Giáo án bài 46: BENZEN VÀ ANKYLBENZEN

* Kiều bài:

Bài này thuộc kiểu bài truyền thụ kiến thức mới, dạng bài về chất.

- Giảng dạy các bài về chất - nguyên tố hoá học ở bất kỳ giai đoạn nào cũng cần phải sử dụng các phương tiện trực quan, thí nghiệm hoá học để truyền thụ kiến thức.

- Khi nghiên cứu các chất phải đặt chúng trong mối liên hệ với các chất khác theo sự biến đổi qua lại với nhau, không nên tách biệt chúng vì các chất chỉ thể hiện tính chất của mình thông qua sự biến đổi, tương tác với các chất khác.

- Khi nghiên của các biến đổi của chất ngoài việc dùng thí nghiệm hoá học để minh hoạ cho các biến đổi cần vận dụng lý thuyết chủ đạo giải thích bản chất các biến đổi để học sinh hiểu sâu sắc các kiến thức và thông qua đó để rèn luyện thao tác tư duy. - - Khi nghiên cứu tính chất các chất sau khi học lý thuyết chủ đạo luôn

đặt ra câu hỏi yêu cầu học sinh lý giải tại sau chúng lại có các tính chất đó? Qua giải thích ta cần làm rõ quan hệ:

Thành phần, cấu tạo ⇔tính chất các chất( vật lý, hoá học). Tính chất các chất ⇔ứng dụng, phương pháp điều chế.

- Trong giảng dạy cần chú ý tạo cho học sinh thói quen lý giải, tìm nguyên nhân của các biến đổi, liên hệ so sánh với những nguyên tố, chất cùng loại hoặc các chất đã được nghiên cứu trước nó.

* CÊu tróc

- Cấu trúc phân tử: từ trạng thái lai hóa của nguyên tử C giải thích sự hình thành liên kết, dạng liên kết, góc liên kết trong phân tử.

-Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp: từ ví dụ suy ra công thức chung của dãy đồng đẳng, các loại đồng phân có thể có và cách gọi tên.

- Tính chất vật lý: từ bảng thể hiện nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng nhận xét về sự biến đổi các tính chất đó.

- Tính chất hóa học:

+ Từ cấu trúc phân tử dự đoán tính chất hóa học: giúp HS nhận xét mối liên quan giữa cấu trúc phân tử và tính chất hoá học của ankan, anken. Từ đó suy ra các phản ứng đặc trưng của benzen và ankylbenzen.

+ Sử dụng thí nghiệm hóa học để xác nhận dự đoán lý thuyết hoặc theo hướng nghiên cứu: từ hiện tượng quan sát được, vận dụng lý thuyết để giải thích.

+ So sánh tính chất với các chất đồng đẳng, lý giải nguyên nhân của sự giống và khác nhau.

+ Khái quát các tính chất hóa học của chất nghiên cứu. - Điều chế: Nêu khái quát về phương pháp điều chế.

- Ứng dụng: Từ tính chất vật lý, hóa học chỉ ra những ứng dụng cơ bản của chất nghiên cứu trong đời sống và sản xuất.

* Soạn giáo án I. Mục tiêu bài học

1. Kiến thức

- HS biết:

+ Định nghĩa, cấu trúc phân tử, đồng đẳng, đồng phân và danh pháp. + Tính chất vật lí.

- HS hiểu:

+ Mối liên quan giữa cấu trúc phân tử và tính chất hoá học.

+ Tính chất hoá học: Phản ứng thế của benzen và toluen: Halogen hoá, nitro hoá (điều kiện phản ứng, quy tắc thế; Sơ lược cơ chế thế); Phản ứng cộng Cl2, H₂ vào vòng benzen; Phản ứng oxi hoá hoàn toàn, oxi hoá nhóm ankyl.

2. Kĩ năng

+ Viết được cấu trúc phân tử của benzen và một số chất trong dãy đồng đẳng.

+ Viết được các phương trình hoá học biểu diễn tính chất hoá học của benzen, toluen; Vận dụng quy tắc thế để dự đoán sản phẩm phản ứng.

+ Xác định công thức phân tử, viết công thức cấu tạo và gọi tên.

+ Giải được bài tập: Tính khối lượng benzen, toluen tham gia phản ứng hoặc thành phần phần trăm khối lượng của các chất trong hỗn hợp; Một số bài tập khác có nội dung liên quan.

3. Trọng tâm

+ Cấu trúc phân tử của benzen và một số chất trong dãy đồng đẳng. + Tính chất hoá học benzen và toluen.

III. Phương pháp

+ Đàm thoại nêu vấn đề. + Trực quan.

+ Sử dụng bài tập phát triển tư duy.

III. Chuẩn bị

1. Giáo viên:

+ Dụng cụ: ống nghiệm, giá để ống nghiệm, đèn cồn, ống hút nhỏ giọt, kẹp ống nghiệm.

+ Hóa chất: benzen, toluen, H2O, xăng, dd iot, dd brom, dd KMnO4. 2. Học sinh:

+ Kiến thức viết đồng phân, đồng đẳng, gọi tên.

+ Ôn lại tính chất của hiđrocacbon no, hiđrocacbon không no.

IV. Nội dung bài học

Hoạt động thầy và trò Nội dung ghi bảng

Hoạt động 1: Vào bài

-GV: Trong đời sống nguồn

hidrocacbon thơm thường có ở đâu? Và tại sao lại gọi là hidrocacbon thơm? Chúng ta cùng nghiên cứu cấu trúc, tính chất lý hóa của benzen và ankylbenzen.

Hoạt động 2: Tìm hiểu cấu tạo phân tử benzen

- GV: Hãy mô tả sự hình thành liên kết trong phân tử benzen?

(Trạng thái lai hóa của C? Sự xen phủ các AO, hình thành liên kết?) - GV yêu cầu học sinh quan sát mô hình phân tử benzen và nhận xét.

BENZEN VÀ ANKYLBENZEN

I. Cấu trúc – Đồng đẳng – Đồng phân – Danh pháp

1. Cấu trúc của phân tử benzen:

a.

- Các nguyên tử C trong phân tử benzen ở trạng thái lai hóa sp2

.

- Mỗi 1C dùng 3 orbitan lai hóa tạo liên kết σ với 2 nguyên tử C bên cạnh và 1 nguyên tử H.

- 6 orbitan p tạo hệ liên hợp π → Liên kết π trong vòng benzen bền hơn ở hidrocacbon

- GV hướng dẫn hai kiểu CTCT của benzen.

Hoạt động 3:Tìm hiểu đồng đẳng, đồng phân, danh pháp

- GV đưa ra CTCT thu gọn một số đồng đẳng của benzen, yêu cầu HS đưa ra CTTQ của ankylbenzen. VD:

C₆H₅CH₃, C₆H₅CH₂CH₃, C₆H₅CH₂CH₂CH₃ …

- HS: tìm hiểu, rút ra công thức chung.

- GV: Viết các CTCT của C₆H₅CH₂CH₃ ? - HS: viết đồng phân. - GV: Ankylbenzen có những loại không no khác.

b.

- 6 nguyên tử C trong phân tử benzen tạo thành một lục giác đều.

- Cả 6 nguyên tử C và 6 nguyên tử H cùng nằm trên một mặt phẳng.

c.

2. Đồng đẳng – đồng phân – danh pháp:

a/ Đồng đẳng:

- Khi thay các nguyên tử hiđro trong phân tử benzen bằng các nhóm ankyl, ta được các ankylbenzen, hợp thành một dãy đồng đẳng của benzen (còn gọi là aren).

- CTTQ C_nH_2n-6 (n ≥ 6) b/ Đồng phân và danh pháp:

- Ankylbenzen có đồng phân mạch cacbon và đồng phân vị trí nhóm thế trên vòng benzen.

- Gọi tên: chỉ rõ vị trí các nguyên tử C của vòng bằng các chữ cái o, m, p (ortho, meta,

đồng phân nào? - HS trả lời.

- GV: hướng dẫn hai cách đọc tên của ankylbenzen:

+ mạch chính là nhóm ankyl

(nhóm C₆H₅CH₂- là nhóm benzyl, nhóm C₆H₅ – gọi là nhóm pheny). + mạch chính là vòng benzen. - HS: gọi tên các đồng phân đã viết.

Hoạt động 4: Nghiên cứu tính chất vật lí

- GV cho HS nghiên cứu bảng 7.1 nhận xét?

- GV làm thí nghiệm, yêu cầu HS nhận xét về màu sắc, tính tan của benzen:

• benzen vào nước

• benzen vào xăng

• iot vào nước • iot vào benzen

- GV nhắc lại những điểm lưu ý: + Nhiệt độ sôi của benzen và ankylbenzen thấp nên có thể sử dụng para). CH₂CH₃ CH₃ CH₃ etylbenzen 1,2-đimetylbenzen o - đimetylbenzen (o –xilen ) CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ 1,4-đimetyl benzen 1,3 -đimetylbenzen p- đimetylbenzen m – đimetylbenzen (p- xilen) (m –xilen ) II. Tính chất vật lí 1. Nhiệt độ nóng chảy, t0 s và khối lượng riêng:

- Nhiệt độ nóng chảy nhìn chung giảm dần, có sự bất thường ở p xilen, o-xilen, m-xilen - Nhiệt độ sôi tăng dần.

- Khối lượng riêng của aren nhỏ hơn 1g/cm3, các aren nhẹ hơn nước.

2. Màu sắc, tính tan và mùi:

- Là những chất không màu, không tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ .

phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước để thu hồi.

+ Benzen nhẹ hơn nước vì vậy có thể dùng phương pháp chiết để tách benzen ra khỏi nước.

CỦNG CỐ - DẶN DÒ

- Bài tập 1, 4, 5/191,192 (SGK).

- Chuẩn bị phần tính chất hóa học của benzen và ankylbenzen.

Hoạt động 1: Tìm hiểu tính chất hóa học

- GV: Phân tích đặc điểm cấu tạo của benzen từ đó suy luận khả năng tham gia phản ứng hóa học của hidrocacbon thơm?

- HS: mạch vòng, tạo hệ liên hợp, vì vậy nhân benzen khá bền.

- GV giúp HS nhận xét mối liên quan giữa cấu trúc phân tử và tính chất hoá học của ankan, anken. Từ đó suy ra các phản ứng đặc trưng của benzen và ankylbenzen.

- HS: Các hidrocacbon thơm có 2 trung tâm phản ứng là nhân benzen và mạch nhánh.

- GV cho HS hoàn thành phiếu học tập.

- GV bổ sung điều kiện phản ứng, lưu

- Là những chất có mùi nhưng có hại cho sức khỏe.

- Trạng thái tự nhiên: thể lỏng.

Bài 46: BENZEN VÀ ANKYLBENZEN (Tiết 2) III. Tính chất hóa học 1. Phản ứng thế: a. Phản ứng halogen hóa  Xúc tác Fe: phản ứng thế vòng benzen - Với benzen: + Br₂^{Fe, t} Br + HBr oC

 Xúc tác as: đồng đẳng benzen cho phản

ứng thế nhánh

+ Br₂ ^tO CH₂Br +

CH₃

Benzyl bromua b. Phản ứng nitro hóa (HNO3đ, H2SO₄ đ,to ) - Với benzen:

X

X

ý HS:

Trạng thái chất tham gia phản ứng: brom khan, HNO₃ bốc khói, H2SO₄ đ, đun nóng, phân biệt sản phẩm phản ứng khi có xúc tác Fe và khi có điều kiện chiếu sáng.

- GV đưa ra vấn đề: vì sao toluen tham gia phản ứng dễ dàng hơn benzen? - HS thảo luận: do ảnh hưởng của nhóm thế của nhân thơm tới mức độ phản ứng và hướng phản ứng.

- HS: Toluen tham gia phản ứng thế dễ dàng hơn benzen và tạo thành sản phẩm thế vào vị trí ortho và para.

Hoạt động 2: Tìm hiểu qui tắc thế ở vòng benzen

- GV yêu cầu HS nhận xét sản phẩm phản ứng thế để rút ra quy tắc thế ở vòng benzen.

- GV: trình bày qui tắc thế, nhóm đẩy electron, nhóm rút electron. - GV trình bày cơ chế thế ở vòng benzen. Hoạt động 4: Tìm hiểu phản ứng cộng + HNO_{3 d} H₂SO₄d NO₂ + H₂O Nitro benzen d. Qui tắc thế vòng benzen: • Các nhóm -OH, -NH₂ , -CH₃ , -C₂H₅ (nhóm đẩy electron) - Làm cho phản ứng dễ hơn - Định hướng thế tiếp ở vị trí 2, 4, 6 ( ortho, para) • Các nhóm –CHO,-COOH, - NO₂ (nhóm rút electron) - Làm cho phản ứng khó hơn - Định hướng thế tiếp ở vị trí 3, 5 (meta) d. Cơ chế phản ứng thế ở vòng:

- Phân tử halogen hoặc phân tử axit không trực tiếp tấn công

- Tiểu phân mang điện tích dương tạo thành do tác dụng của chúng với xúc tác mới là tác nhân tấn công trực tiếp vào vòng benzen:

- HS: làm thí nghiệm cho benzen vào dung dịch brom (dung môi là CCl4). - HS quan sát và rút ra kết luận: Benzen và ankyl benzen không làm mất màu dung dịch brom (không tham gia phản ứng cộng).

- GV bổ sung: khi chiếu sáng, benzen cộng với clo tạo hexacloran.

Khi có nhiệt độ, xúc tác Ni hoặc Pt, xảy ra phản ứng cộng với H2 tạo thành xicloankan.

Hoạt động 5: Tìm hiểu phản ứng oxi hóa

- HS: làm thí nghiệm cho benzen và toluen tác dụng với dd KMnO4 ở nhiệt độ thường và kh đun nóng.

- HS quan sát hiện tượng, nhận xét. - GV nhấn mạnh: Các ankylbenzen

khi đun nóng với dung dịch KMnO4

thì chỉ có nhóm ankyl bị oxi hóa, sản phẩm luôn là axit benzoic dù mạch ankyl có từ 2 nguyên tử C trở lên. - GV làm thí nghiệm đốt cháy benzen: nhỏ vài giọt benzen vào đế

O₂N-O-H

+

+

+

+

+

- Benzen và ankylbenzen không làm mất màu dung dịch Br2 và KMnO₄ (không tham gia phản ứng cộng như các hidrocacbon không no khác).

a.

b.

a) Phản ứng oxi hóa hoàn toàn (với dd KMnO₄)

- Bezen không tác dụng.

sứ rồi đốt.

- HS quan sát, nhận xét hiện tượng, so sánh với hiện tượng đốt cháy hiđrocacbon đã học: các aren khi cháy trong không khí thường tạo ra nhiều muội than.

- Tương tự các HC khác yêu cầu HS lên viết ptpư cháy của benzen và aren. - GV: yêu cầu HS rút ra nhận xét về khả năng tham gia phản ứng hoá học của benzen.

- Từ những tính chất ở trên, HS rút ra nhận xét chung.

Hoạt động 6: Nghiên cứu điều chế - ứng dụng:

- GV: đưa ra 2 phương pháp chủ yếu để điều chế aren.

- GV: hướng dẫn HS viết một số ptpư trong SGK.

- GV: Dùng sơ đồ giới thiệu một số ứng dụng của benzen và aren.

- HS: Tìm hiểu ứng dụng trong SGK.

CỦNG CỐ - DẶN DÒ:

- Bài tập 7/ 192(SGK) - BTVN: 8,9,10/ 192(SGK).

khi đun nóng.

+ 2KMnO₄ ^tO COOK + 2MnO CH₃

b) Phản ứng oxi hóa hoán toàn (phản ứng cháy)

C_nH_{2n -6} + ^{3n - 3}

2 O₂ → nCO₂ + (n – 3) H₂O

Nhận xét: benzen tương đối dễ tham gia phản ứng thế hơn so với phản ứng cộng và bền với chất oxi hóa. Đó là tính chất hóa học đặc trưng của hidrocacbon thơm (gọi là tính thơm).

IV. Điều chế - ứng dụng: 1. Điều chế:

- Benzen, toluen, xilen... ngoài chưng cất bằng dầu mỏ còn được điều chế từ ankan, xicloankan.

CH₃[CH₂]₅CH₃ xt t,⁰→ C₆H₅CH₃ + 4H₂

- Etyl benzen được điều chế từ benzen và etilen.

C₆H₆ + CH₂=CH₂ xt t,⁰→

C₆H₅CH₂CH₃

2. Ứng dụng (SGK)

Phiếu học tập số 1 (Hoạt động 1)

1) Viết đồng phân và gọi tên các ankylbenzen có CTPT C8H₁₀, C₉H₁₂. 2) Viết CTCT của các hợp chất sau:

a) Propylbenzen. b) 4-Clotoluen.

c) m-Bromtoluen. d) 1,2,4-Trimetylbenzen.

Phiếu học tập số 1 (Hoạt động 3 – Tiết 1)

1) Viết PTHH và gọi tên sản phẩm khi cho: a) Toluen tác dụng Br2 (bột sắt). b) Toluen tác dụng Br2 (ánh sáng). c) Etylbenzen tác dụng HNO3đ/H2SO₄đ. d) Etylbenzen tác dụng H2 (Ni, t^o).

2) Có các bình không dán nhãn mỗi bình đựng một trong các chất sau:

Benzen, toluen, stiren, hex–1–in. Trình bày phương pháp hóa học nhận biết các chất đựng trong mỗi bình. Viết phương trình phản ứng.

Phiếu học tập số 2 (Hoạt động 2,3 – Tiết 2)

1) Viết các phương trình hóa học điều chế:

a) o-Bromnitrobenzen và m-bromnitrobenzen từ benzen. b) 2,4,6-Trinitrotoluen từ metan.

1) Hiđrocacbon A có tỉ khối so với không khí là 2,69. Đốt cháy hoàn toàn một lượng A thu được CO2 và H₂O theo tỉ lệ thể tích 1:0,5.

a) Xác định CTPT của A.

b) Biết A không tác dụng với dung dịch Br2, A tác dụng với Br2 khan (xúc tác Fe). Xác định CTCT của A.

2) Hiđrocacbon X có CTPT C8H₁₀không làm mất màu nước brom, khi bị hiđro hóa thì chuyển thành 1,4 - đimetylxiclohexan. Hãy xác định CTCT và gọi tên X.