VI. VẤN ĐỀ MỞ RỘNG
3. Sự định hướng
VẤN ĐỀ 2: NHẬN BIẾT VÀ TÁCH BENZEN VÀ ALKYLBENZEN
PHƯƠNG PHÁP
Nhận biết :
Benzen : không tan trong nước, không làm mất màu dung dịch nước brom, không bị các tác nhân oxi hóa mạnh như : KMnO4, K2Cr2O7….
Thuốc thử nhận biết : Dùng hỗn hợp HNO3/H2SO4 đ
Hiện tượng : Chất lỏng nitrobenzen có mùi hạnh nhân.
Đồng đẳng benzen : không tan trong nước, không làm mất màu dung dịch
nước brom.
Thuốc thử nhận biết : dung dịch KMnO4đun nóng.
Hiện tượng : màu của dung dịch nhạt từ từ.
Tách
Benzen và các alkylbenzen không tan trong nước nên dùng phương pháp lọc
để tách.
C. BÀI TẬP
Bài 1 Hỗn hợp X gồm hai hydrocarbon A, B có khối lượng a gam. Nếu đem đốt cháy hoàn toàn X thì thu được gam CO2 và gam H2O. Nếu thêm vào X một nửa
lượng A có trong X rồi đốt cháy hoàn toàn thu được gam CO2 và , gam H2O. Tìm CTPT của A,B biết X không làm mất màu dung dịch brom và A, B thuộc
hydrocarbon đã học.
Phân tích : Ở đây ta có ẩn số a thì cách tốt nhất ta nên dùng phương pháp tự chọn
lượng chất để tính toán cho dễ dàng. Đối với những bài toán có chứa ẩn thì ta nên
dùng phương pháp tự chọn lượng chất để giải quyết bài toán cho dễ dàng.
Ta chọn a = 41 ⇒ m = 132 gam ⇒ n = 3 mol ; m = 165 gam ⇒n = 3,75 mol
m = 45 gam ⇒ n = 2,5 mol ; m = 60,75 gam ⇒n = 3,375 mol Số mol CO2 và H2O có trong A là : n = 3,75 – 3 = 0,75 mol ; n = 3,375– 2,5 = 0,875mol⇒ ố ố = = ⇒ CTĐG của A là : (C3H7)n⇒ 7n ≤ 3n.2 + 2 ⇒ n ≤ 2 ⇒ A: C6H14 là duy nhất. ⇒ Số mol CO2, H2O sinh ra từ B :n = 3 – 2*0,75 = 1,5; n = 2,5 – 0,875*2 = 0,75 ố ố = = , , ∗ = 1 ⇒ CTĐG của B là : (CH)n⇒ n = 6 là công thức thỏa mãn. Vậy A là : C6H14 và B là : C6H6.
Bài 2 Cho 0,5 kg benzen tác dụng với hỗn hợp gồm 0,9 kg H2SO4 96% và 0,72 kg HNO3 66%. Giả sửbenzen được chuyển hết thành nitro benzen và nitrobenzen được tách hết ra khỏi hỗn hợp acid dư. Tính khối lượng nitrobenzen thu được và khối
lượng của các acid dư. (Biết phản ứng xảy ra có hiệu suất đạt 100%).
Giải
Phân tích : Đây là dạng toán thuần túy của phản ứng nitro hóa benzen, để giải quyết dạng toán này ta dùng phương pháp 3 dòng để giải quyết. (Lưu ý là đối với dạng bài toán này thì ta viết tất cả các tác chất về dạng công thức tổng quát, để thuận tiện cho việc tính toán). Phương trình phản ứng : C6H6 + HNO3 C6H5NO2 + H2O M = 78 M = 63 M = 123 Ban đầu : 0,5 kg 0,72kg 0 kg Phản ứng : x x x Sau phản ưng : 0,5 –x 0,72 –x x
Khối lượng nitrobenzen thu được là : m = ∗ , = 0,7885 gam
Khối lượng HNO3 nguyên chất ban đầu là : m = , ∗ = 0,4752 kg
Khối lượng H2SO4 nguyên chất là : m = , ∗ = 0,864 kg
Khối lượng HNO3 tham gia phản ứng với Benzen : mpứ = , ∗ = 0,4038 kg
⇒Khối lượng HNO3 nguyên chất còn dư : 0,4752 – 0,4038 = 0,0714 kg
Bài 3 Nitro hóa benzen bằng một hỗn hợp dung dịch HNO3/H2SO4thu được hai chất hữu cơ A, B. Đốt cháy hoàn toàn 7,275 gam hỗn hợp A, B thu được CO2, H2O và 0,84 lít khí N2(đktc). Tìm công thức cấu tạo của A, B và tính phần trăm khối lượng của A, B trong hỗn hợp.
Giải
Phân tích : Ởđây không nói rõ là nitro hóa theo tỉ lệ bao nhiêu, nên ta viết phương
trình dưới dạng tổng quát.
C6H6 + xHO – NO2 C6H6 – x(NO2)x + xH2O
(A, B)
Đốt cháy 7,275g thu được n = ,
, = 0,0375 mol ⇒ Ap dụng bảo toàn nguyên tố N2
trong A, B ta có : xa = 0,0375*2 = 0,075 mol ⇒ = ,
, = 97⇒x = 1,5
Từ tính chất giá trị trung bình suy ra : Chắc chắn trong hỗn hợp A, hoặc B sẽ chứa 1 nhóm nitro (-NO2) và còn lại chất kia sẽ chứa nhiều hơn 1 nhóm thế nitro.
Giả sửnhư A là : C6H5NO2 với số mol là a’ ⇒ B là : C6H4(NO2)2 với số mol là b ‘
Vận dụng tính chất giá trị trung bình ta có : a’ = b’ = 0,025 mol
⇒%mA = ∗ ,
, *100% = 42, 27% ⇒ %mB = (100 – 42,27)% = 57,73%
Bài 4 Một chất hữu cơ A có CTPT là C8H8 tác dụng được với dung dịch brom theo tỉ
lệ 1 :1, nhưng tác dụng với H2 theo tỉ lệ 1 :4. Tìm công thức cấu tạo của A
Giải
Phân tích : Đây là dạng toán cho biết CTPT bắt chúng ta đi tìm CTCT, để giải quyết những bài toán dạng này, bước đầu tiên chúng ta phải tính được độ bất bão hòa để
xem xét trong CTCT của chất đó có dạng vòng, hở hay kết hợp cảhai. Bước tiếp theo chúng ta dựa vào dữ kiện bài toán rồi dự toán và viết CTCT của chúng.
Độ bất bão hòa : a = ∗ = 5
Như vậy từ những phân tích trên ta được : A tác dụng với dung dịch brom theo tỉ lệ
1 :1 ⇒ Trong A chứa nhóm – CH=CH2⇒ Độ bất bão hòa còn lại là 4
Mặt khác A tác dụng với H2 theo tỉ lệ 1 :4 ⇒ A có 4 liên kết π ⇒ Trong A có chứa 3 liên kết π và một vòng
⇒ CTCT của A là :
Styren (vinylbenzen)
Bài 5 Hydrocarbon A có CTPT là C8H10 không làm mất màu nước brom khi bị hydro hóa chuyển thành 1,4 – dimetylcyclohexan. Xác định CTCT của A gọi tên chúng.
Giải
Độ bất bão hòa chứa trong A : a = ∗ = 4
Theo dữ kiện bài toán khi bị hydro hóa A chuyển thành 1,4 – dimetylcyclohexan
⇒ A có chứa vòng, và có chứa hai nhóm thế metyl ( - CH3) ⇒ A có 1 vòng và 3 liên kết
π. Mặt khác A không tham gia phản ứng với dung dịch brom ⇒ 3 liên kết này nằm trong vòng ⇒ A có CTCT :
1,4 – dimetylbenzen
Bài 6 Cho 13,8 gam alkylbenzen A tác dụng với dung dịch brom có bột Fe xúc tác thu
được hai dẫn xuất monobrom có khối lượng 20,5 gam. Trong mỗi dẫn xuất đều có 46.784% brom trong phân tử. Tìm công thức phân tử của A và hiệu suất phản ứng.
Giải
Phân tích : Đề bài đã cho biết hai dữ kiện quan trọng : thứ nhất là A tác dụng với brom theo tỷ lệ 1 :1 (mono). Thứ hai là cho biết tỉ lệ phần trăm của brom. Để mở bài toán này ta dựa vào dữ kiện bài toán theo tỷ lệ phần trăm của Brom. Nhưng điểm mấu chốt quan trọng ởđây là làm sao gọi một CTPT của A sao cho phù hợp.
Gọi CTPT của mỗi đồng phân là C6H4-CnH2n+1Br. Theo bài ra ta có :
46,784 = *100 ⇔n = 1 ⇒ CTPT của mỗi đồng phân là : C7H7Br ⇒CTCT của A
o- bromobenzen + Br
p –bromobenzen nA = , = 0,15 mol = nsp theo pứ⇒ msp theo pứ = 0,15*171 = 25,65 gam
⇒ Hiệu suất phản ứng là : H= .
, *100% = 79,92%
Bài 7 Hydrocarbon A là chất lỏng, tỉ khối hơi so với không khí là 2,7. Đốt cháy hoàn
toàn A thu được CO2 và H2O có tỉ lệ khối lượng = , . Biết rằng khi cho A tác dụng với brom khan tỉ lệ 1 :1 có mặt bột Fe xúc tác thu được chất B và khí D. Khí D
hấp thụ hoàn toàn bởi 2 lít dung dịch NaOH 0,5M. Để trung hòa NaOH dư cần 0,5 lít dung dịch HCl 1M. Xác định A.
Giải
Phân tích : Đọc kĩ bài toán ta có thể dựđoán được bài toán này liên quan đến nhóm hydrocarbon thơm. (Có mặt xúc tác Fe khi cho A tác dụng với Brom). Nếu chúng ta bị
‘‘cuốn’’ theo những dữ kiện của tác giả thì chúng ta sẽ mất thời gian. Ở đây chỉ cần dữ kiện tỉ lệ khối lượng của khí CO2 và H2O có thểsuy ra được đáp án bài toán.
Ta có MA = 2,7*29 = 78 g/mol ⇒C6H6 (dựđoán trong đầu).
Mặt khác = , ⇔ = , ⇒ = ố
ố = 1 ⇒CTĐG : (C6H6)n⇒ n =1 Vậy công thức A là C6H6.
Bài 8 Hydrocarbon A có chứa vòng benzen không có khả năng làm mất màu dung dịch brom. %C chiếm 90%. A tác dụng với brom theo tỉ lệ 1 :1 cho 1 sản phẩm duy nhất. Tìm công thức phân tử của A và viết công thức cấu tạo của A.
Giải
Phân tích : Ởđây bài toán nói khá rõ là A chứa vòng benzen, A tác dụng với Br2 theo tỉ lệ 1 :1 sinh ra một sản phẩm duy nhất ⇒A có tính đối xứng cao. Mởđược mấu chốt bài này khá dễ dàng nhở tỉ lệ %C ta có thể tìm được CTPT.
Gọi CTPT của A là CxHy⇒ %C = 99% ⇒ %H = 10% ⇒ = ⇒ =
⇒CTĐG A : (C9H12)n⇒ n = 1 (phù hợp với dãy đồng đẳng benzen)⇒ CTPT A : C9H12
Vì A tác dụng với Br chỉ sinh ra 1 sản phẩm duy nhất ⇒ A có tính đối xứng cao.