Do đó: đường nối tâm tất cả các nguyên tử C trong phân tử ankan không còn là đường thẳng nữa mà trở thành một đường gấp khúc,(góc hóa trị ở giữa các liên kết vào khoảng 109,5 o )... O[r]
(1)Bài
a) Giải thích mạch cacbon phân tử hidrocacbon no có hình gấp khúc? Vẽ cấu tạo gấp khúc thường n-pentan
b) Trình bày cơng thức cấu tạo (C.T.C.T) lập thể của:
Metan(CH4), Etilen(C H2 4), Etin(C H2 2), Butadien-1,3(C H4 6) Bài giải
a) Vì theo thuyết lập thể, C coi tứ diện đều, hóa trị hướng đỉnh tứ diện, góc hóa trị tâm 109 28 'o Do đó: đường nối tâm tất nguyên tử C phân tử ankan khơng cịn đường thẳng mà trở thành đường gấp khúc,(góc hóa trị liên kết vào khoảng 109,5o)
Cấu tạo gấp khúc thường n-pentan
b) Công thức cấu tạo lập thể của:
Metan(CH4): nguyên tử cacbon nằm tâm tứ diện đều, nguyên tử hidro đỉnh tứ diện, góc hóa trị bắng 109 , 28 'o (Hình 2a)
H
H
H
H H
H H
H
H H
H H
H H H
H H
H H H H
H
H H
H H
H H
(2)Etilen( 4C H ): Trong không gian nguyên tử cacbon nguyên tử hidro etilen nằm mặt phẳng Các góc hóa trị 120o(Hình b)
Etin( 2C H ): Trong không gian, hạt nhân nguyên tử(2C, 2H) phân tử 2C H nằm đường thẳng(Hình 2c)
Butadien-1,3(CH2=CH −CH =CH2)
Trong không gian nguyên tử cacbon nguyên tử hidro butadien-1,3( 6C H ) nằm mặt phẳng, góc hóa trị 120o(Hình 2d)
Câu 2:
a) Nêu công thức cấu tạo benzen theo kekule tóm tắt ưu khuyết điểm cơng thức
b) Trình bày ngắn gọn cấu tạo mây điện tử liên kết phân tử benzen theo quan niệm đại
Benzen 6C H có C.T.C.T: nhóm CH nằm đỉnh hình lục giác phẳng, liên kết đơi xen kẽ liên kết đơn: (Hình 3a hình 3b)
H
H H
H
C
109 , 28 'o
H H
H H
C C
Hình a Hình 2b
C
C H
H
H H
C
H
C C
C
H H
H
(3)Công thức Kekule:
*Ưu:
Bảo đảm hóa trị C(IV), H(I)
Giải thích lý 6C H cho phản ứng cộng(vì có nối đôi phân tử) *Nhược:
Khơng lý giải có liên kết đôi mà 6C H lại thực phản ứng thế(dễ xảy ra)
Thực nghiệm chứng minh liên kết (C-C) benzen nhau(và 1,4
o
A) Cịn cơng thức Kekule cho rằng: liên kết đơn(1,54
o
A) dài liên kết đôi(1,34
o
A)→không phù hợp
c) Cấu tạo mây điện tử liên kết phân tử 6C H theo quan niệm đại trình bày ngắn gọn hình 4:
6C 6C H lai hóa tạo kiểu sp2(tức có obitan sp2) C nằm mặt phẳng, góc hóa trị 120o) Obitan (p) cịn lại thẳng góc với mặt phẳng Khi obitan(p) 6C xen phủ bên với obitan sp2 xen phủ trục với tạo liên kết c cσ − , 6 obitan lại xen phủ trục với obitan s 6H tạo liên kết C Hσ −
Tất liên kết c cσ − tạo thành hình luc giác với liên kết C Hσ − nằm mặt phẳng:
Mỗi C obitan(p), obitan(p), obitan có trục song song nhau, xen phủ bên với tạo nên hệ thống π phân bố vòng lục giác
Có thể biểu diễn C.T.C.T benzen cách đơn giản theo(H.3a) (H.3b) Câu 3:
Công thức tổng quát hidrocacbon có dạng C Hn 2n+ −2 2a a) Cho biết ý nghĩa số a
b) Đối với chất xiclopentan, naptalen, stiren, 2-metylbutadien-1,3, vinylaxetilen n a có giá trị nào?
Bài giải
H
Hình 4a
CH CH
CH CH
CH CH
C C
C C
C
C H
H
H H
H Hình 3a
(4)a) C Hn 2n+ −2 2a số a cho biết tổng số nối đôi nối ba(1 nối đơi ba tương ứng nối đơi) số vịng hidrocacbon, hai
Giá trị a C.T.T.Q Đặc điểm cấu tạo
0
2
n n
C H + Phân tử gồm toàn nối đơn
2
n n
C H Phân tử có nối đơi vịng no
2
n n
C H − Phân tử có nối đổi, nối ba, vịng có nối đơi vịng no
b)
2 2
2
x y
a= ∆ = + − Có thể tìm a theo cơng thức tìm độ bất bão hịa ∆ với C Hx y sau:
Câu 4:
Cơng thức hidrocacbon A có dạng ((C Hn 2n+1)m) Hỏi A thuộc dãy đồng đẳng nào?
Bài giải
Vì số nguyên tử H buộc phải chẵn (trong hidrocacbon) hay (2n+1).m chẵn ⇔m chẵn; ≤
xiclopentan
5 10 5 1 n C H
a =
=
10
10 7 n C H
a =
=
naptalen
2
CH−CH 8 8 8
2 n C H
a =
=
stiren
3
2
|
CH
CH = C −CH =CH 2- metylbutadien-1,3
5 5 2 n C H
a =
(5)• m = ⇔ C2nH2(2n+1)⇔ C2nH4n+2(ankan)
• m = ⇔ C4nH4(2n+1); ta có 4(2n + 1) > 2.4n + không thỏa mãn điều kiện ⇒ loại
• m> 4: loại
Vậy (A) thuộc dãy đồng đẳng ankan Câu 5:
a) Hidrocacbon gì?
b) Hãy cho nhận xét tỉ lệ số nguyên tử H/C loại hidrocacbon khác học Bài giải
a) Hidrocacbon hợp chất hữu chứa nguyên tố C H b) Xét loại C Hx y học ta có:
• Ankan: H 2n 2 2 2
C n n
+
= = +
Khi n = ⇔ H
C = 4; n→ ∞ ⇔( 2 H C → ) Vậy 2 H 4
C < ≤
• Anken: C Hn 2n H 2n 2
C n
⇔ = =
• Ankadien ankin:
2
2 2 2
( 2) 2
n n
H n
C H n
C n n
− ≥ ⇔ = − = −
Khi n = H 1 C
⇔ = ; n → ∞ ⇔ (H 2)
C →
Vậy H 2
C ≤ <
• Benzen đẳng: 6( 6)
n n
C H − n≥ → H 2n 6 2 6
C n n
−
= = −
Khi n = H 1; C
⇔ = n → ∞ ⇔ (H 2)
C →
Vậy H 2
C ≤ < Câu 6:
a) Viết phương trình phản ứng đốt cháy hồn tồn hidrocacbon A có cơng thức 2
n n a
C H + −
b) A thuộc dãy đồng đẳng nào, đốt cháy A mà tỉ lệ số mol b CO v H O2 à 2 có giá trị: b = 0,8; b = 1; b =
Bài giải
a) Phương trình phản ứng đốt cháy C Hn 2n+ −2 2a
2 2 2
3 1
( 1 )
2
o
t n n a
n a
(6)b) Ta có tỉ lệ số mol:
2 1
CO H O
n n
b n =n+ −a =
• Khi b = 0,8 0,8 4(1 ) 0
1 n
n a a
n a
→ = → = − ⇔ =
+ −
4 10
4( )
n C H
⇒ = A thuộc dãy đồng đẳng parafin
• Khi b = 1 1( 2 )
1 n n
n
a C H
n a
→ = ⇔ =
+ −
Vậy A thuộc dãy đồng đẳng anken hay xicloankan
• Khi b = 1 2 2
1 n
n a
n a
→ = ⇔ = −
+ −
Khi a = → = →n 2 A C H2 2(thuộc dãy ankin) Khi a = → = →n 4 A C H4 4
Khi a = → = →n 6 A C H6 6 (thuộc dãy đồng đẳng benzen) Với C H4 4(a = 3) là:
2
CH =CH −C≡CH Vinylaxetilen
2
CH =C=C=CH thuộc dãy ankatrien Câu 7:
a) Hỗn hợp A gồm ankan anken Đốt cháy hỗn hợp A thu a mol H O2
và b mol CO2 Hỏi tỉ lệ T a b
= có giá trị nằm khoảng nào?
b) Nếu hỗn hợp X gồm hidrocacbon mà đốt cháy cho số mol CO2bằng số mol H O2 hỗn hợp chứa loại hidrocacbon nào?(ankan, ankin, ankadien, hay aren)? Bài giải
a) Hỗn hợp A gồm ankan anken, đốt cháy có phương trình phản ứng:
2 2 2
3 1
( 1) 2
n n
n
C H + + + O →nCO ↑ + +n H O (1)
2 2
3 2
m m
m
C H + O →mCO ↑ +mH O (2)
Gọi x y số mol ankan anken, ta có: ( 1)
1
a my n x my nx x x
T
b my nx my nx nx my
+ + + +
= = = = +
+ + +
Giả sử hỗn hợp (A) có anken(x=0) ta có: T=1 Giả sử hỗn hợp(A) có ankan(y=0) ta có:
1 1 T
n
= + với : 1≤ < ∞n
Vây: T ≤2 Do đó: 1< T<
b) Phương trình phản ứng cháy hidrocacbon thường gặp:
*Ankan: 2 2 3 1 2 2 ( 1) 2
2
n n
n
C H + + + O →nCO + n+ H O(1) Mol x nx (n+1)x
*Anken: ' 2 ' 3 ' 2 ' 2 ' 2 (2)
2
n n
n
(7)Mol y n’y n’y *Ankin ankadien:
2 2 3 1 2 2 ( 1) 2
2
m m
m
C H − + − O →mCO + m− H O(3) Mol : z mz (m-1)z *Aren:
' ' 2
3 ' 3
' ( ' 3) (4)
2
m m
m
C H − + − O →m CO + m− H O
Để thỏa mãn điều kiện đề ra: Khi đốt cháy hỗn hợp hidrocacbon cho số mol CO2 số mol H O2 , xảy trường hợp thành phần hỗn hợp gồm hidrocacbon sau: Trường hơp (`1): hỗn hợp X gồm anken
Trường hợp (2): hỗn hợp X gồm 1ankin ankan, theo phương trình phản ứng(1 3) với điều kiện cần thỏa mãn:
nx + mz = (n+1)x + (m-1)z = (nx + mz) + (x-z) hay x= z; nghĩa là: ankann =nankin X
Trường hợp 3: Hỗn hợp X gồm ankan aren, theo phương trình phản ứng(1 4) với điều kiện cần thỏa:
nx + m’t = (n+1)x + (m’-3)t = (nx + m’t) +(x - 3t) hay x = 3t, nghĩa : nankan =3naren X
Câu 8: Dựa vào số elelctron hóa trị nguyên tử C chứng minh công thức tổng quát: a) Công thức parafin là: C Hn 2n+2
b) Của aren là: C Hn 2n−6 Bài giải
a) Chứng minh C.T.T.Q parafin C Hn 2n+2
• Số electron hóa trị n ngun tử C 4n
• Số electron hóa trị C dùng để liên kết nguyên tử C với là: 2(n-1)
• Số electron hóa trị C dùng để liên kết với H là: 4n – 2(n-1) = 2n+2
Vì nguyên tử H có electron hóa trị, nên số nguyên tử H phân tử (2n+2) Vậy công thức tổng quát parafin : C Hn 2n+2
b) Chứng minh C.T.T.Q cửa aren : C Hn 2n−6 • Số electron hóa trị n nguyên tử C 4n
• Theo Kekule, phân tử aren có vịng có liên kết đơi, nên số electron để liên kết nguyên tử C với là: (2n+6)
Vậy, số electron C lại để liên kết với H là: 4n – (2n + 6) = (2n - 6)
Do đó, C.T.T.Q aren là: C Hn 2n−6
Câu 9: Hãy biện luận để tìm cơng thức phân tử chất có cơng thức đơn giản sau đây:
a) (C H3 4)n, biết đồng đẳng benzen b) (C H O2 5 )n biết rượu no đa chức c) (C H ClO4 9 )n
Bài giải
(8)Do cơng thức phân tử chất là: C H9 12
b) (C H O2 5 )n hay C2nH4n(OH)n( Vì chất rượu no, đa chức) Do gốc
2n 4n
C H gốc no nên:
4n = 2.2n + – n = 3n + ⇔ n = Do C.T.P.T chất : 10 2C H O
c) ( 4 9 ) 4n 9n n n
n
C H ClO hay C H Cl O Vì ankan số nguyên tử H lớn nhất(so với nguyên tử C), mà hợp chất Clo oxi thay H, ta có:
9n < 8n + ⇔n< mà n≥1 n ∈ N nên n = Do cơng thức phân tử chất là: C H ClO4 9 Câu 10
10.1 Viết phương trình phản ứng:
a) C Hn 2n+2 tác dụng với Cl2(askt); cracking nhiệt C Hn 2n+2 b) Etilen tác dụng với Br2, dung dịch KMnO4, HCN c) Đồng trùng hợp propilen butadien-1,3
10.2 Người ta thực phản ứng nổ lượng CH4 tạo CO2 H O2 với thể tích khơng khí vừa đủ bình thép kín Sau phản ứng đưa nhiệt độ ban đầu(hơi nước ngưng tụ áp suất nước khơng đáng kể)
Hãy xác định % thể tích khí bình sau phản ứng(cho biết khơng khí gồm O2
2
N )với tỉ lệ 1:4) tỷ lệ áp suất sau phản ứng so với trước phản ứng Bài giải
10.1
a) Các phản ứng C Hn 2n+2:
• Phản ứng với Cl2tỉ lệ 1:1 số mol
2 2
n n n n
C H + +Cl →C H + Cl+HCl
Nếu dư Cl2 tiếp tục nguyên tử hidro để sản phẩm
2 2, 3
n n n n
C H Cl C H − Cl
• Phương trình cracking nhiệt C Hn 2n+2
2 2 2
3; 1; 2
n n m m q q
C H C H C H
n m q
+ → + +
≥ ≥ ≥
b) Các phương trình phản ứng etilen với Br KMnO HCN2; 4;
2 2
C H +Br →C H Br
2 4 2 2
3C H +2KMnO +4H O→3C H (OH) +2MnO +2KOH
2
CH =CH +HCN→CH −CH CN
(9)3
2 2 2
| |
CH CH
n
nCH C H nCH CH CH CH CH C H CH CH CH CH
= + = − = → − − − − = − −
10.2 Phản ứng nổ CH4 theo phương trình phản ứng sau:
4 2 2 2
o
t
CH + O →CO + H O
1V 2V 1V Vì coi
2
1 5
O kk kk
V = V ⇔V (vừa đủ) = 2V.5 = 10V
Sau phản ứng(1) 10V - 2V = 8V(=
2
N
V ) 1V (=
2
CO
V ) sinh Vậy có tỷ lệ:
4
2
( ) ( )
10 11
8 9
CH kk tpu
spu CO N
V V
V
V V V V
+
= =
+
Do đó: %V khí bình sau phản ứng là:
2
2
1
% .100 11,11%
9 8
% .100 88, 99%
9
CO N
V V
= =
= =
Vì bình thép kín, VB to khơng đổi, nên áp suất khí bình sau phản ứng ( sP ) so với
( dP ) ban đầu là: ( ) 9 11
s d