Tài liệu Các dạng bài tập hidrocacbon

A. HIDROCACBON: CT chung: C xHy (x  1, y  2x+2). Nếu là chất khí ở đk thường hoặc đk chuẩn: x  4. Hoặc: CnH2n+2-2k, với k là số liên kết  , k  0. I- DẠNG 1: Hỗn hợp gồm nhiều hidrocacbon thuộc cùng một dãy đồng đẳng. PP1: Gọi CT chung của các hidrocacbon Cn H 2 n  2  2 k (cùng dãy đồng đẳng nên k giống nhau) - Viết phương trình phản ứng - Lập hệ PT giải  n , k. - Gọi CTTQ của các hidrocacbon lần lượt là C n1 H 2n1  2  k , Cn 2 H 2n 2  2  k ... và số mol lần lần lượt là a1,a2…. Ta có: + n n1a1  n 2a2  ... a1  a2  ... + a1+a2+… =nhh Ta có đk: n10  12xo  12x<58  x<4,8 và do y  2x+2  58-12x  2x+2  x  4  x=4 ; y=10  CTPT hydrocacbon là C4H10. III. DẠNG 3 : GIẢI BÀI TOÁN HỖN HỢP Khi giải bài toán hh nhiều hydrocacbon ta có thể có nhiều cách gọi : - Cách 1 : Gọi riêng lẻ, cách này giải ban đầu đơn giản nhưng về sau khó giải, dài, tốn thời gian. - Cách 2: Gọi chung thành một công thức C x H y hoặc C n H 2 n  2  2 k (Do các hydrocacbon khác dãy đồng đẳng nên k khác nhau) Phương pháp: Gọi Ct chung của các hydrocacbon trong hh là C x H y (nếu chỉ đốt cháy hh) hoặc C n H 2n  2 2 k (nếu vừa đốt cháy vừa cộng hợp H2, Br2, HX…) - Gọi số mol hh. - Viết các ptpứ xảy ra, lập hệ phương trình, giải hệ phương trình  x , y hoaëc n, k... + Nếu là x, y ta tách các hydrocacbon lần lượt là C x H y , C x H y ..... 1 Ta có: a1+a2+… =nhh x x1a1  x 2a 2  .... a1  a 2  ... y y1a1  y 2a 2  ... a1  a 2  ... Nhớ ghi điều kiện của x1,y1… - Nguyễn Tất Trung (05002461803) 1 2 2 + x1  1 nếu là ankan; x 1  2 nếu là anken, ankin; x1  3 nếu là ankadien… Chú ý: + Chỉ có 1 hydrocacbon duy nhất có số nguyên tử C=1 nó là CH4 (x1=1; y1=4) + Chỉ có 1 hydrocacbon duy nhất có số nguyên tử H=2 nó là C2H2 (y2=4) (không học đối với C4H2). Các ví dụ: IV. CÁC PHẢN ỨNG DẠNG TỔNG QUÁT: 1. Gọi CT chung của các hydrocacbon là C n H 2 n  2  2 k a.Phản ứng với H2 dư (Ni,to) (Hs=100%) o ,t C n H 2n  2 2 k + k H2 Ni C n H 2 n  2 hỗn hợp sau phản ứng có ankan và H2 dư   Chú ý: Phản ứng với H2 (Hs=100%) không biết H2 dư hay hydrocacbon dư thì có thể dựa vào M của hh sau phản ứng. Nếu M <26  hh sau phản ứng có H2 dư và hydrocacbon chưa no phản ứng hết b.Phản ứng với Br2 dư: C n H 2n  2 2 k + k Br2  C n H 2n  2  k Br2 k  c. Phản ứng với HX C n H 2n  2 2 k + k HX   C n H 2n  2 k X k d.Phản ứng với Cl2 (a's'k't') C n H 2n  2 2 k + k Cl2  C n H 2 n  2  2 k Cl k  xHCl  e.Phản ứng với AgNO3/NH3 2 Cn H 2n  2 2 k +xAg2O NH  x Cn H 2 n  2  2 k  x Ag x  xH 2O   3 2) Đối với ankan: C nH2n+2 + xCl2 ASKT  CnH2n+2-xClx + xHCl ĐK: 1  x  2n+2   C nH2n+2 Crackinh CmH 2m+2 + C xH2x   ĐK: m+x=n; m  2, x  2, n  3. 3) Đối với anken: + Phản ứng với H2, Br2, HX đều tuân theo tỉ lệ mol 1:1 + Chú ý phản ứng thế với Cl2 ở cacbon   o CH3-CH=CH2 + Cl2 500 ClCH2-CH=CH2 + HCl C 4) Đối với ankin: + Phản ứng với H2, Br2, HX đều tuân theo tỉ lệ mol 1:2 o , VD: C nH2n-2 + 2H2 Ni CnH 2n+2 t - Nguyễn Tất Trung (05002461803) + Phản ứng với dd AgNO3/NH3 2CnH2n-2 + xAg2O  2CnH2n-2-xAgx + xH2O  ĐK: 0  x  2 * Nếu x=0  hydrocacbon là ankin  ankin-1 * Nếu x=1  hydrocacbon là ankin-1 * Nếu x= 2  hydrocacbon là C2H 2. 5) Đối với aren và đồng đẳng: + Cách xác định số liên kết  ngoài vòng benzen. Phản ứng với dd Br2 n Br2 n hydrocacbon     là số liên kết  ngoài vòng benzen. + Cách xác định số lk  trong vòng: Phản ứng với H2 (Ni,to): nH2 n hydrocacbon  * với  là số lk  nằm ngoài vòng benzen *  là số lk  trong vòng benzen. Ngoài ra còn có 1 lk  tạo vòng benzen  số lk  tổng là  +  +1. VD: hydrocacbon có 5  trong đó có 1 lk  tạo vòng benzen, 1lk  ngoài vòng, 3 lk  trong vòng. Vậy nó có k=5  CTTQ là CnH2n+2-k với k=5  CTTQ là CnH2n-8 CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN VÍ DỤ 1 :Đốt cháy 0,1 mol hỗn hợp 2 ankan là đồng đẳng kế tiếp ,thu được 3,36 lít CO2(ĐKTC).Hai ankan trong hỗn hợp là: Giải : số nt cacbon trung bình= số mol CO 2 : số mol 2 ankan ---> CTPT VD 2 :Đốt cháy 6,72 lít khí (ở đktc) hai hiđrocacbon cùng dãy đồng đẳng tạo thành 39,6 gam CO2 và 10,8 gam H2O. a)Công thức chung của dãy đồng đẳng là: b) Công thức phân tử mỗi hiđrocacbon là: Giải :Do chúng ở thể khí, số mol CO2> số mol H2O --->là ankin hoặc ankadien số mol 2 chất là :nCO2- n H2O = 0,3 ---> Số ntử cacbon trung bình là : nCO2 :n 2HC=3 ---> n1=2 ,n2 =4 ---> TCPT là C2H2 và C4H6 VD 3 :Cho 4,6 gam hỗn hợp 2 anken là đồng đẳng kế tiếp qua dung dịch brôm dư,thấy có 16 brôm phản ứng.Hai anken là - Nguyễn Tất Trung (05002461803) Giải:n Br2= 0,1 =n 2anken ---->số nguyên tử cacbon trung bình = 4,6 0 ,1.14 =3,3  CTPT 2anken là: C3H6 và C4H 8 VD 4:Khi đốt cháy 1hh gồm:0,1 mol C2H4 và 1 hydrocacbon A,thu được 0,5 mol CO2 và 0,6 mol H 2O.CTPT của hydrocacbon A là: Giải:nH2O > nCO2 ---> A là ankan Số mol A= nH2O - nCO2 =0,1---> n =(0,5 – 0,1.2): 0,1 =2--->CTPT của A là:C2H6 VD 5:Khi đốt cháy 0,2 mol hh gồm: C 2H2 và 1 hydrocacbon A,thu được: số mol CO 2 =số mol H2O =0,5 mol.CTPT của hydrocacbon A là ? Giải:nH2O = nCO2 ---> A là ankan --> nC 2H2 =n A= 0,1---> số nguyên tử cacbon trong Alà: (0,5 –0,1.2): 0,1 =3 ---> ctpt của A là: C3H8 V- MỘT SỐ DẠNG BIỆN LUẬN KHI BIẾT MỘT SỐ TÍNH CHẤT PHƯƠNG PHÁP: + Ban đầu đưa về dạng phân tử + Sau đó đưa về dạng tổng quát (có nhóm chức, nếu có) + Dựa vào điều kiện để biện luận. VD1: Biện luận xác định CTPT của (C2H5)n  CT có dạng: C2nH5n Ta có điều kiện: + Số nguyên tử H  2 số nguyên tử C +2  5n  2.2n+2  n  2 + Số nguyên tử H là số chẳn  n=2  CTPT: C 4H10 VD2: Biện luận xác định CTPT (CH2Cl)n  CT có dạng: C nH 2nCln Ta có ĐK: + Số nguyên tử H  2 số nguyên tử C + 2 - số nhóm chức  2n  2.2n+2-n  n  2. + 2n+n là số chẳn  n chẳn  n=2  CTPT là: C2H4Cl2. VD3: Biện luận xác định CTPT (C4H 5)n, biết nó không làm mất màu nước brom. CT có dạng: C4nH5n, nó không làm mất màu nước brom  nó là ankan loại vì 5n<2.4n+2 hoặc aren. ĐK aren: Số nguyên tử H =2số C -6  5n =2.4n-6  n=2. Vậy CTPT của aren là C8H10.  Chú ý các qui tắc: + Thế halogen vào ankan: ưu tiên thế vào H ở C bậc cao. - Nguyễn Tất Trung (05002461803) + Cộng theo Maccôpnhicôp vào anken + Cộng H2, Br2, HX theo tỷ lệ 1:1 vào ankađien. + Phản ứng thế Ag2O/NH3 vào ankin. + Quy luật thế vào vòng benzen + Phản ứng tách HX tuân theo quy tắc Zaixep. C. NHÓM CHỨC I- RƯỢU: 1) Khi đốt cháy rượu: n H O  n CO  rượu này no, mạch hở. 2 2 2) Khi tách nước rượu tạo ra olefin  rượu này no đơn chức, hở. 3) Khi tách nước rượu A đơn chức tạo ra chất B. - d B / A  1  B là hydrocacbon chưa no (nếu là rượu no thì B là anken). - d B / A  1  B là ete. 4) - Oxi hóa rượu bậc 1 tạo ra andehit hoặc axit mạch hở. O] R-CH2OH [ R-CH=O hoặc R-COOH - Oxi hóa rượu bậc 2 thì tạo ra xeton: O] R-CHOH-R' [ R-CO-R' - Rượu bậc ba không phản ứng (do không có H) 5) Tách nước từ rượu no đơn chức tạo ra anken tuân theo quy tắc zaixep: Tách OH và H ở C có bậc cao hơn 6) - Rượu no đa chức có nhóm -OH nằm ở cacbon kế cận mới có phản ứng với Cu(OH)2 tạo ra dd màu xanh lam. - 2,3 nhóm -OH liên kết trên cùng một C sẽkhông bền, dễ dàng tách nước tạo ra anđehit, xeton hoặc axit cacboxylic. - Nhóm -OH liên kết trên cacbon mang nối đôi sẽ không bền, nó đồng phân hóa tạo thành anđehit hoặc xeton. CH2=CHOH  CH3-CHO  CH2=COH-CH 3  CH 3-CO-CH3.  CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN Rượu no a. Khi đốt cháy rượu : n H 2 O  n CO 2  röôïu naøy laø röôïu no - Nguyễn Tất Trung (05002461803) n H 2 O  n CO 2  n röôïu phaûn öùng  soá nguyeân töû caùcbon  n CO 2 n röôïu Nếu là hổn hợp rượu cùng dãy đồng đẳng thì số nguyên tử Cacbon trung bình. VD : n = 1,6  n1< n =1,6  phải có 1 rượu là CH 3OH b. nH2 n röôïu  x  x 2 là số nhóm chức rượu ( tương tự với axít) c. rượu đơn chức no (A) tách nước tạo chất (B) (xúc tác : H2SO4 đđ) . dB/A < 1  B là olêfin . dB/A > 1  A là ete 0 d. + oxi hóa rượu bậc 1 tạo anđehit : R-CHO Cu,t  R- CH= O  + oxi hóa rượu bậc 2 tạo xeton : R- CH – R’ OH O R – C – R’ O + rượu bậc 3 không bị oxi hóa. II. PHENOL: - Nhóm OH liên kết trực tiếp trên nhân benzen, nên liên kết giữa O và H phân cực mạch vì vậy hợp chất của chúng thể hiện tính axit (phản ứng được với dd bazơ) OH ONa + H2O + NaOH - Nhóm -OH liên kết trên nhánh (không liên kết trực tiếp trên nhân benzen) không CH2OH + NaOH thể hiện tính axit. khoâng phaûn öùng CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN a/ Hợp chất HC: A + Na  H 2 OH hoặc -COOH. - Nguyễn Tất Trung (05002461803) nH 2 nA  x  x là số nguyên tử H linh động trong – 2 b/ Hợp chất HC: A + Na  muối + H2O  n NaOH phaûn öùng  y  y là số nhóm chức nA phản ứng với NaOH là – OH liên kết trên nhân hoặc – COOH và cũng là số nguyên tử H linh động phản ứng với NaOH. VD : . . n H2 nA  1  A có 2 nguyên tử H linh động phản ứng Natri n NaOH  1  A có 1 nguyên tử H linh động phản ứng NaOH nA . nếu A có 2 nguyên tử Oxi  A có 2 nhóm OH ( 2H linh động phản ứng Na) trong đó có 1 nhóm –OH nằm trên nhân thơm ( H linh động phản ứng NaOH) và 1 nhóm OH liên kết trên nhánh như HO-C 6H4-CH2-OH III. AMIN: - Nhóm hút e làm giảm tính bazơ của amin. - Nhóm đẩy e làm tăng tính bazơ của amin. VD: C 6H5-NH2 nCO2  nH2O – nCO2 = 1,5 namin . n CO 2 n amin  số nguyên tử cacbon  Bậc của amin : -NH2 bậc 1 ; -NH- bậc 2 ; -N - bậc 3 IV. ANĐEHIT : 1. Phản ứng tráng gương và với Cu(OH)2 (to) o , R-CH=O +Ag2O ddNH 3 R-COOH + 2Ag   t o R-CH=O + 2Cu(OH)2 t R-COOH + Cu2O  +2H 2O   Nếu R là Hydro, Ag2O dư, Cu(OH)2 dư: - Nguyễn Tất Trung (05002461803) o , H-CHO + 2Ag2O ddNH 3 H2O + CO2 + 4Ag   t o H-CH=O + 4Cu(OH)2 t 5H2O + CO 2 + 2Cu2O    Các chất: H-COOH, muối của axit fomic, este của axit fomic cũng cho được phản ứng tráng gương. o , HCOOH + Ag2O ddNH3 H2O + CO2+2Ag   t o , HCOONa + Ag2O ddNH3 NaHCO 3 + 2Ag   t o , H-COOR + Ag2O ddNH3 ROH + CO2 + 2Ag   t  Anđehit vừa đóng vai trò chất khử, vừa đóng vai trò chất oxi hóa: + Chất khử: Khi phản ứng với O2, Ag2O/NH3, Cu(OH)2(to) + Chất oxi hóa khi tác dụng với H2 (Ni, to) CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN a. n Ag n anñehyt  2 x  x laø soá nhoùm chöùc andehyt. + Trường hợp đặc biệt : H-CH = O phản ứng Ag2O tạo 4mol Ag nhưng %O = 53,33% + 1 nhóm andehyt ( - CH = O ) có 1 liên kết đôi C = O  andehyt no đơn chức chỉ có 1 liên kết  nên khi đốt cháy n H 2 O  n CO 2 ( và ngược lại) + andehyt A có 2 liên kết  có 2 khả năng : andehyt no 2 chức ( 2 ở C = O) hoặc andehyt không no có 1 liên kết đôi ( 1 trong C = O, 1  trong C = C). b. + + n Cu 2 O n andehyt  x  x laø soá nhoùm chöùc andehyt n Cu(OH) 2 phaûn öùng n andehyt + n H 2 phaûn öùng n andehyt  2 x  x laø soá nhoùm chöùc andehyt  x  x laø ( soá nhoùm chöùc andehyt  soá lieân keát ñoâi() C  C) V. AXIT CACBOXYLIC: + Khi cân bằng phản ứng cháy nhớ tính cacbon trong nhóm chức. VD: C nH2n+1COOH + ( 3n  1 ) O 2  (n+1)CO2 + (n+1)H2O  2 + Riêng axit fomic tráng gương, phản ứng với Cu(OH)2 tạo  đỏ gạch.  Chú ý axit phản ứng với Cu(OH)2 tạo ra dd màu xanh do có ion Cu2+ - Nguyễn Tất Trung (05002461803) + Cộng HX của axit acrylic, axit metacrylic, andehit acrylic nó trái với quy tắc cộng Maccopnhicop: VD: CH2=CH-COOH + HCl  ClCH 2-CH2-COOH  + Khi giải toán về muối của axit cacboxylic khi đốt cháy trong O2 cho ra CO2, H2O và Na2CO3 VD : C xHyOzNat + t 2 O2  ( x  ) CO2 +  y t H2O + Na2CO3 2 2 CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN  n OH - phaûn öùng n axít  x  x laø soá nhoùm chöùc axít ( - COOH)  Chí có axít fomic ( H-COOH) tham gia phản ứng tráng gương  Đốt axít : Ta có : n H 2 O  n CO 2  axít treân no ñôn chöùc. ( vaø ngöôïc laïi)  CT : C n H 2n O 2  n H 2 sinh ra n axít  x  x laø soá nhoùm chöùc axít ( phaûn öùng kim loaïi) 2  Lưu ý khi giải toán : + Số mol Na (trong muối hữu cơ) = số mol Na (trong Na2CO3) (bảo toàn nguyên tố Na) + Số mol C (trong Muối hữu cơ) = số mol C (trong CO2) + Số mol C (trong Na 2CO3) (bảo toàn nguyên tố C)  So sánh tính axit : Gốc hút e làm tăng tính axit, gốc đẩy e làm giảm tính acit của axit cacboxylic. VI. ESTE :  cách viết CT của một este bất x : kì y Este do axit x chức và rưỡu y chức : R y(COO)x.yR’x .  Nhân chéo x cho gốc hidrocacbon của rượu và y cho gốc hdrocacbon của axit.  x.y là số nhóm chức este. VD : - Axit đơn chức + rượu 3 chức : (RCOO)3R’ - Axit 3 chức + rượu đơn chức : R(COO-R’)3 1. ESTE ĐƠN CHỨC : o Este + NaOH t Muối + rượu  - Nguyễn Tất Trung (05002461803) Este + NaOH  1 muối + 1 anđehit  este này khi phản ứng với dd  NaOH tạo ra rượu có nhóm -OH liên kết trên cacbon mang nối đôi bậc 1, không bền đồng phân hóa tạo ra anđehit. o VD: R-COOCH=CH2 + NaOH t R-COONa + CH2=CH-OH  Đp hóa CH3CH=O Este + NaOH  1 muối + 1 xeton  este này khi phản ứng tạo rượu có  nhóm --OH liên kết trên cacbon mang nối đôi bậc 2 không bền đồng phân hóa tạo xeton. RCOOC=CH2 o + NaOH t R-COONa + CH2=CHOH-CH3  CH3 Đp hóa CH3-CO-CH3 Este + NaOH  2muối +H2O  Este này có gốc rượu là đồng đđẳng  của phenol hoặc phenol.. VD : RCOO o + 2NaOH t RCOONa + C 6H5ONa + H2O  ( do phenol có tính axit nên phản ứng tiếp với NaOH tạo ra muối và H2O) Este + NaOH  1 sản phẩm duy nhất  Este đơn chức 1 vòng  C O R +NaOH O R COONa OH o t  CÁCH XÁC ĐỊNH SỐ NHÓM CHỨC ESTE :  n NaOH(phaûn öùng) n Este     là số nhóm chức este (trừ trường hợp este của phenol và đồng đẳng của nó) nNaOHcần <2neste(este phản ứng hết)  Este này đơn chứcvà NaOH còn dư.  Este đơn chức có CTPT là : C xHyO2  R-COOR’ ĐK : y  2x Ta có 12x+y+32 = R + R’ + 44. Khi giải bài toán về este ta thường sử dụng cả hai công thức trên. - Nguyễn Tất Trung (05002461803) + Ct CxH yO 2 dùng để đốt cháy cho phù hợp. + CT R-COOR’ dùng để phản ứng với NaOH  CT cấu tạo của este.  Hỗn hợp este đơn chức khi phản ứng với NaOH tạo 1 muối + 2 rượu đơn chức  2 este này cùng gốc axit và do hai rượu khác nhau tạo nên. Vậy công thức 2 este là R-COO R ' giải  R,R’ ; ĐK : R1< R ' - Xem thêm -