KHAI THÁC độ bất hòa TRONG PHẢN ỨNG CỘNG h2 và br2

Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chun Hùng Vương – Phú Thọ – ĐT : 01689186513 KHAI THÁC ĐỘ BẤT BÃO HỊA TRONG PHẢN ỨNG CỘNG H2 VÀ Br2 k= ∑[số nguyên tử.(hóa trò nguyên tố − 2)] + 2 x(4 − 2) + y(1 − 2) + z(2 − 2) + t(3 − 2) + k= 2x − y + t + (k ∈ N) = II PHẢN ỨNG CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ VỚI H2 VÀ Br2 Phản ứng với H2 Những chất phản ứng với H2 (to, Ni) bao gồm : + Hợp chất hữu khơng no (có liên kết C = C , C ≡ C ) + Hợp chất anđehit xeton o t , Ni − C = C− + H  → − CH − CH − | | | + Các xicloankan có vòng cạnh cạnh có khả tham gia phản ứng cộng mở vòng với H2 (to, Ni) Phản ứng với dung dịch Br2 Những chất phản ứng với dung dịch Br bao gồm : + Hợp chất hữu khơng no (có liên kết C = C , C ≡ C ) + Hợp chất anđehit | | | | −C ≡ C − + 2Br2  → −CBr2 − CBr2 − −CH = O + Br2 + H O  → −COOH + 2HBr 1444444442444444443 phản ứ ng oxi hó a − khử Chú ý : + Anđehit khơng phản ứng với dung dịch Br2 mơi trường trơ, ví dụ Br2/CCl4 + Các xicloankan có vòng cạnh có khả tham gia phản ứng cộng mở vòng với dung dịch Br2 Phản ứng tổng qt Xét phản ứng hiđrocacbon khơng no, mạch hở CnH2n+2-2k với H2 dung dịch Br2 để phá vỡ hồn tồn k liên kết π : o t o , Ni − C ≡ C − + 2H → − CH − CH − −C = O 4|24 t o , Pd/ PbCO −C ≡ C − + H  → −CH = CH − − C = C− + Br2  → − C Br − C Br − Đối với hợp chất CxHyOzNt, ta có : | + Nếu hợp chất có liên kết −C ≡ C − phản ứng với H2 (to, Pd/PbCO3) : o t , Ni + H  → − CH − OH | anđehit xeton Chú ý : + Trong phản ứng cộng H2, số mol khí giảm số mol H2 tham gia phản ứng t , Ni Cn H 2n +2 −2k + kH2  → Cn H 2n + (1) Cn H 2n +2 −2k + kBr2  → Cn H 2n +2 −2k Br2k (2) Suy : + Trong phản ứng cộng H2 vào hiđrocacbon khơng no, ta có : nH phản ứng nC H n = k ⇒ k.n C H n n + 2− k = nH phản ứng n + 2− k Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng HOAHOC.edu.vn I ĐỘ BẤT BÃO HỊA Độ bất bão hòa hợp chất hữu đại lượng đặc trưng cho độ khơng no phân tử hợp chất hữu Độ bất bão hòa ký hiệu k, a, ∆ , Thường ký hiệu k Giả sử hợp chất hữu có cơng thức phân tử CxHyOzNt tổng số liên kết π vòng phân tử gọi độ bất bão hòa phân tử Cơng thức tính độ bất bão hòa : Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chun Hùng Vương – Phú Thọ – ĐT : 01689186513 n Br phản ứng nC H n = k ⇒ k.n C H n = n Br n + 2− k phản ứng n + 2− k + Trong phản ứng cộng H2 Br2 vào hiđrocacbon khơng no, ta có : n(H 2, Br2 ) phản ứng nC H n n + 2− k ⇒ k.n C H n =k n+2 −2 k = nH phản ứng + n Br phản ứng Mở rộng ra, ta thấy : Đối với hợp chất hữu có k liên kết π có khả tham gia phản ứng với H2 Br2 : k.n hợp chất hữu = n H phản ứn g + n Br phản ứn g III PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ CÁC VÍ DỤ MINH HỌA Tính lượng Br2, H2 tham gia phản ứng Ví dụ 1: Tiến hành đime hóa mol axetilen thu hỗn hợp X Trộn X với H2 theo tỉ lệ 1:2 số mol nung nóng với bột Ni đến phản ứng hồn tồn thu hỗn hợp Y Y làm màu vừa đủ dung dịch chứa 0,15 mol Br2 Hiệu suất phản ứng đime hóa : A 70% B 30% C 85% D 15% (Đề thi thử Đại học lần – THPT Quỳnh Lưu – Nghệ An, năm học 2012 – 2013) Hướng dẫn : Phản ứng đime hóa CH ≡ CH (k = 2) thu CH = CH − C ≡ CH (k =3) Gọi số mol C2H2 phản ứng 2x số mol C4H4 tạo x Suy hỗn hợp X có (1 – 2x) mol C2H2 x mol C4H4 Theo giả thiết số mol H2 phản ứng với X 2(1 – 2x) + 2x = (2 – 2x) mol Sử dụng cơng thức k.n hợp chất hữu = n H phản ứ ng + nBr phản ứng , ta có : 0,15.2 100% = 30% Ví dụ 2: Nung nóng hỗn hợp X gồm 0,2 mol vinylaxetilen 0,2 mol H2 với xúc tác Ni, thu hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 21,6 Hỗn hợp Y làm màu tối đa m gam brom CCl4 Giá trị m là: A 80 B 72 C 30 D 45 (Đề thi thử Đại học lần – THPT Vĩnh Bảo – Hải Phòng, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Theo bảo tồn khối lượng, giảm số mol khí phản ứng cộng H2 sử dụng cơng thức ⇒ x = 0,15 ⇒ H đime hóa = k.n hợp chất hữu = n H 2 x − 2x + nBr phản ứng , ta có :  m Y m X 0,2.52 + 0,2.2 = = = 0,25 nY =  21,6.2 MY MY  − n Y = 0,15 n H2 phản ứng = n{ X {  0,4 0,25 ⇒ n C H = n Br phản ứng + n H phản ứng 4 2 { 14 243 14 243 0,2 ⇒ n Br phản ứng ? 0,15 = 0,45 ⇔ 72 gam Ví dụ 3: Cho 7,56 lít hỗn hợp X (ở đktc) gồm C2H2 H2 qua Ni đun nóng, thu hỗn hợp khí Y gồm hiđrocacbon, tỷ khối Y so với H2 14,25 Cho Y phản ứng hồn tồn với dung dịch Br2 dư Khối lượng Br2 tham gia phản ứng : A 24,0 gam B 18,0 gam C 20,0 gam D 18,4 gam (Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh Nam Định, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Theo giả thiết áp dụng bảo tồn ngun tố H, bảo tồn số liên kết π , ta có :  M Y (C H ) = 14,25.2 = 28,5 y   7,56 = 0,675  y.n C2 H = n H = 2n(C2 H2 , H ) = y 22,4  n C H + 3n C H = n H phản ứng + n Br phản ứng 2 4 2 { { 14 24 14 243 1− 2x phản ứ ng 0,15 Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng HOAHOC.edu.vn + Trong phản ứng cộng Br2 vào hiđrocacbon khơng no, ta có : HOAHOC.edu.vn y = 4,5; n = 0,15 2.2 − 4,5 +  C2 Hy (k = = 0,75) ⇒ n Br = 0,75.n C H = 0,1125 mol ⇔ 18 gam y  Ví dụ 4: Cho 1,792 lít hỗn hợp X gồm: propin, H2 (ở đktc, tỉ khối X so với H2 65/8) qua xúc tác nung nóng bình kín, thu hỗn hợp khí Y có tỉ khối Y so với He a Y làm màu vừa đủ 160 gam nước brom 2% Giá trị a A 8,125 B 32,58 C 10,8 D 21,6 (Đề thi thử Đại học lần – THPT Đồn Thượng – Hải Dương, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Theo giả thiết, giảm số mol khí phản ứng cộng H 2, bảo tồn khối lượng sử dụng cơng thức k.n hợp chất hữu = n H phản ứ ng + nBr phản ứng khối so với H2 Sục X vào lượng dư dung dịch AgNO3 NH3 đến phản ứng hồn tồn, thu hỗn hợp khí Y 24 gam kết tủa Hỗn hợp khí Y phản ứng vừa đủ với mol Br2 dung dịch? A 0,10 mol B 0,20 mol C 0,25 mol D 0,15 mol (Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2013) Hướng dẫn : Sơ đồ phản ứng : C2 Ag2 ↓ C2 H6    C2 H2  Ni C2 H4  AgNO3  →   o   NH H  t C2 H2  H  424 3 X C2 H4    Br2 → C2 H4 Br2 C2 H6     H 424 3 , ta có :  40n C H + 2n H 2.65 M X = = = 16,25 nC H + n H    1,792 = 0,08 n X = n C3 H + n H2 = 22,4  n C H = 0,03; n H = 0,05 ⇒ m X = 0,08.16,25 = 1,3 2 n C H = n Br phản ứng + n H phản ứng 2 14 243 14 243  {  0,03 0,02 ?  − nY n H2 phản ứng = n{ X {  1424 0,08 ? ?  n H phản ứng = 0,04 ⇒ n Y = 0,04  mY m X 1,3 = = = 32,5 MY = nY n Y 0,04  ⇒ M Y 32,5 d  Y/ He = M = = 8,125 He  Ví dụ 5: Trong bình kín chứa 0,35 mol C2H2; 0,65 mol H2 bột Ni Nung nóng bình thời gian, thu hỗn hợp khí X có tỉ Y Theo bảo tồn khối lượng giả thiết, ta có : m X = m (C H , H ) ban đầu = 10,4 2 ⇒ n X = 0,65  M X = 8.2 = 16 ⇒ nH phản ứ ng = 0,35 + 0,65 − 0,65 { = 0,35 14243 n(C 2H , H2 ) ban đầu nX Suy :  24 = 0,1  n C2H dư = n C2 Ag2 = 240  ⇒ n Br = 0,15  n C H pư với H , Br = n H pư + n Br 2 14 2 2 2 4244 { {  0,35 ? 0,35 − 0,1= 0,25 Ví dụ 6: Trộn Cho hỗn hợp X gồm axetilen etan (có tỉ lệ số mol tương ứng : 3) qua ống đựng xúc tác thích hợp, nung nóng nhiệt độ cao, thu hỗn hợp Y gồm etan, etilen, axetilen H2 Tỷ khối hỗn hợp Y so với hiđro 58/7 Nếu cho 0,7 mol hỗn hợp Y qua dung dịch Br2 dư số mol Br2 phản ứng tối đa : A 0,30 B 0,5 C 0,40 D 0,25 Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng HOAHOC.edu.vn Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chun Hùng Vương – Phú Thọ – ĐT : 01689186513 HOAHOC.edu.vn Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chun Hùng Vương – Phú Thọ – ĐT : 01689186513 (Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh Nam Định, năm học 2012 – 2013) Hướng dẫn : Chọn n C H = 1; n C H = 2 Ta có: m Y = m X = m C H + m C H = 116 2   mY 116 n = = =7  Y M Y 58.2  nH = nY − n X =  { { ⇒  n liên kết π mol Y = 2n C H + n H = 2  ⇒ n Br = n liên kết π 0,7 mol Y = 0,5 mol Ví dụ 7: Hỗn hợp X gồm CH ≡ C–CH2OH, CH2=CH–CHO H2 có d X = 10 Nung X với H2 bột Ni thời gian thu hỗn hợp Y có d Y = 20 Nếu lấy 0,15 mol Y tác dụng vừa H2 đủ với dung dịch nước chứa m gam Br2 Giá trị m : A 16 B C D 24 (Đề thi thử Đại học lần – THPT Quỳnh Lưu – Nghệ An, năm học 2012 – 2013) Hướng dẫn : Theo bảo tồn khối lượng, ta có : m X = m Y ⇒ nX M X = n Y MY ⇒ nX MY = =2 nY MX n Y = 0,15 mol, n X = 0,3 mol Suy :  n H2 phản ứng = n X − n Y = 0,15 mol Ta thấy CH ≡ C–CH2OH, CH2=CH–CHO có cơng thức phân tử C3H4O có liên kết π tham gia phản ứng với H2 dung dịch Br2 Mặt khác, M X = 10.2 = 20 nên ta có :  n C H O + n H = 0,3   n C H O = 0,1 ⇒  56n C H O + 2n H = 20  n H = 0,2  0,3  Suy : n C H O = n H phản ứng + n Br phản ứng 2 { 14 24 14 243 0,1 ⇒ n Br phản ứng 0,15 ? = 0,05 mol ⇔ gam Ví dụ 8: Hỗn hợp X gồm hiđro, propen, axit acrylic, ancol anlylic (C3H5OH) Đốt cháy hồn tồn 0,75 mol X, thu 30,24 lít khí CO2 (đktc) Đun nóng X với bột Ni thời gian, thu hỗn hợp Y Tỉ khối Y so với X 1,25 Cho 0,1 mol Y phản ứng vừa đủ với V lít dung dịch Br2 0,1M Giá trị V A 0,6 B 0,5 C 0,3 D 0,4 (Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2013) Hướng dẫn : Nhận thấy chất propen (CH2=CH–CH3), axit acrylic (CH2=CH–COOH), ancol anlylic (CH2=CH–CH2OH) có ngun tử C có liên kết π tham gia phản ứng với H2 dung dịch Br2 Đặt cơng thức chất propen, axit acrylic, ancol anlylic C3HyOz Trong 0,75 mol X, ta có :  n CO nC H O = = 0,45 ⇒ %n C H O = 60%  y z y z  n = 0,75 − 0,45 = 0,3 H  Ta có : n X M X = n Y M Y ⇒ n X MY = = 1,25 nY M X Suy :  n C H O = 0,125.60% = 0,075  n Y = 0,1  y z ⇒ n  = 0,125 − 0,1 { = 0,025 n X = 0,125  H2 pư { n nY X  Vì C3HyOz có liên kết π phản ứng nên : Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng HOAHOC.edu.vn Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chun Hùng Vương – Phú Thọ – ĐT : 01689186513 n C H O = n H phản ứng + n Br phản ứng x y 2 14 24 14 243 123 0,075 0,025 ? ⇒ n Br2 phản ứng = 0,05 ⇒ Vdd Br2 0,1M = 0,5 lít Tìm cơng thức hợp chất hữu Ví dụ 1: Cho hiđrocacbon X phản ứng với brom (trong dung dịch) theo tỉ lệ mol : 1, thu chất hữu Y (chứa 74,08% Br khối lượng) Khi X phản ứng với HBr thu hai sản phẩm hữu khác Tên gọi X A but-1-en B but-2-en C propilen D xiclopropan (Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2009) Hướng dẫn : Độ bất bão hòa phân tử X k = n B2 nX = Suy cơng thức phân tử X CnH2n, cơng thức phân tử Y CnH2nBr2 Theo giả thiết, ta có : 2.80 100% = 74,08% 14n + 2.80 ⇒ n = ⇒ X C4 H8 %m Br Y = Vì X phản ứng với HBr thu hai sản phẩm hữu khác nhau, chứng tỏ X anken bất đối xứng Vậy X but–1–en Ví dụ 2: Cho 27,2 gam ankin X tác dụng với 15,68 lít khí H2 (đktc) có xúc tác thích hợp, thu hỗn hợp Y (khơng chứa H2) Biết Y phản ứng tối đa với dung dịch chứa 16 gam Br2 Cơng thức phân tử X A C2H2 B C3H4 C C4H6 D C5H8 (Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2013) Hướng dẫn : X ankin nên phân tử có liên kết π Suy X tham gia phản ứng cộng hợp với H2, Br2 theo tỉ lệ : Ta có : 2n X = n H + n Br = 0,8 {2 {2  0,7 0,1   M = m X = 27,2  X n nX X  27,2 ⇒ n X = 0,4 ⇒ M X = = 68, X C5H 0,4 Ví dụ 3: Cho 0,125 mol anđehit mạch hở X phản ứng với lượng dư dung dịch AgNO3 NH3 thu 27 gam Ag Mặt khác, hiđro hóa hồn tồn 0,25 mol X cần vừa đủ 0,5 mol H2 Dãy đồng đẳng X có cơng thức chung 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 : n Ag nX = 0,25 = ⇒ X có nhóm CH=O (1) 0,125 Số liên kết π phân tử X : k= nH nX = 0,5 = (2) 0,25 Từ (1) (2) suy : X anđehit khơng no (có nối đơi C=C), đơn chức, mạch hở, có cơng thức Cn H 2n −1CHO Ví dụ 4: Đun nóng V lít anđehit X với 3V lít khí H2 (xúc tác Ni) đến phản ứng xảy hồn tồn thu hỗn hợp khí Y tích 2V lít (các thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ, áp suất) Ngưng tụ Y thu chất Z; cho Z tác dụng với Na sinh H2 có số mol nửa số mol Z phản ứng Chất X anđehit: A khơng no (chứa nối đơi C=C), hai chức B khơng no (chứa nối đơi C=C), đơn chức C no, đơn chức D no, hai chức (Đề thi thử Đại học lần – THPT chun Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chun Hùng Vương – Phú Thọ – ĐT : 01689186513 Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm học 2012 – 2013) Hướng dẫn : Trong phản ứng cộng H2, thể tích khí giảm thể tích H2 phản ứng VH phản ứ ng = V 4+ 23V − V trước phản ứng ⇒ k anđehit X = VH phản ứng VX = 2V 2V { Vsau phản ứng =2 Với k = 2, suy X anđehit no, hai chức anđehit khơng no (chứa nối đơi C=C), đơn chức (1) Mặt khác, ancol Z sinh từ X phản ứng với Na, cho n H = n Z Chứng tỏ Z ancol đơn 2 chức, X phải anđehit đơn chức (2) Từ (1) (2) suy X anđehit khơng no (chứa nối đơi C=C), đơn chức Ví dụ 5: Trộn hiđrocacbon X với lượng dư khí H2, thu hỗn hợp khí Y Đốt cháy hết 4,8 gam Y, thu 13,2 gam khí CO2 Mặt khác, 4,8 gam hỗn hợp làm màu dung dịch chứa 32 gam Br2 Cơng thức phân tử X là: A C3H4 B C2H2 C C3H6 D C4H8 (Đề thi thử Đại học lần – THPT Việt n 1, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Sử dụng cơng thức giải nhanh k.n hợp chất hữu = n H phản ứng + nBr phản ứng bảo 2 tồn ngun tố C, ta có : k.n = n Br = 0,2  Cx H y  x.n Cx H y = n CO2 = 0,3   k = 1; n C H = 0,2 x y  (loại)  x = 1,5 ⇒   k = 2; n Cx Hy = 0,1 ⇒ Cx H y C3 H  x =   IV BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Cho 0,5 mol H2 0,15 mol vinylaxetilen vào bình kín có mặt xúc tác Ni nung nóng Sau phản ứng thu hỗn hợp khí X có tỉ khối so với CO2 0,5 Cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch Br2 dư thấy có m gam Br2 tham gia phản ứng Giá trị m : A 40 gam B 24 gam C 16 gam D 32 gam (Đề thi thử Đại học lần – THPT chun Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm học 2010 – 2011) Câu 2: Cho hỗn hợp X gồm 0,1 mol C2H4, 0,2 mol C2H2 0,7 mol H2 X nung bình kín có xúc tác Ni Sau thời gian thu 0,8 mol hỗn hợp Y, Y phản ứng vừa đủ với 100 ml dung dịch Br2 aM Giá trị a là: A B 2,5 C D (Thi thử Đại học lần – THPT chun Hùng Vương – Phú Thọ, năm học 2010 – 2011) Câu 3: Nung nóng hỗn hợp X gồm 0,1 mol axetilen; 0,2 mol propen; 0,1 mol etilen 0,6 mol hiđro với xúc tác Ni, sau thời gian thu hỗn hợp Y có tỉ khối so với H2 12,5 Cho hỗn hợp Y tác dụng với brom dư CCl4 thấy có tối đa a gam brom phản ứng Giá trị a A 24 B 16 C 32 D 48 (Đề thi thử Đại học lần – THPT chun Vĩnh Phúc, năm học 2012 – 2013) Câu 4: Hỗn hợp X gồm hiđro, propen, propanal, ancol anlylic Đốt mol hỗn hợp X thu 40,32 lít CO2 (đktc) Đun X với bột Ni thời gian thu hỗn hợp Y có d Y = 1,25 Nếu lấy 0,1 mol hỗn hợp Y tác X dụng vừa đủ với V lít dung dịch Br2 0,2M Giá trị V : A 0,25 lít B 0,1 lít C 0,2 lít D 0,3 lít (Đề thi thử Đại học lần – THPT Quỳnh Lưu – Nghệ An, năm học 2010 – 2011) Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng ... 2013) Hướng dẫn : Trong phản ứng cộng H2, thể tích khí giảm thể tích H2 phản ứng VH phản ứ ng = V 4+ 23V − V trước phản ứng ⇒ k anđehit X = VH phản ứng VX = 2V 2V { Vsau phản ứng =2 Với k = 2,... ĐT : 01689186513 n Br phản ứng nC H n = k ⇒ k.n C H n = n Br n + 2− k phản ứng n + 2− k + Trong phản ứng cộng H2 Br2 vào hiđrocacbon khơng no, ta có : n(H 2, Br2 ) phản ứng nC H n n + 2− k ⇒... n H phản ứng + n Br phản ứng x y 2 14 24 14 243 123 0,075 0,025 ? ⇒ n Br2 phản ứng = 0,05 ⇒ Vdd Br2 0,1M = 0,5 lít Tìm cơng thức hợp chất hữu Ví dụ 1: Cho hiđrocacbon X phản ứng với brom (trong