Giả sử một hợp chất hữu cơ cĩ cơng thức phân tử là CxHyOzNt thì tổng số liên kết và vịng của phân tử được gọi là độ bất bão hịa của phân tử đĩ.. Mở rộng ra, ta thấy : Đối với các hợp c
Trang 1Tài liệu độc quyền
Trang 2I ĐỘ BẤT BÃO HỊA
Độ bất bão hịa của hợp chất hữu cơ là đại lượng đặc trưng cho độ khơng no của phân tử hợp chất hữu cơ
Độ bất bão hịa cĩ thể được ký hiệu là k, a, , Thường ký hiệu là k
Giả sử một hợp chất hữu cơ cĩ cơng thức phân tử là CxHyOzNt thì tổng số liên kết và vịng của phân tử được gọi là độ bất bão hịa của phân tử đĩ
Cơng thức tính độ bất bão hịa :
[số nguyên tử.(hóa trịcủa nguyên tố 2)] 2
k
2
Đối với hợp chất CxHyOzNt, ta cĩ :
x(4 2) y(1 2) z(2 2) t(3 2) 2
k
2 2x y t 2 (k N)
2
II PHẢN ỨNG CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ VỚI H 2 VÀ Br 2
1 Phản ứng với H 2
Những chất phản ứng được với H2 (to, Ni) bao gồm :
+ Hợp chất hữu cơ khơng no (cĩ liên kết C C , C C )
+ Hợp chất anđehit và xeton
o
o
o
t , Ni 2
t , Ni
t , Ni 2
anđehit hoặc xeton
Chú ý :
+ Trong phản ứng cộng H 2 , số mol khí giảm bằng số mol H 2 đã tham gia phản ứng
+ Nếu hợp chất cĩ liên kết C C phản ứng với H 2 (t o , Pd/PbCO 3 ) thì :
o
3
t , Pd/PbCO 2
KĨ THUẬT XỬ LÍ “ DẠNG TỐN HĨC BÚA “ CỘNG ĐỒNG HỌC SINH LỚP 11 Sưu tầm và tổng hợp
Trang 3+ Các xicloankan cĩ vịng 3 cạnh hoặc 4 cạnh cĩ khả năng tham gia phản ứng cộng mở vịng
với H 2 (t o , Ni)
2 Phản ứng với dung dịch Br 2
Những chất phản ứng được với dung dịch Br2 bao gồm :
+ Hợp chất hữu cơ khơng no (cĩ liên kết C C , C C )
+ Hợp chất anđehit
2
2 2 phản ứng oxi hóa khử
Chú ý :
+ Anđehit khơng phản ứng được với dung dịch Br 2 trong mơi trường trơ, ví dụ Br 2 /CCl 4
+ Các xicloankan cĩ vịng 3 cạnh cĩ khả năng tham gia phản ứng cộng mở vịng với dung dịch
Br 2
3 Phản ứng tổng quát
Xét phản ứng của hiđrocacbon khơng no, mạch hở CnH2n+2-2k với H2 và dung dịch Br2 để phá
vỡ hồn tồn k liên kết :
o
t , Ni
Suy ra :
+ Trong phản ứng cộng H2 vào hiđrocacbon khơng no, ta cĩ :
2
n 2n 2 2 k
H phản ứng
C H
n
+ Trong phản ứng cộng Br2 vào hiđrocacbon khơng no, ta cĩ :
2
n 2n 2 2 k
Br phản ứng
C H
n
+ Trong phản ứng cộng H2 và Br2 vào hiđrocacbon khơng no, ta cĩ :
(H , Br ) phản ứng
n
k
Trang 4Mở rộng ra, ta thấy : Đối với các hợp chất hữu cơ cĩ k liên kết cĩ khả năng tham gia phản ứng với H2 và Br2 thì :
hợp chất hữu cơ H phản ứng Br phản ứng
III PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ CÁC VÍ DỤ MINH HỌA
1 Tính lượng Br 2 , H 2 tham gia phản ứng
Ví dụ 1: Tiến hành đime hĩa 1 mol axetilen thu được hỗn hợp X Trộn X với H2 theo tỉ lệ 1:2
về số mol rồi nung nĩng với bột Ni đến phản ứng hồn tồn thu được hỗn hợp Y Y làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa 0,15 mol Br2 Hiệu suất phản ứng đime hĩa là :
(Đề thi thử Đại học lần 3 – THPT Quỳnh Lưu 1 – Nghệ An, năm học 2012 – 2013)
Hướng dẫn : Phản ứng đime hĩa CH CH (k = 2) thu được CH2 CH C CH (k =3)
Gọi số mol của C2H2 phản ứng là 2x thì số mol của C4H4 tạo ra là x Suy ra trong hỗn hợp X cĩ (1 – 2x) mol C2H2 và x mol C4H4
Theo giả thiết thì số mol H2 phản ứng với X là 2(1 – 2x) + 2x = (2 – 2x) mol
Sử dụng cơng thức
hợp chất hữu cơ H phản ứng Br phản ứng
đime hóa
0,15.2
1
Ví dụ 2: Nung nĩng hỗn hợp X gồm 0,2 mol vinylaxetilen và 0,2 mol H2 với xúc tác Ni, thu được hỗn hợp Y cĩ tỉ khối hơi so với H2 là 21,6 Hỗn hợp Y làm mất màu tối đa m gam brom trong CCl4 Giá trị của m là:
A 80 B 72 C 30 D 45
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Vĩnh Bảo – Hải Phịng, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn : Theo bảo tồn khối lượng, sự giảm số mol khí trong phản ứng cộng H2 và sử dụng cơng thức
hợp chất hữu cơ H phản ứng Br phản ứng
Trang 5Y X
Y
Y Y
H phản ứng X Y
0,4 0,25
21,6.2
2
C H Br phản ứng H phản ứng
0,2 ? 0,15
Br phản ứng
Ví dụ 3: Cho 7,56 lít hỗn hợp X (ở đktc) gồm C2H2 và H2 qua Ni đun nĩng, thu được hỗn hợp khí
Y chỉ gồm 3 hiđrocacbon, tỷ khối của Y so với H2 bằng 14,25 Cho Y phản ứng hồn tồn với dung dịch Br2 dư Khối lượng của Br2 đã tham gia phản ứng là :
(Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh Nam Định, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn : Theo giả thiết và áp dụng bảo tồn nguyên tố H, bảo tồn số liên kết , ta cĩ :
2 y
Y (C H )
C H H (C H , H )
7,56
22,4
2 y
2.2 4,5 2
C H (k 0,75)
2
Br C H
Ví dụ 4: Cho 1,792 lít hỗn hợp X gồm: propin, H2 (ở đktc, tỉ khối của X so với H2 bằng 65/8) đi qua xúc tác nung nĩng trong bình kín, thu được hỗn hợp khí Y cĩ tỉ khối của Y so với He bằng a
Y làm mất màu vừa đủ 160 gam nước brom 2% Giá trị của a là
A 8,125 B 32,58
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Đồn Thượng – Hải Dương, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Theo giả thiết, sự giảm số mol khí trong phản ứng cộng H2, bảo tồn khối lượng
và sử dụng cơng thức
hợp chất hữu cơ H phản ứng Br phản ứng
Trang 63 4 2
3 4 2
3 4 2
2
C H H X
C H H
X C H H
C H H
X
C H Br phản ứng H phản ứng
0,03 0,02 ?
H phản ứng X Y
0,08 ?
?
1,792
22,4
2
H phản ứng
Y
Y X
Y
Y Y
Y Y/ He
He
Ví dụ 5: Trong một bình kín chứa 0,35 mol C2H2; 0,65 mol H2 và một ít bột Ni Nung nĩng bình một thời gian, thu được hỗn hợp khí X cĩ tỉ khối so với H2 bằng 8 Sục X vào lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 đến phản ứng hồn tồn, thu được hỗn hợp khí Y và 24 gam kết tủa Hỗn hợp khí Y phản ứng vừa đủ với bao nhiêu mol Br2 trong dung dịch?
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2013)
Hướng dẫn : Sơ đồ phản ứng :
2 2
2 6
2 2 2 4
2 2 2
2 X
2 4
2 6 2 4 2 2
Y
C Ag
C H
H
C H
C H C H Br H
Theo bảo tồn khối lượng và giả thiết, ta cĩ :
X (C H , H ) ban đầu
X X
Ni o t
AgNO3 NH3
Br2
Trang 7X (C H , H ) ban đầu2 2 2
H phản ứng
n n
Suy ra :
2
Br
0,35 0,1 0,25
24
Ví dụ 6: Trộn Cho hỗn hợp X gồm axetilen và etan (cĩ tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 3) qua ống đựng xúc tác thích hợp, nung nĩng ở nhiệt độ cao, thu được một hỗn hợp Y gồm etan, etilen, axetilen và H2 Tỷ khối của hỗn hợp Y so với hiđro là 58/7 Nếu cho 0,7 mol hỗn hợp Y qua dung dịch Br2 dư thì số mol Br2 phản ứng tối đa là :
(Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh Nam Định, năm học 2012 – 2013)
Hướng dẫn : Chọn
2 2 2 6
C H C H
Ta cĩ:
2 2 2 6
2
2 2 2
2
Y X C H C H
Y
Y
Y
H Y X
7 4
liên kết trong 7 mol Y C H H
Br liên kết trong 0,7 mol Y
58.2 M
7
Ví dụ 7: Hỗn hợp X gồm CHC–CH2OH, CH2=CH–CHO và H2 cĩ
2
X
d 10 Nung X với bột
Ni một thời gian thu được hỗn hợp Y cĩ
2
Y
d 20 Nếu lấy 0,15 mol Y thì tác dụng vừa đủ với dung dịch nước chứa m gam Br2 Giá trị m là :
Hướng dẫn : Theo bảo tồn khối lượng, ta cĩ :
Trang 8X Y
2
Ta thấy CHC–CH2OH, CH2=CH–CHO cĩ cùng cơng thức phân tử là C3H4O và đều cĩ 2 liên kết tham gia phản ứng với H2 và dung dịch Br2
Mặt khác, M X 10.2 20 nên ta cĩ :
3 4
2
C H O
H
20 0,3
Suy ra :
2
C H O H phản ứng Br phản ứng
Br phản ứng
Ví dụ 8: Hỗn hợp X gồm hiđro, propen, axit acrylic, ancol anlylic (C3H5OH) Đốt cháy hồn tồn 0,75 mol X, thu được 30,24 lít khí CO2 (đktc) Đun nĩng X với bột Ni một thời gian, thu được hỗn hợp Y Tỉ khối hơi của Y so với X bằng 1,25 Cho 0,1 mol Y phản ứng vừa đủ với V lít dung dịch Br2 0,1M Giá trị của V là
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2013)
Hướng dẫn : Nhận thấy các chất propen (CH2=CH–CH3), axit acrylic (CH2=CH–COOH), ancol anlylic (CH2=CH–CH2OH) đều cĩ 3 nguyên tử C và cĩ 1 liên kết tham gia phản ứng với
H 2 và dung dịch Br 2
Đặt cơng thức của 3 chất propen, axit acrylic, ancol anlylic là C3HyOz
Trong 0,75 mol X, ta cĩ :
2
3 y z
3 y z 2
CO
C H O
C H O H
n
3
Ta cĩ : X X Y Y X Y
X Y
Suy ra :
3 y z
2
C H O Y
H pư X
n n
Vì C3HyOz cĩ 1 liên kết phản ứng nên :
Trang 93 x y 2 2
C H O H phản ứng Br phản ứng
0,075
2 Tìm cơng thức của hợp chất hữu cơ
Ví dụ 1: Cho hiđrocacbon X phản ứng với brom (trong dung dịch) theo tỉ lệ mol 1 : 1, thu được
chất hữu cơ Y (chứa 74,08% Br về khối lượng) Khi X phản ứng với HBr thì thu được hai sản phẩm hữu cơ khác nhau Tên gọi của X là
A but-1-en B but-2-en
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2009)
Hướng dẫn : Độ bất bão hịa của phân tử X là B2
X
n
n
Suy ra cơng thức phân tử của X là CnH2n, cơng thức phân tử của Y là CnH2nBr2
Theo giả thiết, ta cĩ :
Br trong Y
2.80
14n 2.80
Vì X phản ứng với HBr thu được hai sản phẩm hữu cơ khác nhau, chứng tỏ X là anken bất đối xứng Vậy X là but–1–en
Ví dụ 2: Cho 27,2 gam ankin X tác dụng với 15,68 lít khí H2 (đktc) cĩ xúc tác thích hợp, thu được hỗn hợp Y (khơng chứa H2) Biết Y phản ứng tối đa với dung dịch chứa 16 gam Br2 Cơng
thức phân tử của X là A C2H2 B C3H4
C C4H6 D C5H8
(Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2013)
Hướng dẫn : X là ankin nên phân tử cĩ 2 liên kết Suy ra X tham gia phản ứng cộng hợp với H2, Br2 theo tỉ lệ là 1 : 2
Ta cĩ :
Trang 102 2
X H Br
0,7 0,1
X
X
X X
M
27,2
0,4
Ví dụ 3: Cho 0,125 mol anđehit mạch hở X phản ứng với lượng dư dung dịch AgNO3 trong
NH3 thu được 27 gam Ag Mặt khác, hiđro hóa hoàn toàn 0,25 mol X cần vừa đủ 0,5 mol H2 Dãy đồng đẳng của X có công thức chung là
A CnH2n(CHO)2 (n 0)
B CnH2n-3CHO (n 2)
C CnH2n+1CHO (n 0)
D CnH2n-1CHO (n 2)
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2012)
Hướng dẫn : Theo giả thiết :
Ag
X
Số liên kết trong phân tử X là :
2
H
X
Từ (1) và (2) suy ra : X là anđehit không no (có 1 nối đôi C=C), đơn chức, mạch hở, có công thức là C Hn 2n 1CHO
Ví dụ 4: Đun nóng V lít hơi anđehit X với 3V lít khí H2 (xúc tác Ni) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn chỉ thu được một hỗn hợp khí Y có thể tích 2V lít (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất) Ngưng tụ Y thu được chất Z; cho Z tác dụng với Na sinh ra H2 có số mol bằng một nửa số mol Z đã phản ứng Chất X là anđehit:
A không no (chứa một nối đôi C=C), hai chức
B không no (chứa một nối đôi C=C), đơn chức
C no, đơn chức
D no, hai chức
Trang 11Hướng dẫn : Trong phản ứng cộng H2, thể tích khí giảm bằng thể tích H2 đã phản ứng
2
sau phản ứng
V trước phản ứng
2
H phản ứng
V
H phản ứng anđehit X
X
V
V
Với k = 2, suy ra X là anđehit no, hai chức hoặc anđehit khơng no (chứa 1 nối đơi C=C), đơn chức (1)
Mặt khác, ancol Z sinh ra từ X phản ứng với Na, cho
2
1
2
Chứng tỏ Z là ancol đơn chức, do đĩ X phải là anđehit đơn chức (2)
Từ (1) và (2) suy ra X là anđehit khơng no (chứa một nối đơi C=C), đơn chức
Ví dụ 5: Trộn hiđrocacbon X với lượng dư khí H2, thu được hỗn hợp khí Y Đốt cháy hết 4,8 gam Y, thu được 13,2 gam khí CO2 Mặt khác, 4,8 gam hỗn hợp đĩ làm mất màu dung dịch chứa
32 gam Br2 Cơng thức phân tử của X là:
A C3H4 B C2H2
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Việt Yên 1, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn : Sử dụng cơng thức giải nhanh
hợp chất hữu cơ H phản ứng Br phản ứng
nguyên tố C, ta cĩ :
x y 2
x y 2
x y
x y
C H Br
C H CO
C H
C H
x y 3 4
(loại)
x 1,5
C H là C H
x 3
Trang 12II BÀI TẬP ÁP DỤNG
Bài 1: Hỗn hợp khí X chứa H2 và một anken Tỉ khối của X đối với H2 là 9 Đun nóng nhẹ X có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp Y không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với
H2 là 15 Công thức phân tử của anken là
Bài giải:
X
M = 9.2 = 18; MY = 15.2 = 30
Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có anken
Các yếu tố trong bài toán không phụ thuộc vào số mol cụ thể của mỗi chất vì số mol này
sẽ bị triệt tiêu trong quá trình giải Vì vậy ta tự chọn lượng chất Để bài toán trở nên đơn giản khi
tính toán, ta chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol)mX = 18g
Dựa vào [3] và [6] ta có:
2
Y
nanken = 1- 0,6=0,4 mol
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: 14n × 0,4 + 2× 0,6 = 18 n = 3
CTPT : C3H6 Chọn B
Bài 2: Hỗn hợp khí X chứa H2 và hai anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng Tỉ khối của X đối với H2 là 8,4 Đun nóng nhẹ X có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp Y không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 12 Công thức phân tử của hai anken và phần trăm thể tích của H2 trong X là
A C2H4 và C3H6; 70% B C3H6 và C4H8; 30%
C C2H4 và C3H6; 30% D C3H6 và C4H8; 70%
Bài giải:
X
M = 8,4.2 = 16,8; MY = 12.2 = 24
Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có anken
Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol)
mX = 16,8g
Dựa vào [3] và [6] ta có:
2
Y
n2 anken = 1- 0,7=0,3 mol
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X:
Ta có: 14n × 0,3 + 2× 0,7 = 16,8 3 n = 11 3,66 4
3
CTPT: C3H6 và C4H8;
2 (X)
H
1
Bài 3: (Đề TSCĐ năm 2009) Hỗn hợp khí X gồm H2 và C2H4 có tỉ khối so với He là 3,75 Dẫn X qua Ni nung nóng, thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He là 5 Hiệu suất của phản ứng
Trang 13hiđro hoá là
Bài giải:
X
M = 3,75.4 = 15; MY = 5.4 = 20
Tự chọn lượng chất, xem hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol)
Dựa vào [3] ta có: Y
Y
Áp dụng sơ đồ đường chéo :
a mol C2H4 (28)
M=15
b mol H2 (2)
15-2=13
28-15=13
a b
13 13
a=b=0,5 mol
Dựa vào [9] ta có:
H2 ph¶n øng
0, 25
Bài 4: (Đề TSĐH KB năm 2009) Hỗn hợp khí X gồm H2 và một anken có khả năng cộng HBr cho sản phẩm hữu cơ duy nhất Tỉ khối của X so với H2 bằng 9,1 Đun nóng X có xúc tác Ni, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp khí Y không làm mất màu nước brom; tỉ khối của Y
so với H2 bằng 13 Công thức cấu tạo của anken là
A CH3-CH=CH-CH3 B CH2=CH-CH2-CH3
Bài giải:
X
M = 9,1.2 = 18,2; MY = 13.2 = 26
Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có anken
Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol mX = 18,2gam
Dựa vào [3] và [6] ta có:
2
Y
nanken = 1- 0,7=0,3 mol
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: 14n × 0,3 + 2× 0,7 = 18,2 n = 4
CTPT: C4H8 Vì khi cộng HBr cho sản phẩm hữu cơ duy nhất nên chọn A
Bài 5: Hỗn hợp khí X chứa H2 và một ankin Tỉ khối của X đối với H2 là 4,8 Đun nóng nhẹ X có
Trang 14A C2H2 B C3H4 C C4H6 D C4H8
Bài giải:
X
M = 4,8.2 = 9,6; MY = 8.2 = 16
Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có hiđrocacbon không no
Tự chọn lượng chất, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol)mX = 9,6g
Dựa vào [3] ta có: Y
Y
Dựa vào [2]
2 phan ung
H
Theo [I] nankin (X) =
2 phan ung
H
1
2
1 2
Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: (14n - 2) × 0,2 + 2× (1- 0,2) = 9,6
n = 3 CTPT: C3H4 Chọn B
Bài 6: Hỗn hợp X gồm 3 khí C3H4, C2H2 và H2 cho vào bình kín dung tích 9,7744 lít ở 250C, áp suất atm, chứa ít bột Ni, nung nóng bình một thời gian thu được hỗn hợp khí Y Biết tỉ khối của X
so với Y là 0,75 Số mol H2 tham gia phản ứng là
Bài giải:
X
1× 9,7744
0,082(273 + 25)
2 phan ung
H
n = 0,4 - 0,3 = 0,1mol Chọn C
Bài 7: (Đề TSĐH KA năm 2008) Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,06 mol C2H2 và 0,04 mol H2 với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y Dẫn toàn bộ hỗn hợp Y lội từ từ qua bình đựng dung dịch brom (dư) thì còn lại 0,448 lít hỗn hợp khí Z (ở đktc) có tỉ khối so với O2 là 0,5 Khối lượng bình dung dịch brom tăng là:
A 1,04 gam B 1,20 gam C 1,64 gam D 1,32 gam
Bài giải:
Có thể tóm tắt bài toán theo sơ đồ sau:
X 0,06 mol C2H2
0,04 mol H2
Ni, t0
Z (C2H6, H2 d-) (0,448 lÝt, dZ/H2 = 0,5)
C 2 H 4 , C 2 H 2 d-,
C2H6, H2
d-mb×nh = mC
2 H2 d- + mC2H4
Theo định luật bảo toàn khối lượng: m X = m Y = Δmtang + mZ