Lí thuyết hiđrocacbon

HIĐROCACBON A ANKAN ≥ I Công thức tổng quát: CnH2n+2 (n 1) - Đặc điểm cấu tạo: Ankan hiđrocacbon no mạch hở phân tử có liên kết đơn C−H - Tên gọi CTPT CH4 C2H6 C3H8 C4H10 Công thức cấu tạo CH4 CH3−CH3 CH3−CH2−CH3 Tên gọi Metan Etan Propan Butan (n-Butan) 2-metyl propan CH3−CH2−CH2−CH3 CH3−CH−CH3 │ CH3 - Từ C1 - C4: khí, C5 - C18: lỏng, C19 trở đi: rắn II Chất đại diện: CH4 Tính chất vật lí: Metan chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng tan nước Tính chất hóa học a/ Phản ứng oxi hóa CH4 + 2O2 t → Tổng quát: CnH2n+2 + CO2 + 2H2O 3n + O2 t → nCO2 + (n+1)H2O ( n CO2 < n H 2O ) b/ Phản ứng với clo (Phản ứng đặc trưng) CH4 + Cl2 as → CH3Cl + HCl Metyl clorua * Nguyên tử Cl thay nguyên tử H phân tử metan CH3Cl + Cl2 as → CH2Cl2 + HCl Metyl clorua CH2Cl2 + Cl2 as → CHCl3 + HCl Clorofom Gpc686@gmail.com-0886838606 CHCl3 + Cl2 as → CCl4 + HCl Tetraclorua cacbon * Phản ứng đặc trưng hợp chất có liên kết đơn C-H Phản ứng tách: CH3 - CH3 t → CH2 = CH2 + H2 XT , p  → CH + C H XT , p  → C H + C H CH3-CH2-CH2-CH3 XT , p  → C H + H (Dưới tác dụng t0, xúc tác ankan bị tách H mà bị bẽ gảy liên kết C-C tạo phân tử nhỏ hơn) Điều chế - Trong PTN: Cho natri axetat CH3COONa tác dụng với hỗn hợp vôi xút (NaOH +CaO) o CH3COONa + NaOH t  → CaO CH4 + Na2CO3 - Trong công nghiệp: + Tách từ khí thiên nhiên, khí dầu mỏ + Hoặc: o C + 2H2 t ;xt  → CH4 o CO + 3H2 t ;xt  → CH4 + H2O Al4C3 + 12H2O → 3CH4 + 4Al(OH)3 Bài tập 1: Một khí tự nhiên chứa 96% CH4; 2% CO2 2% tạp chất khơng cháy (theo thể tích) Đốt cháy hốn tồn khí dẫn sản phẩm vào bình đựng nước vơi dư thu 80 gam kết tủa Tính thể tích khí ban đầu (ở đktc) Đ/s: 0,82.22,4 = 18,368 lít Bài tập 2: * Đốt cháy hoàn toàn hiđrocacbon X, sản phẩm cháy thu cho hấp thụ hết vào 200ml dung dịch Ca(OH)2 1M thấy có 10g kết tủa khối lượng bình đựng dung dịch Ca(OH)2 tăng 16,8g Lọc bỏ kết tủa cho nước lọc tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư lại thu kết tủa Tổng khối lượng lần kết tủa 39,7g CTPT X là: A.C3H8 B C3H6 C.C3H4 D.kết qủa khác Gpc686@gmail.com-0886838606 B ANKEN (Olefin) ≥ I Công thức tổng quát: CnH2n (n 2) - Đặc điểm cấu tạo: Anken hiđrocacbon không no mạch hở phân tử có liên kết đơi C=C - Tên gọi CTPT C2H4 C3H6 C4H8 C5H10 Công thức cấu tạo CH2=CH2 CH2=CH2−CH3 CH2=CH2−CH2−CH3 CH2=CH−CH2−CH3 Tên gọi Eten (Tên thường gọi: Etilen) Propilen Butilen – metyl but-1-en │ CH3 CH2=CH2−CH−CH3 – metyl but-1-en │ CH3 - Từ C1 - C4: khí, C5 trở chất lỏng rắn II Chất đại diện: Etilen: C2H4 - CTCT: CH2=CH2 - Đặc điểm cấu tạo: Trong phân tử etilen có liên kết đơi, có liên kết bền liên kết bền dễ bị đứt phản ứng hóa học (để trở thành liên kết đơn CC) Tính chất vật lí: Etilen chất khí khơng màu, khơng mùi, tan nước Tính chất hóa học a/ Phản oxi hóa + Oxi hóa hồn tồn C2H4 + 3CO2 t → Tổng quát: CnH2n + 3n 2CO2 + 2H2O O2 t → nCO2 + nH2O ( + Oxi hoá kali pemanganat 3CH2=CH2 +2KMnO4 + 4H2O → n CO2 = n H2O ) 3HO-CH2-CH2-OH + 2KOH + 2MnO2↓ Tím (Hoặc viết gọn: 3C2H4 +2KMnO4 + 4H2O Khơng màu → đen 3C2H4(OH)2 + 2KOH + 2MnO2↓) Gpc686@gmail.com-0886838606 b/ Phản ứng cộng - Cộng Br2 (phản ứng làm màu dd brom) CH2=CH2 + Br2 → CHBr–CHBr 1, 2-Đibrom etan - Cộng H2 o CH2=CH2 + H2 t Ni,   → CH3–CH3 o TQ: CnH2n+H2 t Ni,   → CnH2n+2 - Cộng HX (HCl, H2O…) o CH2=CH2 + HCl t ;xt  → CH3–CH2Cl o CH2=CH2 + H2O t ;xt  → CH3–CH2OH c/ Phản ứng trùng hợp (Là phản ứng cộng nhiều phân tử etilen tạo thành phân tử lớn gồm nhiều mắt xích, mắt xích phân tử etilen) … +CH2=CH2+CH2=CH2+CH2=CH2+… , xt , p t → …-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-… Viết gọn: nCH2=CH2 , xt , p t → (-CH2-CH2-)n Poli etilen (P.E) * Các phân tử có liên kết đơi có khả tham gia phản ứng trùng hợp Điều chế - Trong phòng thí nghiệm C2H5OH SO4 ,17 C H  → C2H4 + H2O - Trong công nghiệp: CnH2n+2 , xt , p t → CnH2n + H2 (VD: CH3-CH3 , xt , p t → CH2=CH2 + H2) CH ≡ CH + H2 , xt , p t → CH2=CH2 Nhận biết - Dùng dd Br2: Làm màu dd brom (màu da cam) CH2= CH2 + Br2  CH2Br – CH2Br - Làm màu dd thuốc tím, xuất kết tủa nâu đen (MnO2) Gpc686@gmail.com-0886838606 3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O  3CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH Bài tập 1: Trình bày phương pháp hố học nhận biết bình đựng khí riêng biệt metan, etilen, cacbonic Viết PTHHH minh hoạ Gợi ý: Cách 1: Dẫn khí qua dd nước vơi Ca(OH)2 dư, khí phản ứng cho kết tủa trắng khí CO2 CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O Hai khí lại dẫn qua dung dịch brom lỗng, khí phản ứng làm màu dung dịch brom khí etilen, lại khí metan CH2= CH2 + Br2  CH2Br – CH2Br Cách 2: Dẫn khí qua bình đựng dung dịch KMnO4, khí làm màu dung dịch thuốc tím khí etilen 3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O  3CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH Hai khí lại dẫn qua nước vơi dư, khí cho kết tủa trắng khí CO2, khí lại metan CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O Bài tập 2: Hỗn hợp A gồm CH4 C2H4 tích 3,36 lít có khối lượng gam a/ Tính phần trăm theo thể tích theo khối lượng khí A b/ Dẫn 1,68 lít khí A (ở đktc) qua dd nước brom dư thấy khối lượng bình tăng m gam Tính m Đ/s: a/ %VCH4=66,67%; %VC2H4=33,33% %mCH4=53,33%; %mC2H4=46,67% b/ mC2H4=0,7 gam Bài tập 3: Đốt cháy hồn tồn 1,12 lít hiđrocacbon X thể khí thu 3,36 lít CO2 (ở đktc) 2,7 gam nước Tìm CTPT hiđrocacbon X Biết dX/KK = 1,45 Đ/s: C3H6 Bài tập 4: Đốt cháy lít hiđrocacbon B cần lít oxi, kết thúc phản ứng thu lít CO2 lít nước Hãy xác định CTPT B (Cho thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ áp suất) Hướng dẫn: ≥ - Vì nCO2 = nH2O => B thuộc ankin => CTTQ CnH2n (n 2) - Zả sử có mol chất B phản ứng tạo mol CO2 mol H2O 264g CO2 108g H2O Gpc686@gmail.com-0886838606 72g C 12g H m B 72 + 12 = = 42g ⇒ 12n + 2n = 42 nB MB = => => n = - Vậy CTPT X C3H6 Câu 51: Cho 10 lít hỗn hợp khí (54,6oC; 0,8064 atm) gồm olefin lội qua bình dung dịch brom dư thấy khối lượng bình brom tăng 16,8 gam CTPT anken (Biết số C anken không vượt 5) A C2H4 C5H10.B C3H6 C5H10 C C4H8 C5H10 D A B C ANKIN ≥ I Công thức tổng quát: CnH2n-2 (n 2) - Đặc điểm cấu tạo: Ankin hiđrocacbon không no mạch hở phân tử có liên kết ba C≡C - Tên gọi CTPT C2H2 Công thức cấu tạo CH≡CH Tên gọi Etin (Tên thường gọi: Axetilen) C3H4 CH≡C−CH3 Propin C4H6 CH≡C−CH2−CH3 But-1-in C5H8 CH≡C−CH2−CH2−CH3 Pent-1-in CH2−C≡C−CH2−CH3 Pent-2-in II Chất đại diện: Axetilen: C2H2 - CTCT: CH≡CH - Đặc điểm cấu tạo: Trong phân tử axetilen có liên kết ba, có liên kết bền liên kết bền dễ bị đứt phản ứng hóa học (để trở thành liên kết đơn CC) Tính chất vật lí: axetilen chất khí khơng màu, khơng mùi, tan nước Tính chất hóa học a/ Phản oxi hóa + Oxi hóa hồn tồn 2C2H2 + 5CO2 Tổng qt: CnH2n + t → 3n − 4CO2 + 2H2O O2 t → nCO2 + (n-1)H2O ( n CO2 > n H2O ) Gpc686@gmail.com-0886838606 + Oxi hoá kali pemanganat (sản phẩm tùy thuộc vào môi trường) - Mơi trường KMnO4 3C2H2 + 8KMnO4  3K2C2O4 + 8MnO2nâu ñen + 2KOH + 2H2O -Môi trường axit H2SO4 C2H2 + 2KMnO4 + 3H2SO4  2CO2 + K2SO4 + 2MnSO4 + 4H2O b/ Phản ứng cộng - Cộng Br2 (phản ứng làm màu dd brom) → CH ≡ CH + Br2 CHBr = CHBr CHBr = CHBr + Br2 - Cộng H2 → CHBr2–CHBr2 o CH ≡ CH + H2 Pd,t  → CH2 = CH2 o CH ≡ CH + 2H2 t Ni,   → CH3–CH3 o Tổng quát: CnH2n-2 + H2 Pd,t  → CnH2n o CnH2n-2 + 2H2 t Ni,   → CnH2n+2 - Cộng HX (HCl, H2O…) o HC≡CH + H2O t ;xt  → CH3–CHO (Anđehit axetic) o HC≡CH + HCl t ;xt  → CH2=CH(Cl) (Vinyl clorua) c/ Phản ứng ion kim loại CH ≡ CH + 2AgNO3 + 2NH3 → CAg ≡ CAg↓ + 2NH4NO3 Màu vàng (Bạc axetilenua) * Phản ứng tạo kết tủa vàng dùng để nhận biết ankin có nối ba đầu mạch (Chỉ có ankin có nối ba đầu mạch có tính chất này) d/ Phản ứng đime : o 2CH ≡ CH t ;xt  → CH2 = CH – C ≡ CH (vinyl axetilen) Phản ứng trime : 3CH ≡ CH C6H6 (benzen) Phản ứng trùng hợp Gpc686@gmail.com-0886838606 o nCH ≡ CH t ;xt  → (–CH = CH – )n (Cupren) Điều chế - Trong phòng thí nghiệm: Từ đất đèn (Canxi cacbua CaC2)Hồ quang điện CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2 - Trong công nghiệp: o + Từ CH4: + Từ C H2: 2CH4 1500 C  → 2C + H2 C2H2 + 3H2 Ho quang đien  → 3000o C 2CH2 Nhận biết - Dùng dd Br2: Làm màu dd brom (màu da cam) CH ≡ CH + 2Br2  CHBr2–CHBr2 - Làm màu dd thuốc tím, xuất kết tủa nâu đen (MnO2) 3CH ≡ CH + 8KMnO4 + 4H2O  (COOH)2 + 8MnO2 + 8KOH Bài tập 1: Cho 0,56 lít khí A gồm CH4 C2H4 (ở đktc) tác dụng hết với dd chứa 5,6 gam brom Tính % thể tích khí A Đ/s: 60% 40% Bài tập 2: Dẫn 3,36 lít hỗn hợp A gồm propin etilen vào lượng dư dung dịch AgNO3 NH3 thấy 0,840 lit khí có m gam kết tủa Các thể tích đo đktc a) Tính phần trăm thể tích khí A b) Tính m Hướng dẫn: a) - Tổng số mol hỗn hợp khí: 3,36 =0,15mol 22,4 Khí khí etilen có số mol là: 0,840 =0,0375 mol 22,4 Số mol propin = 0,15 – 0,0375 = 0,1125 mol Vậy %VC2H4 = 25% % VC3H4 = 75% b) m = 0,1125 x 147,0 = 16,54 gam D AREN (Hiđrocacbon thơm) Gpc686@gmail.com-0886838606 ≥ I Công thức tổng quát: CnH2n-6 (n 6) - Đặc điểm cấu tạo: Aren hiđrocacbon thơm mạch vòng có vòng cạnh gồm liên kết đôi xen kẽ liên kết đơn II Chất đại diện: Benzen: C6H6 - CTCT: Tính chất vật lí - Các hiđrocacbon thơm nhẹ nước - Nhiệt độ nóng chảy giảm dần Tính chất hóa học: Do có cấu tạo đặc biệt nên - Nhiệt độ sôi tăng dần phân tử benzen có khả tham gia phản ứng dễ phản ứng cộng a/ Phản ứng oxi hóa C6H6 + 15 O2  6CO2 + 3H2O b/ Phản ứng với nước brom (nguyên chất) gọi phản ứng brom o C6H6 + Br2 Fe,t  → C6H5Br + HBr Brom benzen C6H6 + HO-NO2 H SO4  → C6H5-NO2+H2O c/ Phản ứng cộng C6H6 + 3Cl2 as → C6H6Cl6 C6H6 + 3H2 Ni ,t  → C6H12 * Chú ý: + Benzen không làm màu dd brom + Benzen vừa có phản ứng cộng, vừa có phản ứng thế, phản ứng phản đặc trưng (đk: Fe bột, to) Điều chế - Từ C2H2: 3C2H2 t ,xt  → C6H6 Gpc686@gmail.com-0886838606 - Tách H2 từ C6H12: C6H12 t ,xt  → C6H6 + 3H2 - Từ C6H14: C6H14 t ,xt  → C6H6 + 4H2 - Từ axit benzoic: t  → C6H5COOH + NaOH C6H6 + Na2CO3 Lưu ý: Khi toán cho thiếu kiện ta phải biện luận - Nếu cho hiđrocacbon thể khí số ngun tử C ≤ - Số nguyên tử H chẵn ≤ 2C + Giả sử với hợp chất CxHy => y ≤ 2x + + Với ankan: y = 2x+2 + Với anken: y = 2x + Với ankin: y = 2x – Ví dụ: Khi phân tích 1,7 gam chất hữu A thu 5,5 gam CO2 1,8 gam nước Hãy tìm CTPT viết CTCT A Hướng dẫn: - Tìm CTĐGN (C5H8)n - Vì nCO2 > nH2O => A ankin => 8n = 2.5n-2 => n = => CTPT C5H8 Bài tập 1: Đốt cháy hoàn toàn hiđrocacbon A với lượng vừa đủ khí oxi, dẫn hỗn hợp khí sản phẩm qua dd H2SO4 đặc thể tích khí giảm nửa - Tìm CTTQ A - Nếu thí nghiệm thể tích giảm 5/9 CTPT A gì? Hướng dẫn * Vì đốt cháy hồn toàn hiđrocacbon A => SP sau pư CO2 nước - PTHH CxHy + y (x + ) O2 → xCO2 + y H2O - Theo thể tích khí giảm thể tích H2O => nH2O > nCO2 Vậy A ankan; CTTQ CxH2x+2 n H2O = (n H2 O + n CO2 ) n H2O = 5 n H O + n CO2 ⇔ n H2O = n CO2 9 9 * Nếu thể tích khí giảm 5/9 tức Gpc686@gmail.com-0886838606 n H 2O = ( - PTHH CnH2n+2 + ⇒ n +1 = 3n + ) n CO O2 → nCO2 + (n + 1)H2O n⇒n=4 - Vậy CTPT cảu A C4H10 Bài tập 2: Đốt cháy 12 cm3 hiđrocacbon A thể khí 60 cm3 O2 dư Sau làm lạnh nước đưa nhiệt độ ban đầu thể tích khí lại 48 cm3, 24 cm3 bị hấp thụ dd KOH dư, phần lại hấp thụ với P Tìm CTPT A Biết thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ áp suất Hướng dẫn - Gọi CT A CxHy - PTHH: CxHy + y (x + ) O2 → xCO2 + y H2O CO2 + 2KOH → K2CO3 + H2O 5O2 + 4P → 2P2O5 (1) (2) (3) - Theo (2) VCO2 = 24 cm3 Theo (3) VO2(dư) = 48 - 24 = 24 cm3 Theo (1) ta có tỉ lệ Với Với x+y/4 x = = 12 36 24 x = ⇒x=2 12 24 x+y/4 = ⇒y=4 12 36 - Vậy CTPT A C2H4 Bài tập 3: Đốt cháy hoàn tồn hỗn hợp khí X gồm hiđrocacbon A O2 dư thu hỗn hợp khí nước Làm lạnh hỗn hợp thể tích giảm 50% Nếu cho hỗn hợp lại qua dd KOH dư thể tích giảm 83,3% Hãy xác định CTPT A Hướng dẫn - Gọi CT A CxHy Gpc686@gmail.com-0886838606 - PTHH: CxHy + y (x + ) O2 → xCO2 + y H2O CO2 + 2KOH → K2CO3 + H2O (1) (2) Cách 1: - Gọi nO2(dư) = z mol => sau phản ứng có x mol CO2; y/2 mol H2O z mol O2 dư - Khi làm lạnh chie có H2O ngưng tụ, thể tích giảm thể tích H2O Ta có: y y = (x + + z) 2 (I) - Mặt khác cho hỗn hợp qua dd KOH dư, thể tích giảm thể tích CO2 x= Ta có 83,3 x (x + z) ⇒ z = 100 ⇒ - Từ (I) (II) (II) y y x x = (x + + ) ⇒ = 2 y 12 => CTPT A C5H12 Cách 2: - Đặt thể tích hỗn hợp gồm: O2(dư), CO2 nước a lít => VH2O = 0,5a lít = VCO2 + VH2O - Theo (2) VCO2 = 83,3.0,5a/100 = 0,4165a lít - Vì VH2O > VCO2 => A ankan ( - PTHH ⇒ CnH2n+2 + VH 2O VCO2 = 3n + ) O2 → nCO2 + (n + 1)H2O n +1 0,5a = ⇒n=5 n 0, 4165a - Vậy CTPT A C5H12 Bài tập 4: Cho 100 ml hỗn hợp gồm hiđrocacbon X CO2 trộn vào 200 ml O2 dấy dư đốt cháy Sau cháy thu 270 ml khí, cho qua bột CaCl2 210 ml, cho hỗn hợp khí lại qua dd KOH dư thấy lại 50 ml, 50 ml khí hấp thụ hết P Tìm CTPT X Biết thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ áp suất Hướng dẫn - Gọi CT A CxHy - PTHH: CxHy + y (x + ) O2 → xCO2 + y H2O (1) Gpc686@gmail.com-0886838606 CO2 + 2KOH → K2CO3 + H2O (2) - Khi cho hỗn hợp khí qua CaCl2 hỗn hợp khí 210 ml => Vgiảm = VH2O = 60 ml - Khi cho hỗn hợp khí qua dd KOH dư 50 ml => Vkhí giảm = VCO2 = 160 ml - Khi cho hỗn hợp qua P O2 bị hấp thụ hết => VO2(dư) = 50 ml - Theo (1) VO2(pư) = 200 – 50 = 150 ml - Goi V1 thể tích CxHy; V2 thể tích CO2 hỗn hợp - Ta có hệ PT: V1 + V2 = 100 VO2(pư) = (x + y/4).V1 = 150 VH2O = y/2.V1 = 60 VCO2(ở 1) + VCO2 ban đầu = x.V1 + V2 = 60 - Giải hệ PT được: V1 = 40; V2 = 60; x = 2; y = - Vậy CTPT X C2H2 Bài tập 5: Hỗn hợp A gồm hiđrocacbon thể khí C2xHy CxH2y (x, y chất có giá trị nhau) Đốt bình kín hỗn hợp khí B gồm 1,12 lít A 12,992 lít khơng khí (ở đktc) Sau hiđrocacbon cháy hết, làm ngưng tụ hoàn toàn nước ta hỗn hợp khí D Xác định CTPT hiđrocacbon % thể tích chất A Biết oxi chiếm 20% thể tích khơng khí lại nitơ tỉ lệ khối lượng phân tử chất A 1,625; % VN2 D - %VN2 B = 12,275% Gpc686@gmail.com-0886838606 ... 1,12 lít hiđrocacbon X thể khí thu 3,36 lít CO2 (ở đktc) 2,7 gam nước Tìm CTPT hiđrocacbon X Biết dX/KK = 1,45 Đ/s: C3H6 Bài tập 4: Đốt cháy lít hiđrocacbon B cần lít oxi, kết thúc phản ứng thu lít... C2H2 Bài tập 5: Hỗn hợp A gồm hiđrocacbon thể khí C2xHy CxH2y (x, y chất có giá trị nhau) Đốt bình kín hỗn hợp khí B gồm 1,12 lít A 12,992 lít khơng khí (ở đktc) Sau hiđrocacbon cháy hết, làm ngưng... C5H12 Cách 2: - Đặt thể tích hỗn hợp gồm: O2(dư), CO2 nước a lít => VH2O = 0,5a lít = VCO2 + VH2O - Theo (2) VCO2 = 83,3.0,5a/100 = 0,4165a lít - Vì VH2O > VCO2 => A ankan ( - PTHH ⇒ CnH2n+2 + VH