhìn dọc theo trục C 2 - C 3 : C Ê u t r ó c n µ y r Ê t k h « n g b Ò n . OH H CH 2 CH 3 H 3 C CH 3 N CH 3 H CH 3 H 3 C C 3 C 2 S¶n phÈm Zaixep(phô) C C H CH 2 CH 3 H CH 3 - Nhìn dọc theo trục C 3 - C 4 : C C H CH(CH 3 ) 2 CH 3 H CH 3 CH 3 C Ê u t r ó c n µ y b Ò n h ¬ n . OH H CH H 3 C CH 3 N CH 3 H H H 3 C C 3 C 4 S¶n phÈm Hopman(chÝnh) Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net Bài số 5. Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon A ròi hấp thụ hết sản phẩm cháy vào một bình đựng dung dịch Ca(OH) 2 . Sau thí nghiệm thấy khối lượng bình tăng 26,24 gam. Lọc thu được 20 gam kết tủa. Đun sôi nước lọc một thời gian lâu lại thu được 10 gam kết tủa nữa. Khi cho một lượng A bằng đúng lượng đã đốt cháy ở trên với clo ở 300 0 C thu được hỗn hợp C gồm 4 sản phẩm dẫn xuất chứa clo của A là đồng phân của nhau với hiệu suất 100%. Hỗn hợp C có tỉ khối hơi so với H 2 nhỏ hơn 93. Xác định công thức của A và tính thành phần % theo khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp C. Bài giải. Ghi chú Trong phản ứng thế halogen của ankan, thực nghiệm cho thấy, nếu coi khả năng phản ứng của C I - H là 1 thì khả năng phản ứng của C II - H và C III - H như sau: C I - H C II - H C III - H Clo hoá ở 27 0 C 1 3,9 5,1 Clo hoá ở 100 0 C 1 4,3 7,0 Clo hoá ở 300 0 C 1 3,3 4,4 Brom hoá ở 127 0 C 1 82 1600 A + O 2 → 0 t CO 2 + H 2 O Khi dẫn sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH) 2 thì hơi nước ngưng tụ còn CO 2 có phản ứng: CO 2 + Ca(OH) 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O (1) có thể có: 2CO 2 + Ca(OH) 2 → Ca(HCO 3 ) 2 (2) → m bình tăng = OHCO mm 22 + Đun nóng nước lọc lại thu được kết tủa chứng tỏ có (2), vì: Ca(HCO 3 ) 2 → 0 t CaCO 3 ↓ + CO 2 ↑ + H 2 O (3) molxnnn CaCOCaCOCO 4,0 100 10 2 100 20 2 )3()1( )3(),2(),1( 332 =+=+= → ∑ moln OH 48,0 18 44.4,024,26 2 = − =→ OHCO nn 22 < → A là ankan C n H 2n + 2 . C n H 2n + 2 + 2 2 13 O n + → 0 t nCO 2 + (n + 1)H 2 O 48,0 4,0 1 = +n n → n = 5. A : C 5 H 12 . Ta có: C 5 H 12 + nCl 2 → C 5 H 12 - n Cl n + nHCl Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net 3,9 2 5,3472 2 2 / < + == nM d C HC → n = 1, 2, 3. C 5 H 12 n 1 2 3 CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 3 3 > 11 > 10 CH 3 CH C H 2 CH 3 CH 3 Số dẫn xuất clo 4 > 6 > 6 CH 3 C CH 3 CH 3 CH 3 1 2 3 A là: CH 3 CH 3 C H 2 CHCH 3 (n = 1) CH 3 CH 3 CH 2 CHCH 3 Cl 2 , 300 0 C 1 : 1 CH 2 CH C H 2 CH 3 CH 3 Cl CH 3 CCl CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 CH CH CH 3 CH 3 Cl CH 3 CH CH 2 CH 2 Cl CH 3 Khả năng phản ứng với clo của H - C I : H - C II : H - C III = 1 : 3,3 : 4,4 CH 2 CH CH 2 CH 3 CH 3 Cl % = 6.1 6.1 + 2.3,3 + 1.4,4 . 100% = 30 % Tương tự: = 22% % CH 3 CH 3 C H 2 CClCH 3 Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net = 15% % = 33% % CH 3 CH 2 Cl CH 2 CHCH 3 Cl CH 3 C H 3 C H CHCH 3 Đó là % mỗi chất về số mol cũng là % về khối lượng của mỗi chất do chúng có khối lượng phân tử bằng nhau. Bài số 6. Khi cho isobutilen vào dung dịch H 2 SO 4 60%, đun nóng tới 80 0 C thu được hỗn hợp gọi tắt là đi - isobutilen gồm hai chất đồng phân của nhau A và B. Hiđro hoá hỗn hợp này được hợp chất C quen gọi là isooctan. C là chất được dùng để đánh giá nhiên liệu lỏng. C cũng có thể được điều chế bằng phản ứng trực tiếp của isobutilen với isobutan khi có mặt axit vô cơ làm xúc tác. Hãy gọi tên C theo IUPAC và viết các phương trình phản ứng giải thích sự tạo thành A, B, C. Bài giải. H 2 SO 4 → H + + HSO 4 - + CH 3 CH 3 CCH 3 H CH 3 CH 2 C CH 3 (1) CH 3 CH 3 CCH 2 CH 3 CH 3 CCH 3 + CH 3 CH 3 CCH 3 CH 3 CH 2 C CH 3 (2) CH 3 C CH 3 CH 3 CH 2 C CH 3 CH 3 CH 3 C CH C CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 (A) (> 80%) ( < 2 0 % ) (B) CH 3 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CC CH 3 Zaixep - H H ⊕ sinh ra lại quay về (1). Quá trình xảy ra liên tục. δ + δ - δ - δ + [...]... CH3 CH CH3 CH3 CH3 CH3 (A) CH2 C Isooctan(C) 2,2,4 - trimetylpentan (Qui ước có chỉ số octan là 100) Isobutilen vi isobutan khi cú mt axit vụ c lm xỳc tỏc cng to ra C: C ch ca quỏ trỡnh tng t trờn nhng ch khỏc quỏ trỡnh: CH3 CH3 CH3 C CH2 C CH3 + CH3 CH3 CH3 CH CH3 C C CH3 CH3 CH3 H3C CH3 CH2 CH CH3 CH3 (C) + CH3 CH3 sinh ra lại lặp lại (2) Cứ như vậy CH3 C CH3 Bi s 7 Hon thnh phn ng theo dóy bin hoỏ . Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net Bài số 5. Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon A ròi hấp thụ hết sản phẩm cháy vào một bình đựng dung dịch Ca(OH) 2 học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net Bài số 4. Khi cho 2 - brombutan và 2 - metyl - 3 - trimetylamonipentan tác dụng với dung dịch KOH/C 2 H 5 OH thu được những sản phẩm nào? Bài. σ σ σ σ π π σ σ σ π Copyright © Tạp chí dạy và học Hóa học, http://ngocbinh.webdayhoc.net Bài số 2. 1. Cho biết kiểu lai hoá và loại liên kết(σ, π) của các nguyên