Sáu obitan p còn lại của 6 nguyên tử C xen phủ bên với nhau tạo thành hệ liên hợp chung cho cả vòng benzen.. Đồng đẳng, đồng phân và danh pháp Khi thay các nguyên tử hiđro trong phân
Trang 1CHUYÊN ĐỀ 4 : HIĐROCACBON THƠM
BÀI 1 : BENZEN VÀ ANKYLBENZEN (AREN)
A LÝ THUYẾT
I CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP
1 Cấu trúc của phân tử benzen
a Sự hình thành liên kết trong phân tử benzen
Sáu nguyên tử C trong phân tử benzen ở trạng thái lai hoá sp2 (lai hoá tam giác) Mỗi nguyên tử
C sử dụng 3 obitan lai hoá để tạo liên kết với 2 nguyên tử C bên cạnh nó và 1 nguyên tử H Sáu
obitan p còn lại của 6 nguyên tử C xen phủ bên với nhau tạo thành hệ liên hợp chung cho cả
vòng benzen Nhờ vậy mà liên kết ở benzen tương đối bền vững hơn so với liên kết ở anken
cũng như ở những hiđrocacbon không no khác
Sáu nguyên tử C trong phân tử benzen tạo thành một lục giác đều Cả 6 nguyên tử C và 6nguyên tử H cùng nằm trên 1 mặt phẳng (gọi là mặt phẳng phân tử) Các góc hoá trị đều bằng 120o
b Biểu diễn cấu tạo của benzen
Có hai cách biểu diễn cấu tạo của benzen :
2 Đồng đẳng, đồng phân và danh pháp
Khi thay các nguyên tử hiđro trong phân tử benzen (C6H6) bằng các nhóm ankyl, ta được các
ankylbenzen Ví dụ :
C6H5–CH3 C6H5–CH2–CH3 C6H5–CH2–CH2-CH3 …
Metylbenzen (toluen) etylbenzen propylbenzen …
Các ankylbenzen họp thành dãy đồng đẳng của benzen có công thức chung là CnH2n-6 với n 6
Khi coi vòng benzen là mạch chính thì các nhóm ankyl đính với nó là mạch nhánh (còn gọi là
nhóm thế) Ankylbenzen có đồng phân mạch cacbon Để gọi tên chúng, phải chỉ rõ vị trí các nguyên tử C của vòng bằng các chữ số hoặc các chữ cái o, m, p (đọc là ortho, meta, para).
Trang 2II TÍNH CHẤT VẬT LÍ
Benzen và ankylbenzen là những chất không màu, hầu như không tan trong nước nhưng tantrong nhiều dung môi hữu cơ, đồng thời chính chúng cũng là dung môi hoà tan nhiều chất khác.Chẳng hạn benzen hoà tan brom, iot, lưu huỳnh, cao su, chất béo… Các aren (benzen vàankylbenzen) đều là những chất có mùi Chẳng hạn như benzen và toluen có mùi thơm nhẹ, nhưng
có hại cho sức khoẻ, nhất là benzen
III TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
1 Phản ứng thế
b Phản ứng nitro hoá
a Phản ứng halogen hoá
Khi có bột sắt, benzen tác dụng với
brom khan tạo thành brombenzen và khí
hiđro bromua
Toluen phản ứng nhanh hơn benzen
và tạo ra hỗn hợp hai đồng phân ortho và
Trang 3Benzen tác dụng với hỗn hợp HNO3 đặc và H2SO4 đậm đặc tạo thành nitrobenzen :
c Quy luật thế ở vòng benzen
Khi ở vòng benzen đã có sẵn nhóm ankyl (hay các nhóm –OH, –NH2, –OCH3 …), phản ứng thế
vào vòng sẽ dễ dàng hơn và ưu tiên xảy ra ở vị trí ortho và para Ngược lại, nếu ở vòng benzen đã
và ưu tiên xảy ra ở vị trí meta.
Trang 4Benzen không tác dụng với KMnO4 (không làm mất màu dung dịch KMnO4).
Các ankylbenzen khi đun nóng với dung dịch KMnO4 thì chỉ có nhóm ankyl bị oxi hoá Ví dụ :Toluen bị KMnO4 oxi hoá thành kali benzoat, sau đó tiếp tục cho tác dụng với axit clohiđric thì thuđược axit benzoic
● Nhận xét chung : Benzen tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng và
bền vững với các chất oxi hoá Đó cũng là tính chất hoá học đặc trưng chung của các hiđrocacbon
thơm nên được gọi là tính thơm
ankan, hoặc xicloankan :
Etylbenzen được điều chế từ
Toluen được dùng để sản xuất thuốc nổ TNT (trinitrotoluen)
Benzen, toluen và các xilen còn được dùng nhiều làm dung môi
BÀI 2 : STIREN VÀ NAPHTALEN
Trang 5A LÝ THUYẾT
I STIREN
1 Cấu tạo
Stiren là một chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước và không tan trong nước.
Từ kết quả phân tích nguyên tố và xác định phân tử khối, người ta đã thiết lập được công thứcphân tử của stiren là C8H8
Khi đun nóng stiren với dung dịch kali pemanganat rồi axit hoá thì thu được axit benzoic(C6H5–COOH) Điều đó cho thấy stiren có vòng benzen với 1 nhóm thế : C6H5-R và R là C2H3 Stiren làm mất màu nước brom và tạo thành hợp chất có công thức C8H8Br2 Điều đó chứng tỏnhóm C2H3 có chứa liên kết đôi, đó là nhóm vinyl : CH2 = CH–
Vậy công thức cấu tạo của stiren là :
CH CH
C H
Polistiren
Phản ứng trùng hợp đồng thời 2 hay nhiều loại monome gọi là phản ứng đồng trùng hợp Ví dụ :
Halogen (Cl2, Br2), hiđro halogenua(HCl, HBr) cộng vào nhóm vinyl ởstiren tương tự như cộng vào anken
stiren (vinylbenzen, phenyletilen), tnc: -31oC ; ts : 145oC
Trang 6Poli(butađien-stiren), sản phẩm đồng trùng hợp stiren với butađien, còn gọi là cao su buna–S, có
độ bền cơ học cao hơn cao su buna
II NAPHTALEN
1 Tính chất vật lí và cấu tạo
Naphtalen là chất rắn màu trắng, tnc80oC, t 218s oC, thăng hoa ngay ở nhiệt độ thường, có mùi
đặc trưng (mùi băng phiến), khối lượng riêng 1,025 g/cm3 (25oC) ; Không tan trong nước, tan trong
dung môi hữu cơ Công thức phân tử C10H8, cấu tạo bởi hai nhân benzen có chung 1 cạnh
b Phản ứng cộng hiđro (hiđro hoá)
Naphtalen tham gia các phảnứng thế dễ hơn so với benzen
Sản phẩm thế vào vị trí 1 (vịtrí ) là sản phẩm chính
CH 3 COOH
Trang 7B PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ HIĐROCACBON THƠM
I Phản ứng thế (phản ứng clo hóa, brom hóa, nitro hóa)
Naphtalen không bị oxi hoá bởi dung dịch
KMnO4 Khi có xúc tác V2O5 ở nhiệt độ cao
nó bị oxi hoá bởi oxi không khí tạo thành
anhiđrit phtalic
Trang 8Phương pháp giải
Những lưu ý khi làm các bài tập liên quan đến phản ứng thế của hiđrocacbon thơm :
+ Phản ứng clo hóa, brom hóa (t o , Fe) hoặc phản ứng nitro hóa (H 2 SO 4 đặc) đối với hiđrocacbon thơm phải tuân theo quy tắc thế trên vòng benzen.
+ Phản ứng clo hóa, brom hóa có thể xảy ra ở phần mạch nhánh no của vòng benzen khi điều kiện phản ứng là ánh sáng khuếch tán và đun nóng (đối với brom).
+ Trong bài toán liên quan đến phản ứng nitro hóa thì sản phẩm thu được thường là hỗn hợp các chất, vì vậy ta nên sử dụng phương pháp trung bình để tính toán.
Vậy khối lượng clobenzen thu được là : 0,16.112,5= 18 gam
Đáp án C.
Ví dụ 2: Hỗn hợp gồm 1 mol C6H6 và 1,5 mol Cl2 Trong điều kiện có xúc tác bột Fe, to, hiệu suất100% Sau phản ứng thu được chất gì ? bao nhiêu mol ?
A 1 mol C6H5Cl ; 1 mol HCl ; 1 mol C6H4Cl2
B 1,5 mol C6H5Cl ; 1,5 mol HCl ; 0,5 mol C6H4Cl2
C 1 mol C6H5Cl ; 1,5 mol HCl ; 0,5 mol C6H4Cl2
D 0,5 mol C6H5Cl ; 1,5 mol HCl ; 0,5 mol C6H4Cl2
n phản ứng tạo ra hỗn hợp hai sản phẩm là C6H5Cl và C6H4Cl2
Trang 9Phương trình phản ứng :
C6H6 + Cl2 t , Fe o
C6H5Cl + HCl (1)mol: x x x x
C6H6 + 2Cl2 t , Fe o
C6H4Cl2 + 2HCl (2)mol: y 2y y 2y
Ví dụ 4: Hiđrocacbon X là đồng đẳng của benzen có phần trăm khối lượng cacbon bằng 90,56%.
Biết khi X tác dụng với brom có hoặc không có mặt bột sắt trong mỗi trường hợp chỉ thu được mộtdẫn xuất monobrom duy nhất Tên của X là :
Hướng dẫn giải
Đặt công thức phân tử của X là CnH2n-6 (n > 6)
2n 6 100 90,56 Vậy X có công thức phân tử là C8H12
Vì X tác dụng với brom có hoặc không có mặt bột sắt trong mỗi trường hợp chỉ thu được mộtdẫn xuất monobrom duy nhất nên tên của X là: 1,4-đimetylbenzen
Trang 10Đáp án C.
Ví dụ 5: Đốt cháy hoàn toàn a gam hiđrocacbon X thu được a gam H2O Trong phân tử X có vòngbenzen X không tác dụng với brom khi có mặt bột Fe, còn khi tác dụng với brom đun nóng tạothành dẫn xuất chứa 1 nguyên tử brom duy nhất Tỉ khối hơi của X so với không khí có giá trị trongkhoảng từ 5 đến 6 X là
A Hexan B Hexametyl benzen C Toluen D Hex-2-en.
Hướng dẫn giải
Đặt công thức phân tử của X là CxHy
Phương trình phản ứng :
o t
29.5 < 27n < 29.6 5,3 < n < 6,4 n = 6 công thức phân tử của X là C12H18
Trong phân tử X có vòng benzen X không tác dụng với brom khi có mặt bột Fe, còn khi tácdụng với brom đun nóng tạo thành dẫn xuất chứa 1 nguyên tử brom duy nhất nên tên của X là :Hexametyl benzen
Đáp án B.
Ví dụ 6: TNT (2,4,6- trinitrotoluen) được điều chế bằng phản ứng của toluen với hỗn hợp gồm
HNO3 đặc và H2SO4 đặc, trong điều kiện đun nóng Biết hiệu suất của toàn bộ quá trình tổng hợp là80% Lượng TNT (2,4,6- trinitrotoluen) tạo thành từ 230 gam toluen là
A 550,0 gam B 687,5 gam C 454,0 gam D 567,5 gam.
Trang 11Theo phương trình và giả thiết ta thấy khối lượng TNT (2,4,6-trinitrotoluen) tạo thành từ 230gam toluen với hiệu suất 80% là :
Đáp án C.
Ví dụ 7: Nitro hóa benzen được 14,1 gam hỗn hợp hai chất nitro có khối lượng phân tử hơn kém
nhau 45 đvC Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp hai chất nitro này được 0,07 mol N2 Hai chất nitro đó là:
A C6H5NO2 và C6H4(NO2)2 B C6H4(NO2)2 và C6H3(NO2)3
C C6H3(NO2)3 và C6H2(NO2)4 D C6H2(NO2)4 và C6H(NO2)5
Theo giả thiết hỗn hợp hai chất nitro có khối lượng phân tử hơn kém nhau 45 đvC nên phân tử
của chúng hơn kém nhau một nhóm –NO2 Căn cứ vào giá trị số nhóm –NO2 trung bình là 1,4 ta suy
ra hai hợp chất nitro có công thức là C6H5NO2 (nitrobenzen) và C6H4(NO2)2 (m-đinitrobenzen)
Đáp án A.
Ví dụ 8: Nitro hoá bezen thu được hỗn hợp 2 chất hữu cơ X và Y, trong đó Y nhiều hơn X một
nhóm –NO2 Đốt cháy hoàn toàn 12,75 gam hỗn hợp X, Y thu được CO2, H2O và 1,232 lít N2 (đktc).Công thức phân tử và số mol X trong hỗn hợp là :
Trang 12o 2
Ví dụ 1: Tiến hành trùng hợp 10,4 gam stiren được hỗn hợp X gồm polistiren và stiren (dư) Cho X
tác dụng với 200 ml dung dịch Br2 0,15M, sau đó cho dung KI dư vào thấy xuất hiện 1,27 gam iot.Hiệu suất trùng hợp stiren là :
Trang 13Ví dụ 2: Đề hiđro hoá etylbenzen ta được stiren; trùng hợp stiren ta được polistiren với hiệu suất
chung 80% Khối lượng etylbenzen cần dùng để sản xuất 10,4 tấn polisitren là :
Những lưu ý khi làm các bài tập liên quan đến phản ứng oxi hóa hiđrocacbon thơm :
+ Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn : Benzen không bị oxi hóa bởi dung dịch KMnO 4 , các đồng đẳng của benzen bị oxi hóa bởi KMnO 4 khi đun nóng Ví dụ :
Trang 14C6H5-CH2-CH2-CH3 + 2KMnO4+3H2SO4 C6H5COOH + CH3COOH + K2SO4 + 2MnSO4 + 4H2O
+ Phản ứng oxi hóa hoàn toàn : Trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn benzen và các đồng
Ví dụ 1: Để oxi hoá hết 10,6 gam o-xylen (1,2-đimetylbenzen) cần bao nhiêu lít dung dịch KMnO4
0,5M trong môi trường H2SO4 loãng Giả sử dùng dư 20% so với lượng phản ứng
Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn một thể tích hơi hợp chất hữu cơ A cần 10 thể tích oxi (đo cùng điều
kiện nhiệt độ và áp suất), sản phẩm thu được chỉ gồm CO2 và H2O với mCO2 : mH O2 = 44 : 9 Biết
Trang 15Đáp án C.
Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn hiđrocacbon X cho CO2 và H2O theo tỉ lệ mol 1,75 : 1 về thể tích Chobay hơi hoàn toàn 5,06 gam X thu được một thể tích hơi đúng bằng thể tích của 1,76 gam oxi trongcùng điều kiện Nhận xét nào sau đây là đúng đối với X ?
A X không làm mất màu dung dịch Br2 nhưng làm mất màu dung dịch KMnO4 đun nóng
B X tác dụng với dung dịch Br2 tạo kết tủa trắng
Vậy công thức phân tử của X là C7H8
dịch KMnO4 đun nóng (X là toluen: C6H5CH3)
Trang 16Đặt công thức phân tử trung bình của A và B là : C Hn 2n 6
Ví dụ 5: Đốt cháy hết m gam 2 đồng đẳng của benzen A, B thu được 4,05 gam H2O và 7,728 lít
CO2 (đktc) Giá trị của m và số tổng số mol của A, B là :
Trang 17Đáp án B.
Ví dụ 7: A, B, C là ba chất hữu cơ có %C, %H (theo khối lượng) lần lượt là 92,3% và 7,7%, tỉ lệ
khối lượng mol tương ứng là 1: 2 : 3 Từ A có thể điều chế B hoặc C bằng một phản ứng C khônglàm mất màu nước brom Đốt 0,1 mol B rồi dẫn toàn bộ sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịchnước vôi trong dư
a Khối lượng bình tăng hoặc giảm bao nhiêu gam ?
A Tăng 21,2 gam B Tăng 40 gam C Giảm 18,8 gam D Giảm 21,2 gam.
b Khối lượng dung dịch tăng hoặc giảm bao nhiêu gam ?
A Tăng 21,2 gam B tăng 40 gam C giảm 18,8 gam D giảm 21,2 gam.
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết ta thấy A, B, C có cùng công thức đơn giản nhất
n : nC H 92,3 7,7: 1:1
Từ A có thể điều chế B hoặc C bằng một phản ứng; C không làm mất màu nước brom nên A là
C2H2, B là C4H4; C là C6H6 (benzen)
Sơ đồ đốt cháy B :
C4H4
o 2
Trang 18Đáp án AC.
Ví dụ 8: Trộn a gam hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon C6H14 và C6H6 theo tỉ lệ số mol (1:1) với m gam
275agam CO
Trang 19Ví dụ 9: Hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon A và B có khối lượng a gam Nếu đem đốt cháy hoàn toàn
X thì thu được 132a
41 gam CO2 và
45a
đốt cháy hoàn toàn thì thu được 165a
41 gam CO2 và
60,75a
A và B Biết X không làm mất màu dung dịch nước brom và A, B thuộc loại hiđrocacbon đã học
a Công thức phân tử của A là :
Vậy công thức phân tử của A là C6H14
Khi đốt cháy B ta thu được số mol của H2O và CO2 là :
Trang 20Theo giả thiết B không làm mất màu dung dịch nước brom B chỉ có thể là aren CnH2n-6
Câu 2: Trong phân tử benzen :
A 6 nguyên tử H và 6 nguyên tử C đều nằm trên 1 mặt phẳng
B 6 nguyên tử H nằm trên cùng một mặt phẳng khác với mặt phẳng của 6 nguyên tử C.
C Chỉ có 6 nguyên tử C nằm trong cùng một mặt phẳng
D Chỉ có 6 nguyên tử H nằm trong cùng một mặt phẳng.
Câu 3: Trong vòng benzen mỗi nguyên tử C dùng 1 obitan p chưa tham gia lai hoá để tạo ra :
A 2 liên kết pi riêng lẻ B 3 liên kết pi riêng lẻ
C 1 hệ liên kết pi chung cho 6 C D 1 hệ liên kết xigma chung cho 6 C
Câu 4: Cho các công thức :
(1)
(2)
H
(3) Cấu tạo nào là của benzen ?
A (1) và (2) B (1) và (3) C (2) và (3) D (1) ; (2) và (3)
Câu 5: Ankylbenzen là hiđrocacbon có chứa
A vòng benzen B gốc ankyl và vòng benzen
C gốc ankyl và hai vòng benzen D gốc ankyl và một vòng benzen.
Câu 6: Dãy đồng đẳng của benzen (gồm benzen và ankylbenzen) có công thức chung là :
A CnH2n+6 (n 6) B CnH2n-6 (n 3)
C CnH2n-8 (n 8) D CnH2n-6(n 6)
Trang 21Câu 7: Trong các câu sau, câu nào sai ?
A Benzen có CTPT là C6H6
B Chất có CTPT C6H6 phải là benzen
C Chất có công thức đơn giản nhất là CH không chỉ là benzen.
D Benzen có công thức đơn giản nhất là CH.
Câu 8: Câu nào đúng nhất trong các câu sau đây ?
A Benzen là một hiđrocacbon B Benzen là một hiđrocacbon no.
C Benzen là một hiđrocacbon không no D Benzen là một hiđrocacbon thơm.
Câu 9: Stiren có công thức phân tử C8H8 và có công thức cấu tạo : C6H5–CH=CH2 Câu nào đúngkhi nói về stiren ?
A Stiren là đồng đẳng của benzen B Stiren là đồng đẳng của etilen.
C Stiren là hiđrocacbon thơm D Stiren là hiđrocacbon không no.
Câu 10: Chất nào sau đây có thể chứa vòng benzen ?
Trang 23Câu 24: Chất (CH3)2CH–C6H5 có tên gọi là :
A propylbenzen B n-propylbenzen
C iso-propylbenzen D đimetylbenzen.
Câu 25: Iso-propylbenzen còn gọi là :
A.Toluen B Stiren C Cumen D Xilen.
Câu 26: Cho hiđrocacbon thơm :
Tên gọi của hiđrocacbon trên là :
A m-etyltoluen B 3-etyl-1-metylbenzen
C 1-etyl-3-metylbenzen D A, B, C đều đúng.
Câu 27: Cho hiđrocacbon thơm :
Tên gọi của của hiđrocacbon trên là :
CH3
C2H5
Trang 24D
C2H5
Cl
Câu 31: Điều nào sau đâu không đúng khí nói về 2 vị trí trên 1 vòng benzen ?
A vị trí 1,2 gọi là ortho B vị trí 1,4 gọi là para
C vị trí 1,3 gọi là meta D vị trí 1,5 gọi là ortho.
Câu 32: Một ankylbenzen A có công thức C9H12, cấu tạo có tính đối xứng cao Vậy A là :
A 1,2,3-trimetyl benzen B n-propyl benzen
C iso-propyl benzen D 1,3,5-trimetyl benzen.
Câu 33: Một ankylbenzen A (C12H18) cấu tạo có tính đối xứng cao Tên gọi của A là :
A 1,3,5-trietylbenzen B 1,2,4-tri etylbenzen
C 1,2,3-tri metylbenzen D 1,2,3,4,5,6-hexaetylbenzen.
Câu 34: Cho các chất (1) benzen ; (2) toluen; (3) xiclohexan; (4) hex-5-trien; (5) xilen; (6) cumen.
Dãy gồm các hiđrocacbon thơm là :
A (1) ; (2) ; (3) ; (4) B (1) ; (2) ; (5) ; (6).
C (2) ; (3) ; (5) ; (6) D (1) ; (5) ; (6) ; (4).
Câu 35: Gốc C6H5–CH2– và gốc C6H5– có tên gọi là :
A phenyl và benzyl B vinyl và anlyl
C anlyl và vinyl D benzyl và phenyl.
Câu 36: Hoạt tính sinh học của benzen, toluen là :
A Gây hại cho sức khỏe
B Không gây hại cho sức khỏe