bài tập so sánh nhiệt độ sôi của hợp chất hữu cơ

Nhiệt độ sôi hợp chất hữu nhiệt độ mà áp suất bão hòa bề mặt chất lỏng áp suất khí Các yếu tố ảnh hởng đến nhiệt độ sôi chất hữu nghĩa ảnh hởng đến lực hút phân tử ,gồm có : - Phân tử khối ( M ) - Liên kết Hiđrô ( H ) - Lùc hót Van Der Waals - M« men lỡng cực phân tử ( à) Liên kết H Liên kết H giúp phân tử ràng buộc lại với chặt chẻ ,nên cần nhiều lợng để tách phân tử khỏi mạng tinh thể Ta khái quát trờng hợp có liên kết H công thức sau: X - H Y ( X , Y cã thÓ giống khác nhau) Điều kiện cần để hình thành liên kết H nh X phải có khả hút e làm cho liên kết X-H phân cực mà cha đứt thành ion , Y phải có cặp e cha sử dụng, bán kính nguyên tử X, Y phải không đợc lớn Vì ta thờng gặp liên kết H trờng hợp mµ X, Y lµ: F , O , N VD: Liên kết H phân tử ancol R R O H O H O H R NÕu X lµ C mà có nhóm hút e tạo thành liên kết H ( Vd: CHCl3 ) Liên kết H xuất phân tử phân tử ( gọi liên kết H nội phân tử) X- H Y gần mức định VD: CH3 C C O O H HO CH3 O H C O H O F Liên kết H thuộc loại liên kết yếu , luợng liên kết H nhỏ liên kết CHT bình thờng hàng chục lần ( Vd: O-H O 6kcal/mol ; H-O 110,6 kcal / mol ) Lùc hút Van der Waals (VDL ) a, Định nghĩa : Lực hút VDL lực hút tĩnh điện phân tử phân cực tạm thời phân tử b,Phân loại - Lực định hớng : Xuất phân tử có cực nh HCl - Lực cảm ứng :Các phân tử có cực không cùc nh dÉn xuÊt halogen - Lùc khuyÕch t¸n :C¸c phân tử 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 lỡng cực : Xuất phân tử có phân bố điện tích không nghĩa điện tích âm điện tích dơng không trùng nhau,nên xuất lỡng cực gồm hai điện tích trái dấu Độ phân cực biểu thị mô men lỡng cực Mô men lỡng cực nằm phần lực liên kết VDL II Một số qui luật ảnh hởng đến nhiệt độ sôi chất 1) Trong dãy đồng đẳng tos tØ lƯ thn víi khèi lỵng mol ( M) M tăng tos tăng VD1: Trong dãy ankan mạch không nhánh CH4 C2H C3H C4H10 o o o -162 C -89 C -42 C -0,5oC VD2: Trong dãy xicloankan không nhánh C5H12 36oC C3H C4H C5H10 C6H12 o o o - 33 C 13 C 49 C 81oC VD3: Trong dãy đồng đẳng ancol etylic CH3OH 64,7 oC C2H5OH 78,3oC CH3CH2CH2OH 97,2oC CH3CH2CH2CH2OH 117,3oC 2) Với ankan , anken đồng phân t os thờng giảm dần theo mức độ phân nhánh, nhiều nhánh có t os thấp nhánh Tuy nhiên có số nhánh nh nhng phân nhánh dẫn đến làm tăng tính đối xứng phân tử tos cao VD1: So sánh tos đồng phân C6H14 CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3-CH-CH2CH2CH3 69oC 60,3oC CH3-CH2-CH-CH2CH3 CH3 63,3oC CH CH3 CH3- CH - CH-CH3 CH3 CH3 58oC CH3- C - CH2-CH3 49,7oC CH3 3) Đối với chất có đồng phân cis- trans ( Vd: 1số anken ) t os (cis) > tos (trans) m«men lìng cùc ë phân tử dạng trans thấp lực hút lỡng cực giảm tos thấp ( Lu ý: tonc ngợc lại ) VD: cis-but-2-en 3,7oC cis-pent-2-en 37oC trans-but-2-en trans-pent-2-en 0,9oC 36oC 4) Nhiệt độ sôi anken không khác nhiều so với ankan tơng ứng thờng nhỏ h¬n xicloankan t¬ng øng VD: C2H C2H -89oC -105oC C3H8 -42oC C3H6 -48oC Xiclopropan -33oC 5) Anken vµ ankin có liên kết bội đầu mạch có t os cao ankan, anken tơng ứng thấp đồng phân có liên kết bội 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 chất có tồn liên kết hiđro phân tử tos ( nh tonc) chất tăng phân tử chất bị ràng buộc với thành phân tử lớn Và t os cao nhiều so với chất liên kết hiđro có phân tử khối M tơng đơng VD: Nớc , ancol , phenol, amoniac , amin bËc , amin bËc , axit cacboxylic chất chịu chi phối VD1: So sánh nhiệt độ sôi metanol với số hợp chất khác có M t ơng đơng mà liên kết H CH3OH (M= 32) C2H6 (M= 30) CH3F ( M= 34) o o 65 C - 89 C -78oC VD2: So sánh cặp chất có liên kết H liên kết H H2O 100oC H2S - 62oC C6H5OH 182oC C6H5SH 172oC CH3OH 65oC CH3SH oC 7) Nếu phân tử tạo thành liên kết H bền làm tăng nhiệt độ sôi chất phenol , cặp electron p ngtử O nhóm OH hệ thống e nhân thơm liên hợp ( p- ) Sự dịch chuyển mật độ e vào phía nhân thơm khiến cho liên kết O-H phenol phân cực ancol Do phenol tạo liên kết H mạnh ë ancol → tos (phenol) > tos (ancol) VD: C6H5-OH 41oC , C6H11-OH 25,5oC  ë axit cacboxylic còng cã liên kết H bền ancol nhóm O-H phân cực mạnh , khác với ancol, axit cacboxylic thờng tạo đime vòng dạng polime tos (axit cacboxylic) > tos (ancol) R O O C C O VD: CH3COOH H 118,2oC H R O , C2H5OH 78,3oC Liên kết hiđro N-H N yếu liên kết hiđro O-H O nên điểm sôi amin thấp ancol có M tơng đơng VD: CH3NH2 ( -6,5oC) < CH3OH ( 65oC )  Ancol cã bËc cµng cao cµng cã nhiỊu nhóm ankyl đẩy e phân cực liên kết O-H giảm liên kết H phân tử ancol bền tos giảm VD: CH3CH2CH2OH (92,7oC) > CH3CHOHCH3 (82,3oC ) 8) Trong liªn kết H phân tử làm tăng t os chất liên kết H nội phân tử lại không gây ảnh hởng đợc nh ( thờng làm giảm tos ) Nếu nhóm vòng benzen liên kết H đồng phân o- , p- nói chung có tos gần nh Nhng nhóm có liên kết H đồng phân o- ( có liên kết H nội phân tử ) có tos thấp so với đồng phân p- ( có liên kết H phân tử ) VD: O OH H NH2 tos = 145oC ( phân tử có liên kết H néi ph©n tư ) tos = 174oC NH2 ( ph©n tử có liên kết H liên phân tử ) 9) Đa nhóm đơn giản vào vòng benzen làm tăng nhiệt độ sôi Còn đa nhóm vào vòng benzen , chúng tạo liên kết hiđro nội phân tử nhiệt độ sôi thấp đồng phân tạo liên kết hiđro liên phân tử VD : C6H5-Y ( với Y nhóm thÕ kh¸c ) -H 80oC - CH3 110oC - C2H5 136oC - Cl 132oC - CHO 179oC - COOH 249oC - OH 181oC 10) §èi víi dÉn xt R-X , liên kết H , nhiệt độ sôi cao X hút e mạnh → µ cµng lín C4H9-Cl (M=92,5) µ (D) = 1,86 tos = 78oC C4H9-CHO (M=86) µ (D) = 2,49 tos = 103oC C3H7-NO2 (M=89) µ (D) = 3,15 tos = 131oC Lu ý : Anđehit xeton dạng nguyên chất liên kết H liên phân tử , nhng trạng thái dung dịch có liên kết H với nớc III Một số tập Câu 1: a) HF cã µ (D) = 1,91 vµ tos = 19,34oC C2H5-F cã µ (D) = 1,80 vµ tos = - 37,7oC Tại lại có khác biệt này? b) Hai amin có phân tử khối (CH 3)3 N CH3CH2CH2NH2 chất sôi 49oC , chất lại sôi 3oC Hỏi chất sôi nhiệt độ nào? Câu 2: So sánh nhiệt độ sôi chất sau giải thích ? n- hexan (1) , iso butan (2) , 3-metylpentan (3) 2,3-đimetyl butan (4) Câu 3: Sắp xếp theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi chất sau: a) C2H5OH , CH3-O-CH3 , CH3CH2CH2OH , C2H5Cl , CH3COOH OH OH OH OH b) , , , C2H5OH , C4H10 , iso - C4H10 OH Câu : Đối với hợp chất tơng tự hợp chất có khối lợng phân tử lớn thờng có tos cao Vậy H2S lại có tos thấp cña H2O ? tos (H2S ) = 61oC , tos (H2O ) = 100oC Câu : Cho chất sau : HCOOCH3 , CH3CH2CH2OH , CH3COOCH3 , CH3COOC2H5 ,CH3CH2COOH , CH3CH2CH2COOH Chất có nhiệt độ sôi thấp nhất? Vì sao? Câu : Cho biết cặp chất sau , chất có nhiệt độ sôi cao hơn? giải thích ? a) CH3COOH CH3CHO b) C2H5OH C2H5Br c) CH3COOH CH3COOC2H5 Câu 7: Sắp xếp theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi chÊt sau ? gi¶i thÝch ? a) CH3NH2 , CH3OH , CH3-CH3 b) n-C4H9NH2 , n-C4H9OH , C2H5N(CH3)2 C©u 8: Gi¶i thÝch a) ancol butylic (tos =117,4oC ) > iso-butylic (tos =108oC ) > sec butylic (tos =100oC) > tert butylic (tos =83oC ) b) cis-but-2-en (tos = 3,7oC) > trans-but-2-en (tos = 0,88oC) Câu 9: Cho chất sau: Butan , propylamin , trimetylamin , ancol propylic , isobutan Sắp xếp chất theo trình tự nhiệt độ sôi tăng dần ? Câu 10: Cho biết nhiệt độ sôi chất X 36 oC , chất Y lµ 28oC , chÊt Z lµ 9,4oC VËy X , Y , Z lµ chÊt nµo : neopentan , isopentan hay pentan ? Câu 11 : Giải thích chênh lệch t os isobutan ( -10,2oC) (CH3)3N (+ 3,5oC ) nhỏ nhiều so với chênh lệch t os n-butan ( -0,5oC) n- propylamin (48,7oC ) ? Câu 12 : Giải thÝch t¹i sao? CH3 CH CH3 ; CH3 OH C CH3 ; CH3 O to = 82oC s C CH2 CH3 57oC -7oC Câu 13 :Giải thích khác nhiệt độ sôi dãy chất sau: 80oC CH3 C2H5 OH 110oC 136oC 182oC OCH3 155oC Câu 14: Giải thích khác nhiệt độ sôi dãy chÊt sau: NO2 NO2 NO2 OH Cl OH a) 214oC 279oC 239oC N N o 115 C N (2) ; (1) ; b) S o 117 C (4) (3) ; N N N H H 187oC o 256 C C©u 15: Viết CTCT gọi tên đồng phân C4H9Cl ? Sắp xếp chúng theo thứ tự nhiệt độ sôi tăng dần? iV Hớng dẫn trả lời Câu : Chất có liên kết H tos cao a) HF có lk H , C2H5-F không tạo lkH b) (CH3)3 N không tạo lkH , CH3CH2CH2NH2 tạo lkH Câu : tos giảm dần theo mức độ phân nhánh , số nhánh chất đối xứng cã tos cao h¬n → > > > C©u 3: a) ancol , axit cã lkH nhng ë axit bỊn h¬n→ tos cao h¬n , cïng chức ancol so sánh M , nhóm liên kết H dựa vào độ phân cực M ®Ĩ so s¸nh CH3-O-CH3 < C2H5Cl < C2H5OH < CH3CH2CH2OH < CH3COOH b) Các hợp chất thuộc loại phenol ancol cã liªn kÕt H nhng phenol cã tos cao , vòng benzen có nhóm OH kề tạo đợc liên kết H nội phân tử tos thấp vòng benzen có nhóm OH vị trí para( tạo liên kết H liên phân tử ), vòng có nhóm OH có tos thấp vßng cã nhãm 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 tos cao , este không tạo liên kết H nên tos thấp , este có M lín tos cµng cao → HCOOCH3 cã tos thÊp nhÊt Câu 6: Chất có liên kết H tos cao h¬n a) CH3COOH > CH3CHO b) C2H5OH > C2H5Br c) CH3COOH > CH3COOC2H5 Câu 7: Amin bậc ancol có liên kết H amin bậc , ankan liên kết H Tuy liên kết hiđro N-H N yếu liên kết hiđro O-H O nên điểm sôi amin thấp ancol có M tơng đơng a) CH3-CH3 < CH3NH2 < CH3OH b) C2H5N(CH3)2 < n-C4H9NH2 < n-C4H9OH C©u 8: a) ancol butylic (tos =117,4oC ) > iso-butylic (tos =108oC ) > sec butylic (tos =100oC) > tert butylic (tos =83oC ) do: Ancol có bậc cao có nhiều nhóm ankyl đẩy e phân cực liên kết O-H giảm liên kết H phân tử ancol bền tos giảm iso-butylic bậc với ancol butylic nhng có nhánh nên làm tos thấp h¬n b) cis-but-2-en (tos = 3,7oC) > trans-but-2-en (tos = 0,88oC) do: momen lỡng cực phân tử dạng trans bị triệt tiêu (à = ) , nên phân tử không phân cực , lực hút lỡng cực giảm tos giảm, dạng cis có Câu 9: Amin bậc ancol có liên kết H amin bậc , ankan liên kết H Tuy liên kết hiđro N-H N yếu liên kết hiđro O-H O nên điểm sôi amin thấp ancol có M tơng đơng Cùng đồng phân ankan ankan có nhánh có tos thấp , chất liên kết H so sánh M isobutan < Butan < trimetylamin < propylamin < ancol propylic C©u 10: Trong d·y ankan nhiệt độ sôi giảm dần theo mức độ phân nhánh chất X pentan( 36oC ), chất Y lµ isopentan( 28oC) , chÊt Z lµ neopentan( 9,4oC) Câu 11: Giữa isobutan ( -10,2oC) (CH3)3N (+ 3,5oC ) nhỏ nhiều so với chênh lệch tos n-butan ( -0,5oC) n- propylamin (48,7oC ) do: isobutan (CH3)3N liên kết H có M tơng đơng nên chênh lệch t os không lớn n-butan liên kết H n- propylamin cã liªn kÕt H nªn t os cao nhiều nên chênh lệch tos lớn Câu 12: CH3 CH CH3 ; CH3 C OH CH3 ; CH3 O to = 82oC s C CH2 CH3 57oC -7oC Ancol cã liªn kÕt H nªn tos cao nhÊt , axeton isobuten có M tơng đơng liên kết H nhng axeton phân tử có phân cực lớn ( = 2,88 D), isobuten phân cùc bÐ (µ = 0,5 D ) → lùc hót vandervan axeton đáng kể tos cao Câu 13: 80oC CH3 C2H5 OH 110oC 136oC 182oC OCH3 155oC Vì phenol có liên kết H nên tos cao , chất lại liên kết H nên chất có M lớn có tos cao Câu 14: NO2 NO2 NO2 OH Cl OH a) 214oC 279oC 239oC p- nitrophenol cã liªn kÕt H liên phân tử nên tos cao p-clo nitrobenzen liên kết H có M lớn o-nitrophenol mà o-nitrophenol có liên kết H nội phân tử làm tos giảm N N o 115 C N (2) ; (1) ; b) S o 117 C (4) (3) ; N N N H H 187oC o 256 C Chất (1 ) (2) liên kết H nên tos thấp chất có M lớn tos cao Hai chất lại có liên kết H nên tos cao hơn, nhng chất (3) có liên kết H liên phân tử , chất (4) hình thành liên kết H dạng đime nên chất (3) cã tos cao h¬n ... tử khối (CH 3)3 N CH3CH2CH2NH2 chất sôi 49oC , chất lại sôi 3oC Hỏi chất sôi nhiệt độ nào? Câu 2: So sánh nhiệt độ sôi chất sau giải thích ? n- hexan (1) , iso butan (2) , 3-metylpentan (3)... cacboxylic chất chịu chi phối VD1: So sánh nhiệt độ sôi metanol với số hợp chất khác có M t ơng đơng mà liªn kÕt H CH3OH (M= 32) C2H6 (M= 30) CH3F ( M= 34) o o 65 C - 89 C -78oC VD2: So sánh cặp chất. .. 0,88oC) Câu 9: Cho chất sau: Butan , propylamin , trimetylamin , ancol propylic , isobutan Sắp xếp chất theo trình tự nhiệt độ sôi tăng dần ? Câu 10: Cho biết nhiệt độ sôi chất X lµ 36 oC , chÊt