CHUYÊN đề 7 đại CƯƠNG hóa học hữu cơ

Chuyên đề ĐẠI CƯƠNG HÓA HỌC HỮU CƠ A LÍ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I KHÁI NIỆM VỀ CẤU TRÚC PHÂN TỬ Cấu tạo • Cấu tạo hóa học cho biết thành phần nguyên tổ phân tử, trật tự liên kết kiểu liên kết hóa học nguyên tử phân tử • Sự khác cấu tạo hóa học dẫn tới tượng đồng phân cấu tạo, • Cách viết đồng phần cấu tạo: Bước 1: Tính độ bất bão hoà ( ∆ ) hợp chất hữu để biết tổng số liên kết π + Số vòng phân tử - C x H y C x H y O z 2x + − y - C x H y N t C x H y O z N t ∆= 2x + − y + t - C x H y O z N t X v (X: halogen) ∆= 2x + − (y + v) + t Bước 2: Xác định đồng phân cần viết theo yêu cầu toán: - Hợp chất hữu thuộc dãy đồng đăng nào? - Mạch hở hay mạch vòng ? ⇒ Dựa vào giá trị ∆ số lượng nguyên tố có mặt phân tử để phân loại đồng phân cấu tạo có: + Đồng phấn mạch cacbon: Xuất xếp mạch cacbon khác Ví dụ: ∆= + Đồng phân cách chia mạch cacbon: xuất chia cắt mạch cacbon khác Ví dụ: CH 3COOCH HCOOC H + Đống phân vị trí: Xuất khác vị trí nối đơi, ba, nhóm thể nhóm chức phân tử Ví dụ: CH = CH ×CH ×CH − OH;CH − CH = CH − CH ×OH;CH = CH − CHOH − CH + Đồng phân nhóm chức: Xuất thay đổi cấu tạo nhóm chức phân tử, Ví dụ CH − CH − CH 2OH CH − CH − O − CH + Đổng phân liên kết: Xuất thay đổi liên kết nguyên tử cacbon với Ví dụ: CH − CH − C ≡ CH CH =CH − CH=CH Bước 3: Viết sườn mạch cacbon có, từ mạch dài (mạch khơng nhánh) đến mạch ngắn nhất, mạch vịng từ vòng rộng đến vòng nhỏ Bước 4: Thêm nối đơi, nối ba, nhóm chức vào vị trí thích hợp mạch cacbon Cuối bão hịa hố trị cacbon số ngun tử H cho đủ Ví dụ: Viết đồng phân C4H10O Trang 2.4 + − 10 =0 Vì ∆ = O nên phân tử khơng có liên kết π vịng Vậy C4H10O • Ancol no, đơn chức, mạch hở: CH3 − CH − CH − CH OH;CH − CH − CHOH − CH ; ( CH ) CH − CH 2OH; ( CH ) COH ∆= • Ete no, đơn chức, mạch hở: CH − O − CH − CH − CH ;CH − CH − O − CH − CH ; ( CH ) CH − O − CH Các công thức biểu diễn cấu trúc a) Công thức phối cảnh Cơng thức phối cảnh nhằm mơ tả vị trí nguyên tử phân tử cách xếp không gian thực chúng Dựa vào thực tế vật xa mắt ta cảm thấy nhỏ ngược lại Người ta quy ước sau: Liên kết gần vẽ đậm liên kết xa, đầu liên kết gần vẽ to đầu liên kết xa mắt người quan sát, liên kết nằm mặt phẳng giấy dược nét gạch bình thường, liên kết hướng phía trước mặt phẳng giấy vẽ nét đậm, liên kết hướng phía sau mặt phẳng giấy vẽ nét gián đoạn Ví dụ: Công thức phối cảnh metan, etan xiclohexan (dạng ghế) vẽ hình sau: Để cho dễ viết, người ta biểu diễn cơng thức phối cảnh cách đơn giản b) Công tác chiếu Niumen Để có cơng thức chiếu Niumen, nhìn phân tử dọc theo liên kết đó, thường liên kết cacbon-cacbon lựa chọn có mục đích chiếu tất nguyên tử lên mặt giấy Nguyên tử C đầu liên kết gần mắt ta (C1) thể hình trịn che khuất nguyên tử C đầu liên kết (C2) Các liên kết với C1 nhìn thấy tồn bộ, chúng xuất phát từ tâm hình trịn C Các liên kết với C2 nhìn thấy phần ló từ chu vi hình trịn C Ví dụ: Nếu nhìn phân tử C2H6 dọc theo liên kết C-C từ trải sang phải ta nhận cơng thức Niumen (hình a); Nếu nhìn phân tử cis - but-2-en dọc theo liên kết C=C ta cơng thức Niumen (hình b) c) Cơng thức chiếu Fisơ Để biểu diễn cấu trúc ba chiều nguyên tử cacbon no mà không dùng đến cách vẽ phối cảnh phức tạp (hình a), người ta quy ước sau: Đặt công thức phối cảnh phân tử cho cho nguyên tử C Trang chọn năm mặt phẳng trang giấy (hình b); Chiều cơng thức phối cảnh lên mặt giây, ta cơng thức chiếu Visợ (hình c) mà đường nằm ngang biểu diễn liên kết hướng mặt người quan sát, giao điểm chúng biểu diễn nguyên tử cacbon no Ở công thức chiu lisỹ thấy có mối quan hệ khơng gian phải - trải, dưới, cịn quan hệ trước sau khơng thấy từ công thức mà nhận qua suy luận từ quy ước nhóm hai đầu đoạn nằm ngang thi bên trang giấy, hai nhóm hai đầu đưởng thẳng đứng thi nằm trang giấy Vì the, khơng tùy tiện xoay cơng thức Fisơ Cấu hình • Ngồi ý nghĩa cấu tạo hóa học, cấu hình cịn cho biết phân bố nguyên tử nhóm nguyên tử không gian xung quanh trung tâm | hay hệ trung tâm định • Sự khác cấu hình phân tử dẫn đến tượng đồng phân cấu hình bao gồm đồng phân hình học cơng phần quang học a) Đồng phân hình học • Là loại đồng phân không gian (hay đồng phân lập thể) gây nên phân bố khác nguyên tử nhóm nguyên tử hai bên phận "cứng nhắc" nối dõi, vòng no, • Điều kiện để xuất đồng phân hình học: + Điều kiện cần: Phân tử phải có liên kêt đôi (một liên kết đôi hay số liên kết dội) vòng (thường vòng nhỏ) phân tử Coi phận "cứng nhắc" cản trở quay tự nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) phận + Điều kiện đủ: Ở nguyên tử cacbon liên kết đôi hai ngun tử cacbon vịng phải có hai nguyên tử nhóm nguyên tử khác Trang Với a ≠ b : c ≠ d • Danh pháp đồng phân chinh học α ) Hệ danh pháp cis - trans Trong hệ danh pháp này, dạng có hai nhóm thể phân bố phía mặt phẳng nối dối hay vòng thi gọi cis, khác phía gọi trans Ví dụ: β ) Hệ danh pháp syn - anti Hệ danh pháp thường dùng cho hợp chất có liên kết -N=N- >C=N- Đáng ý oxim anđehit RCH-NOH người ta vào vị trí không gian R OH để gọi cấu hình syn (tương tự cis) hay anti (tương tự trans) Ví dụ: γ ) Hệ danh pháp Z - E a > b Phân tử có dạng abC=Ccd abC=Nc Về độ cấp,  ta có: c > d Độ cấp nhóm vào số thứ tự Z (điện tích hạt nhân) nguyên tử gắn trực tiếp vào nồi đội Ví dụ: −H < −CH < − NH < −OH < − F < −Cl < − Br Z: 17 35 Nếu hai nguyên tử gắn vào nối đôi đồng cần xét đến ngun tử Ví dụ: −CH -Br > −CH − OH > −CH ×CH > −CH ×H Trang Những ngun tử (ở nhóm thế) mang đơi nối ba coi tương đương hai ba nỗi đơn với nguyên tử giả định ghi dầu ngoặc Theo đó, ta có thứ tự: Ví dụ: b) Đồng phân quang học α ) Khái niệm ánh sáng phân cực chất quang hoạt • Ánh sáng phân cực phẳng: Ánh sáng thường ánh sáng dao động phương truyền, Anh sảng phân cực phẳng ánh sáng chi dao động mặt phẳng định • Chất quang hoạt: Là chất cho ánh sáng phân cực qua làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực góc +α −α β ) Điều kiện xuất đồng phân quang học Trang Để xuất tinh quang hoạt, phân tử phải có yếu tố khơng trùng vật - ảnh Khi có yếu tố phân tử ảnh qua gương khơng thể lồng khít vào phép tịnh tiên quay, tương tự hai bàn tay người bình thường Ví dụ: Từ hình ta thấy, xoay phân tử CH 2BrC (bên trái) 1800 theo phương thẳng đứng cho H trùng với H’ ảnh ngun tử cịn lại trung khít lên tức làm cho ảnh gương trùng khít vào Đối với phân tử CHClBrI (bên phải) dù có xoay tịnh tiến theo cách làm cho trùng khít với ảnh gương Người ta nói phân tử CHClBrI có tính khơng trùng vật - ảnh hay có tính quang hoạt Những vật thể khơng có tâm đối xứng khơng có mặt đối xứng có tỉnh khơng trùng vật - ảnh Ví dụ, phần từ CH 2ClBr CHClBrl khơng có tâm đối xứng phân tử CH 2ClBr có mặt đối xứng nên khơng có tính khơng trùng vật - ảnh, cịn phân tử CHCIBrl khơng có mặt đối xứng nên có tính khơng trùng vật - ảnh Cần ý rằng, xét mặt phẳng tâm đối xứng phân tử phải dùng công thức phối cảnh, dùng cơng thức chiếu Niurmen không nên dùng công thức chiếu Visa, Bởi vị công thức chiếu Fisơ (do quy ước nó) khơng cịn phản ánh tính đối xứng phân tử thật Ví dụ, axit mesotactric dạng bên (a) khơng có mặt đối xứng mà có tâm đối xửng (i trung điểm liên kết C2-C3) Để viết công thức chiếu Fisợ ta chuyển sang dạng bền (b) Khi đó, trở nên có mặt đối xứng mà khơng cịn tâm đối xứng Hậu cơng thức chiếu Fisơ (c) có mặt đối xứng (dường nét dứt) mà khơng có tâm đối xứng, khác hẳn với dạng tồn thực phân tử Trang γ ) Nguyên tử cacbon bất đối Ở hợp chất CHCIBII, nguyên tử cacbon đính với bốn nguyên tử khác làm cho phân tử yếu tố đối xứng Vậy nguyên tử cacbon đỉnh với nguyên tử nhóm nguyên tử khác gọi nguyên tử cacbon bất đối kí hiệu C* Hiền nhiện phân tử có ngun tử cacbon bất đối có tính chất khơng trùng vật ảnh Những phân tử có nhiều C* có tính chất không trùng vật - ảnh trừ trường hợp phân tử có tâm đối xứng mặt phẳng đối xứng Chẳng hạn phân tử axit mesotactric có hai C * lại có tâm đối xứng (a) mặt phẳng đối xứng (b), khơng có tính chất không trùng vật - ảnh δ ) Chất đổi quang Hai đồng phân quang học có trị số độ quay cực riêng dấu đối , gọi hai chất đối quang hai đơn giản hay đối quang Ví dụ: Thơng thường số lượng đồng phân quang học chất chứa n nguyên từ cacbon bất đối n Nhưng nguyên tử cacbon bất đối lại thuộc hai nửa mặt phẳng có cấu tạo hóa học số lượng đồng phân quang học nhỏ 2n Ví dụ: Thật vậy, với hợp chất 2,3,4 - trihiđroxibutanoic có 2C * có đồng phân quang học (gồm hai đối đổi quang): Trang Tiếp theo phân tử axit tactric, HOOC − CH(OH) − CH(OH) − COOH có 2C* có đồng phân quang học Nếu quay phân tử axit mesotactric xung quanh trục nằm mặt phẳng giây vng góc với C − C3 trung điểm góc 180 0, dùng phép tịnh tiến làm cho trùng khít với ảnh gương Những đồng phản quang học có chứa nhiều C * có mặt đối xứng tâm đối xứng mà khơng có tính quang hoạt gọi hợp chất meso ω ) Biến raxemic Thông thường tự nhiên trình tổng hợp hữu người ta hay gặp hai chất đối quang dạng tập hợp với số mol Tập hợp gọi biến thể razemic Do bù trừ suất quay cực, biến thể Taximic tính quang hoạt Ví dụ: 50% axit L(+ ) − lactic + 50% axit D( −) − lactic = axit D, L(±) − lactic [α]25 D : +3,80 −3,80 00 C) Danh pháp cấu hình α ) Cấu hình tương đổi Danh pháp D-L Kí hiệu D, L dùng với phân tử dạng R −* CHX − R ′ Ví dụ: Trang β ) Cấu hình tuyệt đối Danh pháp R-S Có phân tử *Cabcd với độ cấp a > b > c > d Đặt phân tử cho d xa người quan sát, thử tự giảm dần độ cấp ba nhóm cịn lại theo chiều kim đồng hồ ta có cấu hình R; ngược chiều kim đồng hồ S Ví dụ: γ ) Cách xác định cấu hình R, S dựa vào cơng thức Fisơ Để thuận tiện Ipling đưa cách gọi tên theo R, S mà không cần chuyển công thức không gian ba chiều: • Nếu nhóm thể nhỏ nằm đường nằm ngang thi thử tự giảm dần độ cấp nhóm cịn lại theo chiều kim đồng hồ cấu hình S, ngược chiều kim đồng hồ cấu hình R • Nếu nhóm nhỏ đường thẳng đứng ngược lại, theo chiều kim đồng hồ R, ngược chiều kim đồng hồ S Ví dụ: Chỉ rõ cấu hình nguyên tử cacbon bất đối trường hợp sau: Trang Giải h) CH 2OH − Cl(OH) − CH(OH) − CHO có đồng phân quang học: Trang 10 b) Công thức cấu tạo đồng phân X: CH3 − CH − CH 2OH : Propan-1-ol CH3 − CH − O − CH : Etylmetylete CH3 − CH(OH) − CH : Propan-2-ol Các đồng phân cấu tạo khơng có đồng phân quang học phân tử khơng chứa C* V BIỆN LUẬN XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC PHÂN TỬ KHI CHỈ BIẾT KHỐI LƯỢNG MOL PHÂN TỬ MA Phương pháp: Lập phương trình phân tử biện luận Khi biện luận thường dựa vào sở • Trường hợp A CxHy CxHyOz 12x + y = M A 12x + y + 16z = M A Điều kiện:  x, y hoac x, y, z nguyên duong   y(chan) ≤ 2x + Ví dụ 1: Xác định cơng thức phân tử viết công thức cấu tạo đồng phân (mạch hở) hợp chất hữu A, biết: a) A hiđrocacbon, có tỉ khối so với H2 28 b) A chứa C, H, O có tỉ khối so với H2 30 Giải a) M A = 2.28 = 56gam / mol ⇒ 12x + y − 56(1 ≤ x ≤ 4) ⇒ y = 56 − 12x ≤ 2x + ⇒ x ≥ 3,85 ⇒ x = ( C H ) Công thức cấu tạo đồng phân mạch hở C4H8: b) M A = 30.2 = 60gam / mol Đặt CTTQ X CxHyOz Điều kiện:  x, y hoac x, y, z nguyenduong   y(chan) ≤ 2x + • z = ⇒ 12x + y = 44(1 ≤ x ≤ 3) 42 ⇒ y = 44 − 12x ≤ 2x + ⇒ x ≥ =3⇒ x =3⇒ y = 14 ⇒ CTPT A C3H6O Công thức cấu tạo đồng phân mạch hở: • z = ⇒ 12x + y = 28(1 ≤ x ≤ 2) ⇒ y = 28 − 12x ≤ 2x + ⇒ x ≥ 26 = 1,85 ⇒ x = ⇒ y = 14 ⇒ CTPT A C2H4O2 Công thức cấu tạo đồng phân mạch hở: Trang 28 • Trường hợp A C x H y N t C x H y O x N t 12x + y + 14t = M A 12x + y + 16z + 14t = M A Điều kiện:  x, y, t hoac x, y, z, t nguyên duong   y, t le hoac chan  y ≤ 2x + + t  Ví dụ: Hợp chất hữu A chứa C, H, N Biết 14,75 gam A chiếm thể tích tích gam O2 điều kiện nhiệt độ, áp suất Xác định công thức phân tử A Giải Đặt CTTQ A C x H y N t ⇒ 12x + y + 14t = 59(1 ≤ t ≤ 3) Điều kiện:  x, y, t nguyen duong   y, t le hoac chan  y ≤ 2x + + t  • t = ⇒ 12x + y = 45(1 ≤ x ≤ 3) ⇒ y = 45 − 12x ≤ 2x + • ⇒ x ≥ ⇒ x = y = ⇒ CTPT A C3H N Trường hợp A C x H y X v C x H y O z X v (X : halogen ) 12x + y + Mxv = M A 12x + y + 16z + Mxv = M A  x, y, v hoac x, y, z, v nguyên duong  Điều kiện:  y, v cùngle hoac chan  y ≤ 2x + − v  Ví dụ: Hợp chất hữu X chứa C, H, Cl Ti khối X so với H 56,5 Xác định công thức phân tử viết công thức đồng phân cấu tạo X Cho biết đồng phân cấu tạo X có đồng phân quang học? Giải Đặt cơng thức tổng quát X C x H y X v Ta có: 12x + y + 35,5v = 113(1 ≤ v ≤ 2) Vì tổng 12x + y số nguyên ⇒ 35,5v số nguyên ⇒ v − ⇒ 12x + y = 42 ⇒ y = 42 − 12x(1 ≤ x ≤ 3)  y chan v chan ⇒ 42 − 12x ≤ 2x ⇒ x ≥ ⇒ x = y = ( C3H 6Cl ) Điều kiện:   y ≤ 2x b) Công thức cấu tạo: CH 2Cl − CHCl − CH :1, − diclopropan CH − CCl2 − CH : 2, − diclopropan CH 2Cl − CH − CH 2Cl :1,3 − diclopropan Trong đó, có 1,2 - địclopropan có đồng phân quang học Trang 29 VI BIỆN LUẬN XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA HAI NHIỀU CHẤT HỮU CƠ TRONG CÙNG MỘT HỖN HỢP Thiểu phương trình Giả sử có p ẩn (số ngun tử C số mol) mà có p– phương trình (thiếu phương trình) trường hợp ẩn số (thường hai số nguyên tử cacbon n, m A, B) liên hệ với biểu thức: na + mb = n CO2 Trong đó: a, b, n CO biết Ta chọn n m giá trị nguyên dương 1, 2, 3, tính giá trị tương ứng ẩn lại Chỉ giữ lại cặp n, m cho hai nguyên dương Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 0,03mol hỗn hợp M gồm hiđrocacbon X ( C n H 2n + ) hidrocacbon Y (CmH2m) cần dùng vừa đủ 2,8 lít O2 (đktc), sinh 1,792 lít CO2 (đktc) a) Xác định cơng thức phân tử X, Y b) Trình bày phương pháp hóa học để phân biệt X Y riêng biệt Giải 3n + C n H 2n + + O → nCO + (n + 1)H O 3n + x → x → nx 3m C m H 2m + O → mCO + mH O 3m y → y → my ( ) ⇒ x = n O2 − 1,5n CO2 = 2(0,125 − 1,5.0, 08) = 0, 01mol ⇒ y = 0, 03 − 0, 01 = 0, 02mol ⇒ n CO2 = 0, 01n + 0, 02m = 0, 08 ⇒ n + 2m = 8(2 ≤ m ≤ 3) • m = ⇒ n = ⇒ X C4 H10 Y C2 H • m = ⇒ n − ⇒ X C H Y C3H b) Dùng dung dịch brom làm thuốc thử nhận Y làm màu dung dịch brom C m H 2m + Br2 → Cm H 2m Br2 Chất lại C n H 2n + khơng có tượng Ví dụ 2: Đốt cháy hồn tồn 0,15 mol lượng hỗn hợp M gồm C n H 2n C m H 2m − cần dùng vừa đủ 8,96 lít O2 (đktc) Sản phẩm cháy cho hấp thụ hết vào bình đựng nước vơi dư, xuất 30 gam kết tủa Xác định công thức phân tử hai hiđrocacbon Giải CO + Ca(OH) → CaCO3 ↓ + H 2O Trang 30 ¬ 0,3 3n C n H 2n + O2 → nCO + nH O 3n x → x → nx 3m − C m H 2m −2 + O → mCO + (m − 1)H 2O 3m − y→ y → my 0,3 ( ) ⇒ y = 1,5n CO2 − n O2 = 2(1,5.0,3 − 0, 4) = 0,1mol ⇒ x = 0,15 − y = 0, 05 mol ⇒ 0, 05n + 0,1m = 0,3 ⇒ n + 2m = 6(m ≥ 2; n ≥ 2) ⇒ n = m = ⇒ Công thức phân tử hai hiđrocacbon C H C H 2 Thiếu hai phương trình Giả sử có p ấn có p - phương trình (thiểu phương trình) Trong trường hợp người ta thường áp dụng tính chất trung bình (n < m) : n < n < m M A < M < M B để xác định n, m Công thức tính n M : na + mb a+b M ×a + M B ×b M= A a+b Chú ý: Chỉ sử dụng cơng thức trung bình trường hợp chất hỗn hợp tham gia phản ứng với hiệu suất Ví dụ 1: Đốt cháy hồn toàn hỗn hợp M gồm hai hiđrocacbon X, Y thuộc dãy đồng đẳng liên tiếp (MX < MY), cần dùng vừa đủ 22,96 lít O (đktc) Hấp thụ hết sản phẩm chảy vào bình đựng nước vơi dư, xuất 60 gam kết tủa thu dunhg dịch có khối lượng giảm m gam a) Xác định cơng thức phân tử X, Y b) Tính phần trăm khối lượng chất M giá trị m Giải CO + Ca(OH) → CaCO3 ↓ + H 2O ¬ 0,6 0,6 3n + − k C n H 2n + 2− 2k + O → nCO + (n + − k)H 2O 3n + − k a → a → na n= ( ) ⇒ n O2 > 1.5n CO2 ⇔ k < ⇒ k = ⇒ a = n O2 − 1,5n CO2 = 0, 25mol ⇒n= n CO2 a = 0, = 2, ⇒ n X = ( C H ) < 2, < n Y = ( C3H ) 0, 25  x + y = 0, 25  x = 0,15mol ⇒ b) Ta có hệ:   2x + 3y = 0,  y = 0,1mol Phần trăm khối lượng chất M 30.0,15 %M C,H4 = ×100% = 50,56% 30.0,15 + 44.0,1 Trang 31 ⇒ %M C3H8 = 100% − 50,56% = 49, 44% Ta có: n H2O = n CO2 + a = 0,85 ⇒ m = 60 − (44.0, + 18.0,85) = 18,3gam Ví dụ 2: Đốt cháy hồn tồn 0,25 mol hỗn hợp M gồm hai hiđrocacbon X, Y (Y nhiều X liên kết π ), cần dùng vừa đủ V lít O (đktc) Hấp thụ tồn sản phẩm chảy vào bình đựng dung dịch Ba(OH) dư, xuất 59,1 gam kết tủa thu dung dịch có khối lượng giảm 36,9 gam a) Xác định cơng thức phân tử X, Y b) Tính giá trị V Giải CO + Ba(OH) → BaCO3 ↓ + H O ¬ 0,3 0,3 ⇒ m H2 O = 59,1 − 44.0,3 − 36,9 = 9gam (D đúng) = 0,5mol 18 n CO2 0,3 n= = = 1, ⇒ M chứa chất CH4 (X) n hh 0, 25 ⇒ Y nhiều X liên kết π nên Y có dạng tổng quát CnH2n ⇒ n H2 O = CH + 2O → CO + 2H 2O x → 2x x → 2x 3n C n H 2n + O2 → nCO + nH O y → 1,5ny → ny → ny ⇒ x = n H2O − n CO2 = 0,5 − 0,3 = 0, 2mol ⇒ y = 0, 25 − 0, = 0, 05mol ⇒ n CO2 = 1.0, + n.0, 05 = 0,3 ⇒ n = ( C H ) b) n Oz = 2.0, + 1,5.2.0, 05 = 0,55mol ⇒ V = 12,32 (lít) Thiếu ba phương trình trở lên Trong trường hợp sử dụng tính chất trung bình: n < n < m M A < M < M B số trường hợp đặc biệt xác định CTPT thành phần hỗn hợp Ta sử dụng cơng thức tỉnh số ngun tử H trung bình: ay + by2 y= a+b Nếu y1 < y ⇒ y1 < y < y Ví dụ 1: Cho 2,24 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm hai hidrocacbon mạch hở lội chậm qua bình đựng 2,5 lít dung dịch Br2 0,1M, sau phản ứng hồn tồn thấy nồng độ Br giảm nửa khối lượng bình tăng 3,1 gam Xác định cơng thức hai hiđrocacbon Giải 2, 24 nX = = 0,1mol; n Br2 ( phản ứng) = 2,5.0, 05 = 0,125mol 22, Đặt công thức chung hai hiđrocacbon C n H 2n + 2− 2k C n H 2n + 2− 2k + kBr2 → C n H 2n + − 2k Br2k 0,1 → 0,1 k ⇒ n Br2 = 0,1k = 0,125 ⇒ k = 1, 25 ⇒ k1 = < k Trang 32 Khối lượng bình tăng khối lượng hiđrocacbon hấp thụ ⇒ mx = 3,1 gam 3,1 ⇒ M× = 14n + − 2.1, 25 = = 31 ⇒ n = 2, 25 0,1 ⇒ X chứa chất C2H4 C2H2 Đặt cơng thức chất cịn lại C n H 2n + 2− 2k (3 ≤ n ≤ 4) Gọi a, b số mol C2H4 C2H2 CnH2n+2-2k Xét hại trường hợp: • Trường hợp 1: X chứa C2H4 (k1 = 1) Ta có: 1.a + kb k= = 1, 25 ⇒ a + kb = 0,125 (1) 0,1 a + b = 0,1 (2) 2a + nb = 2, 25 ⇒ 2a + nb = 0, 225 (3) 0,1 Nếu n = tử (2) (3) ⇒ 0,075 mol b = 0,025 mol Kết hợp (1) ⇒ k = ( C3H ) n= Nếu n = từ (2) (3) ⇒ a = 0, 0875mol b = 0, 0125mol Kết hợp (1) ⇒ k = ( C4 H ) • Trường hợp 2: X chứa C H (k = 2) ⇒ Chất cịn lại phải có k1 = (CmH2m) a + 2b = 0,125 a = 0, 075 ⇒ Ta có:  b = 0, 025 a + b = 0,1 Từ (3) ⇒ 2.0, 075 + m.0, 025 = 0, 225 ⇒ m = ( C3H ) Vậy tốn có cặp nghiệm: C H C H C H     C3 H C H  C3 H Ví dụ 2: Đốt cháy hồn tồn 6,72 lít (đktc) hỗn hợp X gồm hidrocacbon A, B thu 8,96 lít (đktc) CO2 gam H2O Xác định cơng thức phân tử A, B Giải 6, 72 8,96 nX = = 0,3mol; n CO2 = = 0, 4mol; n H2O = = 0,5mol 22, 22, 18  y y C x H y +  x + ÷O → xCO + H 2O 4  0,3 0,3 x y 0,3 ⇒ n CO2 = 0,3x = 0, ⇒ x = 0, = 1,33 ⇒ x1 = < x < x 0,3 ⇒ n CO2 = 0,3x = 0, ⇒ x = 0, = 1,33 ⇒ x1 = < x < x 0,3 ⇒ Trong X phải có chất CH4 (Giả sử A) ⇒ y1 = ⇒ n H2O = y 0,5 0,3 = 0,5 ⇒ y = × = 3,33 0,3 ⇒ y = < y < y1 = ⇒ CTPT B C2H2 Trang 33 Ví dụ 3: Đốt cháy hồn toàn hỗn hợp M gồm C n H 2n C m H 2m +2 cần vừa đủ 14 lít O2 (đktc) Sản phẩm cháy cho hấp thụ hết vào bình đựng 250ml dung dịch Ba(OH) 1M, thu 29,55 gam kết tủa dung dịch có khối lượng giảm a gam a) Xác định công thức phân tử Cm 2m +2 b) Tính giá trị a Giải 14 29,55 = 0, 625mol; n Bar (OH )2 = 0, 25mol > n BaCO3 = = 0,15mol a) n O2 = 22, 197 Xét hai trường hợp: • Trường hợp 1: Ba(OH)2 cịn CO + Ba(OH) → BaCO3 ↓ + H O ¬ 0,15 0,15 3n C n H 2n + O2 → nCO + nH O → x 1,5 nx → nx 3m + C m H 2m + + O → mCO + (m + 1)H 2O 3m + y→ y → my ( ) ⇒ y = n O2 − 1,5n CO2 = 2(0, 625 − 1,5.0,15) = 0,8mol ⇒ n CO2 = nx + 0,8m = 0,15(m ≥ 1) ⇒ m < 0,15 (loại) 0,8 • Trường hợp 2: Ba(OH)2 hết CO + Ba(OH) → BaCO3 ↓ + H O 0,15 ¬ 0,15 ¬ 0,15 2CO + Ba(OH) → Ba ( HCO ) + H 2O 0,2 ¬ 0,1 ⇒ ∑ n CO2 = 0,15 + 0, = 0,35mol ( ) ⇒ y − n O2 − 1,5n CO2 = 2(0, 625 − 1,5.0,35) = 0, 2mol ⇒ n CO2 = nx + 0, 2m = 0,35 ( m ≥ 1) ⇒ m = ⇒ Công thức CmH2m +2 CH4 b) Theo định luật bảo toàn nguyên tố oxi ta có: n O2 = n CO2 + n H2 O ⇒ n H2O = n O2 − n CO2 = 2(0, 625 − 0,35) = 0,55mol ⇒ a = m BaCO2 − m CO2 − m H 2O = 29,55 − 44.0,35 − 18.0,55 = 4, 25gam ( ) B BÀI TẬP Có chất có cơng thức phân tử C5H10 có đồng phân hình học? Ứng với cơng thức C 3H4Cl2 có tất đồng phân đicloxiclopropan? Viết cơng thức đồng phân Cho biết đồng phân có tính quang hoạt? Nếu chưng cất phân đoạn với số mol đồng phân ta thu phân đoạn? Phân đoạn có tính quang hoạt? Có đồng phân lập thể ứng với công thức: Trang 34 Dựa vào tượng cộng hưởng, viết cơng thức giới hạn (nếu có) chất sau đây: a) CH = CH − Cl b) C6 H 5CN c) p − NO − C6 H − NH d) C6 H − CH Trình bày cơng thức Fisa xác định cấu hình tuyệt đối đồng phân có cấu tạo sau: Xác định cấu hình A, B (dạng cis, trans) viết cấu dạng ghế tương ứng Một hỗn hợp khí X, gồm hai ankan A, B kề dãy đồng đẳng anken C tích 5,04 lít (đktc) sục qua bình đựng nước brom phản ứng vừa đủ với 12gam brom a) Xác định công thức phân tử thành phần phần trăm chất A, B C có hỗn hợp khí X, biết 11,6 gam hỗn hợp khí X làm màu vừa đủ 16 gam brom b) Đốt cháy hoàn toàn 11,6 gam hỗn hợp khí X, sản phẩm thu sau phản ứng dẫn hết vào binh Y chứa lít dung dịch NaOH 0,5M, Hỏi: α ) Khối lượng bình Y tăng lên hay giảm xuống? Bao nhiêu gam? β ) Tính khối lượng chất có bình Y Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng hiđro hóa etilen tạo etan, biết nhiệt cháy C 2H6 C2H4 -368,4 kcal/mol 337,2 kcal/mol [sản phẩm cháy CO (k) H2O (1)], nhiệt hình thành H2O (1) 68,32 kcal/mol a) Viết công thức cấu tạo gọi tên anken cacbon đồng thời có đơng phân hình học đồng phân quang học b) Viết đồng phân hình học quang học ứng với cấu tạo (sử dụng cơng thức Fisher) xác định cấu hình đồng phân (ZE R/S) anken 10 a) Hãy cho biết cấu trúc (1R)(3S)-xiclohexan-1,3-điol cho biết cấu dạng bền hợp chất b) Xác định cấu hình cacbon không trùng vật - ảnh hợp chất sau: Trang 35 11 (a) 2-isopropyl-5-metylxiclohexanol có đồng phân cis-trans, viết đồng phân (b) Về cấu dạng đồng phân (c) Trong số đồng phân đồng phân bền nhất? 12 Giải thích sau 1,2-đimetylxiclohexan có đồng phân hình học 1,2-đimetylxiclododecan khơng? 13 Viết cơng thức đồng phân lập thể không đối quang (đồng phân lập thể a) 2-clo-1,3-đimetylxiclohexan cho biết cấu trúc sản phẩm tạo thành cho đồng phân tác dụng với CH3ONa 14 Hãy vẽ mơ hình phân tử cho nobonan (bixiclo[2,2,1]heptan) Vịng cạnh dạng thuyền hay ghế? Hợp chất monoclo nobonan có đồng phân khác nhau? C HƯỚNG DẪN GIẢI Các đồng phân C5H10 có đồng phân hình học: Các đồng phân dịcloxiclopropan: Trang 36 (III) (IV) có tính quang hoạt (I) (II) khơng có tính quang hoạt, (I) khơng có C *, cịn (II) có mặt phẳng đối xứng viên khơng có tính không trùng vật - ảnh - Khi chưng cất phân đoạn với số mol (I), (II), (III) (IV) thu ba phân đoạn (I): (II); (III) (IV) Do (III) (IV) đội đối quang nên có nhiệt độ sơi - Khơng phân đoạn có tính quang hoạt (I) (II) khơng có tính quang hoạt, cịn phân đoạn thứ gồm lượng (III) (IV) nên biển thể raxemic nên tính quang hoạt Có nối đơi dạng abC = Ccd nên có hai đồng phân hình học Có ngun tử C* nên đồng phân hình học cis trans tách thành hai đối quang Vậy, có tất đồng phân lập thể ứng với cơng thức trên: Phân tử có 2C* nên có 22 = đồng phân quang học a) Trang 37 b) Trang 38 Cấu dạng ghế A, B: (Dành cho bạn đọc) (1) C2 H (k) + O (k) → 2CO (k) + 3H 2O(l) ∆H = −368, 4kcal (2) C2 H (k) + 3O (k) → 2CO (k) + 2H 2O(l) ∆H = −337, 2kcal (3) H (k) + O (k) → H O(l) Lấy (2) – (1) + (3) ta được: ∆H = −68,32kcal Trang 39 ⇒ ∆H = (−337, 2) − (−368, 4) + (−68,32) = −37,12kcal a) Cấu tạo: b) Cấu hình: 10 a) Giả thiết: Vậy thực tế: Cấu dạng bền: b) Trang 40 11 (a) Công thức đồng phân (b) Biểu diễn cấu dạng: (c) Cấu dạng bền trans-2-isopropyl-cis-5-metylxiclohexanol Vì tất nhóm thể dạng e 12 Vòng xiclododecan đủ lớn để nhóm ngun tử quay tự do, khơng thể tồn đồng phân cis-trans 13 Trang 41 14 Nobonan Vòng cạnh nobonan dạng thuyền Trang 42 ... HỆ GIỮA CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HỢP CHẤT HỮU CƠ Các kiểu liên kết hóa học hữu a) Liên kết cộng hóa trị Liên kết cộng hóa trị liên kết hình thành xen phủ cực đại obitan nguyên tử (AO) tạo nên obitan... • Nếu đề tốn cho oxi hóa hồn tồn chất hữu tức đốt cháy hoàn toàn chất hữu Cơ • Nếu đốt cháy CuO khối lượng bình đựng CuO giảm khối lượng oxi tham gia phản ứng, lúc để tìm khối lượng chất hữu đem... hóa sp2 (lại hòa tam giác): Một AOs 2AOp tổ hợp với tạo thành 3AO lai hóa sp có trục năm mặt phẳng hình thành góc 1200 • Lai hóa sp (lai hóa thắng): Một AOs AOp tổ hợp với tạo thành 2AO lai hóa