sáng kiến kinh nghiệm so sánh nhiệt độ sôi các hợp chất hữu cơ

sáng kiến kinh nghiệm hóa học hay 2017hướng dẫn so sánh nhiệt độ sôi, qui tắc tự đặt ra để so sánh nhiệt độ sôi của một số chất hữu cơtài liệu có ý nghĩa lớn đến bồi dưỡng học sinh giỏi hóa họcgóp phần cho các học sinh giỏi, giáo viên trong việc nghiên cứu, tìm tài liệu

Sáng kiến kinh nghiệm

" một số qui luật ảnh hởng đến nhiệt độ sôi

của các chất"

Giỏo viờn : Vũ Thị Luyến

Tổ : Húa -Tin

Năm học: 2015- 2016

A PHầN Mở ĐầU

i đặt vấn đề

Trong học tập hoá học, việc giải bài tập có một ý nghĩa rất quan trọng Ngoài việc rèn luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động; bài tập hoá học còn đợc dùng để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng về hoá học Thông qua giải bài tập, giúp học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh, sáng tạo, bồi dỡng hứng thú trong học tập Qua quá trình giảng dạy, nghiên cứu tìm tòi trong các đề thi HSG tỉnh, HSG quốc gia nhiều năm và việc tham khảo nhiều tài liệu, tôi đã nhận thấy bài toán so sánh nhiệt độ sôi của một số hợp chất hữu cơ khá đa dạng , nhng việc vận dụng và khái quát nó thành một dạng bài

tập thì cha đợc đề cập nhiều trong các tài liệu tham khảo và khi tiến hành hớng dẩn học sinh giải quyết vấn đề thì học sinh cha tiếp cận giải bài tập từ một mảng lí thuyết cụ thể

Chính vì vậy, tôi mạnh dạn viết đề tài :" Nghiên cứu một số qui luật ảnh hởng đến nhiệt độ

sôi của các chất ", nhằm đa ra một số qui luật mang tính khái quát hơn trong việc vận dụng giải bài

tập liên quan đến vấn đề nhiệt độ sôi của một số hợp chất hữu cơ Thông qua đó tôi muốn giới thiệu với các đồng nghiệp và học sinh một số qui luật tôi đã vận dụng để giải bài tập có hiệu quả

Đề tài này đợc viết trên cơ sở dựa vào giá trị nhiệt độ sôi của một số chất cụ thể ,từ đó rút

ra và khái quát lên một số qui luật và vận dụng các qui luật này để giải quyết một số bài tập liên quan khác

II MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ

1 Mục đớch

 Đa ra một số qui luật phù hợp giữa thực nghiệm và lí thuyết nhằm giúp học sinh vận dụng giải một số bài toán

 Kiểm tra và củng cố được nhiều kiến thức hơn về bản chất hóa học của các vấn đề liên quan

 Cung cấp cho học sinh một số vấn đề lí thuyết liên quan

2 Nhiệm vụ

* Nghiờn cứu cỏc tài liệu cú liờn quan đến vấn đề nhiệt độ sôi

* Nghiờn cứu cơ sở lý luận của những yếu tố ảnh hởng đến nhiệt độ sôi của các chất

* Dần xõy dựng, lựa chọn, sắp xếp hệ thống cõu hỏi từ mức độ dễ đến khó có vận dụng từng qui luật ảnh hởng Bước đầu nghiờn cứu việc sử dụng trong việc bồi dỡng HSG

*Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở đội tuyển HSG hóa lớp 11, 12 của trờng

III PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU

Trong quỏ trỡnh nghiờn cứu đề tài tụi đó sử dụng cỏc phương phỏp nghiờn cứu sau:

1 Nghiờn cứu lý luận

* Đọc và nghiên cứu kĩ giá trị thực nghiệm nhiệt độ sôi từ SGK và một ssoos tài liệu.

*Nghiờn cứu cỏc vấn đề lý thuyết, bài tập cú liờn quan đến đề tài

2 Điều tra cơ bản

 Trao đổi ý kiến với cỏc đồng nghiệp

 Thăm dũ ý kiến của học sinh sau khi sử dụng đề tài trong quỏ trỡnh thực nghiệm

3 Thực nghiệm sư phạm và xử lý kết quả

 Xỏc định nội dung, kiến thức, kỹ năng của việc việc vận dụng vào từng bài tập

cụ thể

 Thực nghiệm kiểm tra, đỏnh giỏ phương phỏp giải bài tập thụng qua bài kiểm tra

đó được chuẩn bị trước cho học sinh

 Xử lý kết quả bằng phương phỏp thống kờ

B phần nội dung

I cơ sở lí thuyết

Nhiệt độ sôi của các hợp chất hữu cơ là nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hòa trên bề mặt chất lỏng bằng áp suất khí quyển

Các yếu tố ảnh hởng đến nhiệt độ sôi của các chất hũ cơ nghĩa là ảnh hởng đến lực hút giã các phân tử ,gồm có :

- Phân tử khối ( M )

- Liên kết Hiđrô ( H )

- Lực hút Van Der Waals

- Mô men lỡng cực của phân tử ( à)

1 Liên kết H

Liên kết H giúp các phân tử ràng buộc lại với nhau chặt chẻ hơn ,nên cần nhiều năng lợng hơn

để tách các phân tử ra khỏi mạng tinh thể

Chú ý:

Ta có thể khái quát các trờng hợp có liên kết H bằng công thức sau:

X - H Y ( X , Y có thể giống hoặc khác nhau)

Điều kiện cần để hình thành liên kết H nh trên là X phải có khả năng hút e làm cho liên kết X-H phân cực mà cha đứt ra thành ion , Y phải có cặp e cha sử dụng, ngoài ra bán kính nguyên

tử của X, Y phải không đợc quá lớn Vì vậy ta thờng gặp liên kết H trong trờng hợp mà X, Y là:

F , O , N

VD: Liên kết H giữa các phân tử ancol

R O H

H O R

H O R

Nếu X là C mà có các nhóm thế hút e thì có thẻ tạo thành liên kết H ( Vd: CHCl3 )

Liên kết H có thể xuất hiện giữa 2 phân tử hoặc trong 1 phân tử ( gọi là liên kết H nội phân tử) nếu X- H và Y ở gần một mức nhất định

VD:

O

H

O

O

F

H

C

O

H

Liên kết H thuộc loại liên kết yếu , năng luợng liên kết H nhỏ hơn liên kết CHT bình thờng hàng chục lần ( Vd: O-H O 6kcal/mol ; H-O 110,6 kcal / mol )

2 Lực hút Van der Waals (VDL )

a, Định nghĩa : Lực hút VDL là lực hút tĩnh điện giữa các phân tử do sự phân cực tạm thời trong phân tử

b.Phân loại

- Lực định hớng : Xuất hiện rong các phân tử có cực nh HCl

- Lực cảm ứng :Các phân tử có cực và không cực nh dẫn xuất halogen

-Lực khuyếch tán :Các phân t không cực

Lực hút VDL thuộc loại lực tơng tác yếu ảnh hởng đến nhiệt độ sôi tơng tự lực liên kết H

3, Mô men l ỡng cực : Xuất hiện khi các phân tử có sự phân bố điện tích không đều nghĩa là

điện tích âm và điện tích dơng không trùng nhau,nên xuât hiện lỡng cực gồm hai điện tích trái dấu Độ phân cực biểu thị bằng moomen lỡng cực

Mô men lỡng cực nằm trong phần lực liên kết VDL

II Một số qui luật ảnh hởng đến nhiệt độ sôi của các chất

1) Trong cùng dãy đồng đẳng t o

s tỉ lệ thuận với khối lợng mol ( M)

 M tăng → to s tăng

VD1: Trong dãy ankan mạch không nhánh

VD2: Trong dãy xicloankan không nhánh

VD3: Trong dãy đồng đẳng của ancol etylic

64,7 oC 78,3oC 97,2oC 117,3oC

nhánh, nhiều nhánh có t o

s thấp hơn ít nhánh Tuy nhiên nếu có số nhánh nh nhau nhng sự phân nhánh dẫn đến sự làm tăng tính đối xứng của phân tử thì t o

s sẽ cao hơn.

VD1: So sánh to s các đồng phân của C6H14

CH3CH2CH2CH2CH2CH3 69oC

CH3-CH-CH2CH2CH3 60,3oC CH3-CH2-CH-CH2CH3 63,3oC

CH3 CH3

CH3

CH3- CH - CH-CH3 58oC CH3- C - CH2-CH3 49,7oC

CH3 CH3 CH3

3) Đối với các chất có đồng phân cis- trans ( Vd: 1số anken ) thì t o

s (cis) > t o

s (trans) do mômen lỡng cực ở phân tử dạng trans thấp hơn→ lực hút lỡng cực giảm → t o

s thấp hơn ( Lu ý: t o nc thì ngợc lại )

VD:

cis-but-2-en 3,7oC Trans-but-2-en 0,9oC cis-pent-2-en 37oC trans-pent-2-en 36oC

4) Nhiệt độ sôi của anken không khác nhiều so với ankan tơng ứng và thờng nhỏ hơn xicloankan tơng ứng.

VD:

C2H6 -89oC C3H8 -42oC C2H4 -105oC C3H6 -48oC

Xiclopropan -33oC

5) Anken và ankin có liên kết bội ở đầu mạch có t o

s cao hơn ankan, anken tơng ứng và thấp hơn đồng phân có liên kết bội ở trong mạch.

VD: But-1-in CH≡ C-CH2-CH3 : 8oC ; But-2-in CH3-C≡ C-CH3 : 27oC

CH2=CH-CH2-CH3 : -6 oC ; CH3-CH2-CH2-CH3 :- 0,5 oC

6) Nếu trong một chất có tồn tại liên kết hiđro giữa các phân tử thì t o

s ( cũng nh t o

nc ) của chất đều tăng vì các phân tử trong chất đó đã bị ràng buộc với nhau thành những phân tử lớn hơn Và t o

s cao hơn nhiều so với các chất không có liên kết hiđro có phân tử khối M tơng

đơng.

VD: Nớc , ancol , phenol, amoniac , amin bậc 1 , amin bậc 2 , axit cacboxylic là những chất chịu sự chi phối này

VD1: So sánh nhiệt độ sôi của metanol với 1 số hợp chất khác có M tơng đơng mà không có liên kết H

CH3OH (M= 32) C2H6 (M= 30) CH3F ( M= 34)

65oC - 89oC -78oC

VD2: So sánh từng cặp chất có lk H và không có lkH

7) Nếu giữa các phân tử tạo thành liên kết H càng bền thì càng làm tăng nhiệt độ sôi của chất đó.

 ở các phenol , giữa cặp electron p trên ngtử O của nhóm OH và hệ thống eπ của nhân thơm

sự liên hợp ( p-π ) Sự dịch chuyển mật độ e vào phía nhân thơm đã khiến cho liên kết O-H ở phenol phân cực hơn ở ancol Do đó phenol tạo các liên kết H mạnh hơn ở ancol → t o

s (phenol)

> t o

s (ancol)

VD: C6H5-OH 41oC , C6H11-OH 25,5oC

 ở axit cacboxylic cũng có liên kết H bền hơn ở ancol vì nhóm O-H phân cực mạnh hơn , không những thế khác với ancol, axit cacboxylic thờng tạo ra những đime vòng và cả dạng polime → t o s (axit cacboxylic) > t o s (ancol)

O

R C

VD: CH3COOH 118,2oC , C2H5OH 78,3oC

 Liên kết hiđro N-H N yếu hơn liên kết hiđro O-H O nên điểm sôi của amin thấp hơn của ancol có M tơng đơng

VD: CH3NH2 ( -6,5oC) < CH3OH ( 65oC )

 Ancol có bậc càng cao càng có nhiều nhóm ankyl đẩy e thì sự phân cực của liên kết O-H càng giảm → liên kết H giữa các phân tử ancol càng kém bền → t o

s giảm.

VD: CH3CH2CH2OH (92,7oC) > CH3CHOHCH3 (82,3oC )

8) Trong khi liên kết H giữa các phân tử làm tăng t o

s của chất thì liên kết H nội phân tử lại không gây ảnh hởng đợc nh vậy ( thờng sẽ làm giảm t o

s )

 Nếu 2 nhóm thế trong vòng benzen không có liên kết H thì 2 đồng phân o- , p- nói chung có

t o s gần nh nhau Nhng nếu 2 nhóm thế đó có liên kết H thì đồng phân o- ( có liên kết H nội phân

tử ) luôn có t o

s thấp hơn so với đồng phân p- ( có liên kết H giữa các phân tử )

VD:

O

NH2 H

tos = 145o C

O

NH2

tos

H

= 174oC

( phân tử có liên kết H nội phân tử ) ( phân tử có liên kết H liên phân tử )

9) Đa một nhóm thế đơn giản vào vòng benzen sẽ làm tăng nhiệt độ sôi Còn đa 2 nhóm thế vào vòng benzen , nếu chúng tạo liên kết hiđro nội phân tử thì nhiệt độ sôi sẽ thấp hơn các

đồng phân tạo liên kết hiđro liên phân tử.

VD : C6H5-Y ( với Y là các nhóm thế khác nhau )

10) Đối với dẫn xuất R-X , nếu không có liên kết H , nhiệt độ sôi sẽ càng cao khi X hút e càng mạnh → à càng lớn.

to s = 78 oC to s = 103 oC to s = 131 oC

L

u ý : Anđehit và xeton ở dạng nguyên chất không có liên kết H liên phân tử , nhng ở trạng thái

dung dịch có liên kết H với nớc

III.Một số bài tập

Câu 1:

a) HF có à (D) = 1,91 và to s = 19,34 oC

C2H5-F có à (D) = 1,80 và to s = - 37,7 oC

Tại sao lại có sự khác biệt này?

b) Hai amin có cùng phân tử khối là (CH3)3 N và CH3CH2CH2NH2 1 chất sôi ở 49oC , chất còn lại sôi ở 3oC Hỏi chất nào sôi ở nhiệt độ nào?

Câu 2: So sánh nhiệt độ sôi của các chất sau và giải thích ?

n- hexan (1) , iso butan (2) , 3-metylpentan (3) và 2,3-đimetyl butan (4)

Câu 3: Sắp xếp theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi của các chất sau:

a) C2H5OH , CH3-O-CH3 , CH3CH2CH2OH , C2H5Cl , CH3COOH

OH

OH

OH

C2H5OH , ,

,

( Đề thi HSG khối 11 /2009-2010 -Sở GD-ĐT Hà Tĩnh)

Câu 4 : Đối với những hợp chất tơng tự thì hợp chất có khối lợng phân tử lớn hơn thờng có to s cao hơn Vậy tại sao H2S lại có to s thấp hơn của H2O ?

to s (H2S ) = 61 oC , to s (H2O ) = 100 oC

,CH3CH2COOH , CH3CH2CH2COOH Chất nào có nhiệt độ sôi thấp nhất? Vì sao?

Câu 6 : Cho biết từng cặp chất sau , chất nào có nhiệt độ sôi cao hơn? giải thích ?

a) CH3COOH và CH3CHO

b) C2H5OH và C2H5Br

c) CH3COOH và CH3COOC2H5

Câu 7: Sắp xếp theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi của các chất sau ? giải thích ?

a) CH3NH2 , CH3OH , CH3-CH3

b) n-C4H9NH2 , n-C4H9OH , C2H5N(CH3)2

Câu 8: Giải thích

a) ancol butylic (to s =117,4 oC ) > iso-butylic (to s =108 oC ) > sec butylic (to s =100 oC) > tert butylic (to s =83 oC )

b) cis-but-2-en (to s = 3,7 oC) > trans-but-2-en (to s = 0,88 oC)

Câu 9: Cho các chất sau:

Butan , propylamin , trimetylamin , ancol propylic , isobutan

Sắp xếp các chất trên theo trình tự nhiệt độ sôi tăng dần ?

Câu 10: Cho biết nhiệt độ sôi của chất X là 36oC , chất Y là 28oC , chất Z là 9,4oC Vậy X , Y ,

Z là chất nào : neopentan , isopentan hay pentan ?

Câu 11 : Giải thích tại sao sự chênh lệch về to s giữa isobutan ( -10,2 oC) và (CH3)3N (+ 3,5oC ) nhỏ hơn nhiều so với sự chênh lệch về to s giữa n-butan ( -0,5 oC) và n- propylamin (48,7oC ) ?

Câu 12 : Giải thích tại sao?

OH

; CH3 C CH3

O

; CH3 C

CH3

CH2

to

s = 82oC 57oC -7oC

Câu 13 :Giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi trong dãy chất sau:

CH3 C2 H5 OH OCH3

80oC 110oC 136oC 182oC 155oC

Câu 14: Giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi trong dãy chất sau:

a)

NO2

OH

NO2

OH

NO2

Cl

214oC 279oC 239oC

b)

N (1) ;

N

S

N H

(3) ;

H

(4)

115oC 117oC 256oC 187oC

N N

sôi tăng dần?

iV Hớng dẫn trả lời

Câu 1 : Chất có liên kết H thì to s cao hơn

a) HF có lk H , C2H5-F không tạo lkH

b) (CH3)3 N không tạo lkH , CH3CH2CH2NH2 tạo lkH

Câu 2 : to s giảm dần theo mức độ phân nhánh , cùng số nhánh thì chất đối xứng hơn có t o s cao hơn → 1 > 3 > 2 > 4

Câu 3: a) ancol , axit có lkH nhng ở axit bền hơn→ to s cao hơn , cùng chức ancol so sánh M , nhóm không có liên kết H thì dựa vào độ phân cực hoặc M để so sánh

CH3-O-CH3 < C2H5Cl < C2H5OH < CH3CH2CH2OH < CH3COOH

b) Các hợp chất thuộc loại phenol và ancol có liên kết H nhng phenol có to s cao hơn , ở vòng benzen có 2 nhóm OH kề nhau tạo đợc liên kết H nội phân tử → to s thấp hơn vòng benzen có 2 nhóm OH ở vị trí para( tạo liên kết H liên phân tử ), vòng có 1 nhóm OH có to s thấp hơn vòng có

2 nhóm OH

→ isobutan < butan < etanol < phenol < 1,2-đihiđroxyl benzen < 1,4 đihiđroxyl benzen

Câu 4: Do H2O có lk H , H2S không tạo lkH

Câu 5: ancol , axit có liên kết H nên to s cao hơn , este không tạo liên kết H nên t o s thấp hơn , este có M càng lớn to s càng cao → HCOOCH3 có t o s thấp nhất.

Câu 6: Chất có liên kết H thì to s cao hơn

a) CH3COOH > CH3CHO

b) C2H5OH > C2H5Br

c) CH3COOH > CH3COOC2H5

Câu 7: Amin bậc 1 và ancol có liên kết H còn amin bậc 3 , ankan không có liên kết H

Tuy vậy liên kết hiđro N-H N yếu hơn liên kết hiđro O-H O nên điểm sôi của amin thấp hơn của ancol có M tơng đơng

a) CH3-CH3 < CH3NH2 < CH3OH

b) C2H5N(CH3)2 < n-C4H9NH2 < n-C4H9OH

Câu 8:

a) ancol butylic (to s =117,4 oC ) > iso-butylic (to s =108 oC ) > sec butylic (to s =100 oC) > tert butylic (to s =83 oC ) do: Ancol có bậc càng cao càng có nhiều nhóm ankyl đẩy e thì sự phân cực của liên kết O-H càng giảm → liên kết H giữa các phân tử ancol càng kém bền → t o

s giảm

iso-butylic cùng bậc 1 với ancol iso-butylic nhng có nhánh nên làm t o

s thấp hơn.

b) cis-but-2-en (to s = 3,7 oC) > trans-but-2-en (to s = 0,88 oC) do: momen lỡng cực của phân tử dạng trans bị triệt tiêu (à = 0 ) , nên phân tử không phân cực , lực hút lỡng cực giảm → to s giảm, còn ở dạng cis có à ≠ 0

Câu 9:

Amin bậc 1 và ancol có liên kết H còn amin bậc 3 , ankan không có liên kết H

Tuy vậy liên kết hiđro N-H N yếu hơn liên kết hiđro O-H O nên điểm sôi của amin thấp hơn của ancol có M tơng đơng

Cùng đồng phân ankan thì ankan có nhánh có to s thấp hơn , các chất không có liên kết H thì so sánh M

→ isobutan < Butan < trimetylamin < propylamin < ancol propylic

Câu 10:

Trong dãy ankan thì nhiệt độ sôi giảm dần theo mức độ phân nhánh

→ chất X là pentan( 36oC ), chất Y là isopentan( 28oC) , chất Z là neopentan( 9,4oC)

Câu 11:

Giữa isobutan ( -10,2oC) và (CH3)3N (+ 3,5oC ) nhỏ hơn nhiều so với sự chênh lệch về to s giữa n-butan ( -0,5oC) và n- propylamin (48,7oC ) do: isobutan và (CH3)3N không có liên kết H và

có M tơng đơng nên sự chênh lệch to s không lớn butan không có liên kết H còn n-propylamin có liên kết H nên to s cao hơn nhiều nên sự chênh lệch t o s lớn.

Câu 12:

CH3 CH CH3

OH

; CH3 C CH

3

O

; CH3 C

CH3

CH2

to

s = 82oC 57oC -7oC

Ancol có liên kết H nên to s cao nhất , axeton và isobuten có M tơng đơng và đều không có liên kết H nhng axeton phân tử có sự phân cực lớn ( à = 2,88 D), isobuten phân cực bé (à = 0,5 D )

→ lực hút vandervan ở axeton đáng kể → to s cao hơn.

Câu 13:

CH3 C2 H5 OH OCH3

80oC 110oC 136oC 182oC 155oC

Vì phenol có liên kết H nên to s cao nhất , các chất còn lại không có liên kết H nên chất nào có M lớn hơn sẽ có to s cao hơn.

Câu 14:

a)

NO2

OH

NO2

OH

NO2

Cl

214oC 279oC 239oC

p- nitrophenol có liên kết H liên phân tử nên to s cao nhất p-clo nitrobenzen không có liên kết H

và có M lớn hơn o-nitrophenol mà o-nitrophenol có liên kết H nội phân tử làm to s giảm

b)

N (1) ;

N

S

N H

(3) ;

H

(4)

115oC 117oC 256oC 187oC

N N

Chất (1 ) và (2) không có liên kết H nên to s thấp hơn và chất nào có M lớn hơn thì t o s cao hơn Hai chất còn lại có liên kết H nên to s cao hơn, nhng chất (3) có liên kết H liên phân tử , chất (4) hình thành liên kết H dạng đime nên chất (3) có to s cao hơn.

C.Thực nghiệm s phạm

I Mục đích thực nghiệm.

Kiểm tra tính khả thi và hiệu quả của đề tài

II Nội dung thực nghiệm.

Tiến hành triển khai giảng dạy bồi dỡng HSG theo đề tài " Nghiên cứu một số qui luật ảnh

hởng dến nhiệt độ sôi của các chất"

III Kết quả thực nghiệm.

Tôi tham gia công tác bồi dỡng HSG khối 11,12 qua các năm Trong quá trình giảng dạy tôi đã vận dụng đề tài hớng dẫn các em vận dụng vào giải bài tập Kết quả

là hầu hết các em đều hiểu, vận dụng vào giải quyết các bài tập nhanh gọn, hiểu dợc bản chất hóa học

Kết quả cụ thể nh sau

Thực nghiệm trên HSG khối 11 ,12 qua các năm kết quả nh sau :

Số

TT Khảo sát độituyển HSG Câu Số HS Tỷ lệ

1 Khối 12

2012 -2013 Số 3Số 12 55

5

5/5 3/5