TỔNG HỢP HIĐROCACBON ĐÃ HỌC Biên tập : Nguyễn Thị Thọ I Hiđrocacbon no Hiđrocacbon no hiđrocacbon phân tử có liên kết đơn Gồm : – Ankan (hiđrocacbon no, mạch hở) có cơng thức phân tử tổng quát CnH2n+2 (n ≥1) ; Ankan đầu mạch có mạch C nhỏ nhất là CH 4: metan Vì vậy còn gọi dãy đồng đẳng của ankan dãy đồng đẳng của metan – Xicloankan (hiđrocacbon no, mạch vòng) có công thức phân tử tổng quát CnH2n (n ≥ 3) Xiclopropan là ankan nhỏ nhất (vòng no gồm C đí nh với nhau) Bảng tóm tắt tính chất hóa học của Ankan Xicloankan Ankan Đồng phân Xicloankan Đồng phân mạch cacbon khơng – Đồng phân mạch vòng có số phân nhánh cạnh số nguyên tử cacbon Đồng phân mạch nhánh Tính chất vật lí – Đồng phân vòng nhỏ có nhiều nhánh Các chất phân tử có khơng q ngun tử cacbon : chất khí ; từ đến 15 nguyên tử cacbon : chất lỏng ; không màu, nhẹ nước không tan nước – Phản ứng nguyên tử hiđro nguyên tử halogen nhóm nitro : CnH2n+2 + X2 askt  CnH2n + 1X + HX , xt   CnH2n – 1NO2 + H2O CnH2n + HONO2 t – Phản ứng oxi hoá hoàn toàn – Phản ứng tách hiđro tạo thành – Các xicloankan vòng , xt cạnh có phản ứng cộng mở vòng ;   CnH2n anken CnH2n + t – Phản ứng cracking : phân cắt – Tách hiđro rạo thành hợp chất vòng không no vòng thơm thành phân tử nhỏ VD: C3H8 𝐶𝑅𝐾 CH4 + C2H4 – Phản ứng rifominh : chuyển hợp chất mạch không nhánh thành mạch nhánh ; Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hòm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! Ankan Xicloankan – Phản ứng tách hiđro – khép vòng : tạo thành hợp chất vòng no 5, cạnh Điều chế – Giảm nguyên tử cacbon – Tách hiđro – khép vòng ankan ,t CxH 2x + 1COONa NaOH ,CaO   CxH 2x + – Tăng mạch cacbon ete 2CxH 2x + 1Cl Na,   C2xH 4x + – Từ cacbua kim loại, Ví dụ Al4C3 + 12H2O  3CH4 + Al(OH)3 II Anken – Ankađien – Ankin Anken Ankađien Ankin Khái niệm Là hiđrocacbon không no mạch hở, phân tử có liên kết đơi C =C Những hiđrocacbon khơng no, mạch hở, phân tử có hai liên kết đôi C=C Là hiđrocacbon không no mạch hở phân tử có liên kết ba C ≡ C, CTTQ CxH2x với x  CxH2x – với x  CxH2x –2 với x 2 Đồng phân Đồng phân cấu tạo – Đồng phân mạch cacbon (không nhánh có nhánh) tương tự ankan – Đồng phân vị trí liên kết đơi, liên kết ba mạch cacbon Đồng phân lập thể : – Đồng phân hình đồng phân hình học học liên kết đôi – Đồng phân vị trí tương đối của liên kết đơi Tính chất a) Phản ứng cộng Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hịm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! hố học – Cộng H2/Ni – Cộng Br2 – Cộng HX : tuân theo quy tắc Maccopnicop b) Phản ứng với dung dịch KMnO4 c) Phản ứng trùng hợp II Các ankin có liên kết ba đầu mạch có tính chất của axit yếu thế H với AgNO 3/NH3 tạo kết tủa màu vàng Hiđrocacbon thơm Hiđrocacbon thơm hiđrocacbon có vòng benzen phân tử Benzen chất đồng đẳng lập thành dãy đồng đẳng của benzen có cơng thức phân tử tổng quát CxH2x – với x  Đồng phân đồng đẳng benzen – Các đồng đẳng của benzen từ C8H10 trở dạng R–C6H5 có đồng phân mạch cacbon của mạch nhánh vòng benzen – Khi vòng benzen có hai hai nhóm ankyl, có đồng phân vị trí tương đối nhóm Tính chất hố học – Benzen đồng đẳng có khả tham gia phản ứng nguyên tử H vòng thơm (halogen, nitro, ) Quy tắc : đồng đẳng của benzen tham gia phản ứng nguyên tử H của vòng benzen dễ benzen ưu tiên nguyên tử H vị trí ortho para so với mạch nhánh ankyl lớn  Các đồng đẳng của benzen có phản ứng nguyên tử H mạch nhánh của vòng benzen tương tự ankan  Các hiđrocacbon thơm có khả tham gia phản ứng cộng (hiđro, halogen) vào nhân thơm Khả cộng vào vòng benzen khó cộng vào liên kết đôi phân tử anken  Hiđrocacbon thơm có mạch nhánh khơng no có tính chất hố học tương tự hiđrocacbon khơng no tương ứng  Khi đun nóng với dung dịch KMnO4 chất oxi hoá khác, mạch nhánh phân tử hiđrocacbon thơm bị oxi hố gãy mạch Ví dụ :  H  C6H5COOK  C6H5–R KMnO C6H5COOH Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hòm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! Tính chất ứng dụng điều chế axit thơm PHẦN II DẠNG TOÁN LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA HIĐROCACBON A PHƢƠNG PHÁP KHỐI LƢỢNG HAY PHẦN TRĂM KHỐI LƢỢNG I Phƣơng pháp giải : Bƣớc : Tìm MA : tùy theo giả thiết đề cho mà sử dụng cách tính sau để tìm MA Tìm MA dựa khái niệm bản, định luật Có nhiều cách để tìm khối lượng phân tử, tùy giả thiết đề cho mà dùng cách tính thích hợp Dựa vào khối lƣợng riêng DA (đktc) MA = 22,4 DA với DA đơn vị g/l Dựa vào tỉ khối chất hữu A MA = MB dA/B MA = 29 dA/KK Dựa vào khối lƣợng (mA ) thể tích VA khí A đktc MA = (22,4 mA)/ VA mA: khối lượng khí A chiếm thể tích VA đktc Dựa vào biểu thức phƣơng trình Mendeleep – Claperon: Cho mA (g) chất hữu A hóa chiếm thể tích VA (l) nhiệt độ T (oK) áp suất P(atm) PV = nRT  M  mRT (R = 0,082 atm/ oKmol) pV Dựa vào định luật Avogadro: Định luật: Ở điều kiện nhiệt độ áp suất, thể tích khí chứa số phân tử khí VA = VB => nA = nB  mA mB  MA MB => MA = mA M B mB Bƣớc : Đặt CTPT chất A: CxHy Xác định thành phần nguyên tố hiđrocacbon Cách : Dùng đề -Không cho khối lượng hiđrocacbon đem đốt cháy -Tính mC, mH từ mCO2, mH2O  Tính khối lượng nguyên tố có A mA (g) chất A - Xác định C: mC (trong A)  mC (trong CO )  12 m CO2 V  12.n CO2  12 CO2 44 22,4 Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hòm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! - Xác định H mH(trong A)  mH (trong H2O)  1.2nH 2O  m H 2O 18  2.nH 2O - Xác định mA  mA = mH + mA * Xác định CTPT chất hữu A: CxHy Dựa CTTQ chất hữu A: CxHy M m 12 x M y   A  x  A C ; mC mH mA 12.m A y M A m H mA Cách : Khi đề cho biết thành phần % nguyên tố hỗn hợp * Dùng công thức sau: 12 x MA M %C y    x  A % C %H 100% 12.100 ; y M A %H 100  CTPT A Cách : * Tìm CTĐG => CTN => CTPT A x:y mC mH %C %H :  α :β :  α : β x : y  12 12 - CTĐG : CH => CTTN : (CH)n - Xác định n: biện luận từ CTTN để suy CTPT của A : y  2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x  1, nguyên dương  Từ xác định CTPT của chất hữu A Lưu ý: Khi tóan yêu cầu xác định CTĐG của chất hữu A (hay CTN của A) đề không cho kiện để tìm MA ta nên làm theo cách II Các ví dụ : Ví dụ : Một hiđrocacbon A có thành phần nguyên tố: % C = 84,21; %H = 15,79; Tỉ khối khơng khí dA/KK = 3,93 Xác định CTPT của A GIẢI Bước 1: Tính MA: Biết dA/KK => MA = MKK dA/KK = 29.3,93 = 114 Bước : Đặt A : CxHy M 12x y   A %C %H 100 Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hòm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! M A %C 114.84,21  8 12.100 12.100 M %H 114.15,79   18 y A 1.100 1.100  x Suy CTPT A: C8H18 Ví dụ : Một hiđrocacbon A thể khí tích gấp lần thể tích của lưu huỳnh đioxit có khối lượng tương đương điều kiện Sản phẩm cháy của A dẫn qua bình đựng nước vôi dư thì có 1g kết tủa đồng thời khối lượng bình tăng 0,8g Tìm CTPT A GIẢI * Tìm MA : 1VA = 4VSO2(ở điều kiện ) nA = 4nSO2  mSO2 mA 4   MA M SO2 M A M SO2  MA  M SO2  (A SO2 có khối lượng tương đương nhau) 64  16 Cách : giải theo phương pháp khối lượng hay % khối lượng : Đặt A : CxHy Bình đựng Ca(OH)2 hấp thụ CO2 H2O Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O m = mCaCO3 = 1g nCO2 = nCaCO3 = 1/100= 0,01mol nC = nCO2 = 0,01mol mC = 12.0,01=0,12g mCO2 = 0,01.44 = 0,44g mbình = mCO2 + mH2O mH2O = 0,8-0,44 = 0,36g mH  m H 2O 18 2 0,36  0,04 g 18 ĐLBT khối lượng (A) :mA = mC + mH = 0,12 +0,04 = 0,16 Ta có M m 12 x M y 16.0,12   A  x  A C  1 mC mH mA 12.m A 12.0,16 y M A m H 16.0,04  4 mA 0,16 Vậy CTPT A : CH4 Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hòm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! Cách : Biện luận dựa vào điều kiện y  2x + 2; y chẵn, nguyên dương ; x  1, nguyên  x =1 y = CTPT A Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn 2,64g hiđrocacbon A thu 4,032 lít CO2 (đktc) Tìm CTPT A? GIẢI * Tìm thành phần nguyên tố : mC (trong A) = mC (trong CO2) = (4,032/ 22,4)*12 = 2,16g mH = mA – mC = 2,64 – 2,16 = 0,48g x:y= mC mH 2,16 0,48 : = : =3:8 12 12  CTN : C3H8  CTTN : (C3H8)n Biện luận : Số H  số C +2  8n  6n +  n  mà n nguyên dương n = CTPT A : C3H8 B PHƢƠNG PHÁP DƢ̣A VÀO PHẢN Ƣ́NG CHÁY Dấu hiệu nhận biết toán dạng : đề đốt cháy chất hữu có đề cập đến khối lượng chất đem đốt khối lượng chất sản phẩm (CO2, H2O) cách trực tiếp gián tiếp (tức tìm khối lượng CO2, H2O sau số phản ứng trung gian) I Phƣơng pháp giải: Bƣớc : Tính MA (ở phần II.2.1.1) Bƣớc : Đặt A : CxHy * Viết phương trình phản ứng cháy y y  t0 C x H y   x  O  xCO  H O 4  MA(g) mA(g) 44x mCO2 9y mH2O * Lập tỉ lệ để tính x,y y y x+ MA x 44x 9y 4= = =   n A n O2pu n CO2 n H2O m A m CO2 m H 2O x M A m CO2 44m A ,y  M A m H 2O 9m A * Từ suy CTPT A Một số lưu ý: 1) Nếu đề cho: oxi hóa hoàn toàn chất hữu A có nghĩa là đốt cháy hoàn toàn chất hữu A thành CO2 H2O Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hòm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! 2) Oxi hóa chất hữu A CuO khối lượng oxi tham gia phản ứng độ giảm khối lượng a(g)của bình đựng CuO sau phản ứng oxi hóa Thơng thường tốn cho lượng oxi tham gia phản ứng cháy, để tìm khối lượng chất hữu A nên ý đến định luật bảo toàn khối lượng mA + a = mCO2 + mH2O 3) Sản phẩm cháy (CO2, H2O) thường cho qua bình chất hấp thụ chúng 4) Bình đựng CaCl2 (khan), CuSO4 (khan), H2SO4 đặc, P2O5, dung dịch kiềm, … hấp thụ nước Bình đựng dung dịch kiềm…hấp thụ CO2 Bình đựng P trắng hấp thụ O2 5) Độ tăng khối lượng bình khối lượng chất mà bình hấp thụ 6) Nếu toán cho CO2 phản ứng với dung dịch kiềm nên ý đến muối tạo thành để xác định xác lượng CO2 7) Viết phương trình phản ứng cháy hợp chất hữu với oxi nên để oxi lại cân sau từ vế sau đến vế trước Các nguyên tố lại nên cân trước, từ vế trước vế sau phương trình phản ứng II Bài tập ví dụ : Ví dụ : Đốt hoàn toàn 0,58g hiđrocacbon A 1,76g CO2 0,9g H2O Biết A có khối lượng riêng DA  2,59g/l Tìm CTPT A Tóm tắt : 0,58g X + O2  (1,76g CO2; 0,9 g H2O) DA  2,59g/l Tìm CTPT A? GIẢI : * Tìm MA : Biết DA => MA = 22,4.2,59  58 * Viết phương trình phản ứng cháy, lập tỉ lệ để tìm x,y y y  t0 C x H y   x  O  xCO  H O 4  MA(g) mA(g) 44x mCO2 9y mH2O MA 58 44x 9y 44x 9y =     0,58 1,76 0,9 m A m CO2 m H 2O x=4 y =10 Vậy CTPT A : C4H10 Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hòm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! Ví dụ : Khi đốt cháy hồn tồn 0,42 g Hiđrocacbon X thu toàn sản phẩm qua bình đựng H2SO4 đặc, bình đựng KOH dư Kết quả, bình tăng 0,54 g; bình tăng 1,32 g Biết hóa 0,42 g X chiếm thể tích thể tích của 1,192 g O2 điều kiện Tìm CTPT của X Tóm tắt đề: 0,42g X (CxHy) +O2 CO2 Bình 1đựng ddH2SO4 đ Bình đựng KOHdư CO H2O -H2O, -CO2, m =1,32g m =0,54g Tìm CTPT X? GIẢI * Tính MX : 0,42g X có VX = VO2 của 0,192g O2 (cùng điều kiện) m mX  O2 M X M O2 => nX = nO2 => => M X  m X M O2 m O2  0,42.32  70 0,192 * Gọi X : CxHy y y  t0 C x H y   x  O  xCO  H O 4  MX 0,42 44x 9y (g) mCO2 mH2O (g) Ta có : MX 44x 9y   m X m CO2 m H2O (1) Đề cho khối lượng CO2, H2O gián tiếp qua phản ứng trung gian ta phải tìm khối lượng CO2, H2O * Tìm mCO2, mH2O : - Bình đựng dd H2SO4 đ hấp thụ H2O độ tăng khối lượng bình khối lượng của H2O : m1 = mH2O=0,54g (2) - Bình đựng dd KOH dư hấp thụ CO2 độ tăng khối lượng bình khối lượng của CO2 : m2 = mCO2 =1,32g (3) (1), (2), (3)  70 44x 9y   0,42 1,32 0,54 Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hòm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! x=5 y = 10 Vậy CTPT X : C5H10 (M = 70đvC) C PHƢƠNG PHÁP THỂ TÍ CH  Phạm vi ứng dụng : Dùng để xác định CTPT của chất hữu thể khí hay thể lỏng dễ bay  Cơ sở khoa học của phương pháp : Trong phương trình phản ứng có chất khí tham gia tạo thành (ở điều kiện nhiệt độ, áp suất) hệ số đặt trước công thức của chất cho biết tỉ lệ số mol mà cho biết tỉ lệ thể tích của chúng I Phƣơng pháp giải Bƣớc : Tính thể tích khí VA, VO2, VCO2, VH2O (hơi)… Bƣớc : Viết cân phương trình phản ứng cháy của hiđrocacbon A dạng CTTQ CxHy Bƣớc : Lập tỉ lệ thể tích để tính x,y y y  t0 C x H y   x  O  xCO  H O 4  (lít) y   x   (lít) 4  x(lít) VA(lít) VO2 (lít) VCO2 (lít) y   (lít) 2 VH2O (hơi)(lít) y y y y x x x x     hay   VA VÒ VCO2 VH 2O nA nO2 nCO2 n H 2O x VCO2 y 2VH 2O VA VA  n CO2  nA ; 2n H O nA Cách khác : Sau thực bước làm theo cách khác: - Lập tỉ lệ thể tích VA: VB : VCO2 : VH2O đưa tỉ lệ số nguyên tối giản m:n:p:q - Viết phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu A dạng: t mCxHy + nO2  pCO2 + qH2O o Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hòm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! an  bm  0,3  (n  - k)a  (m  - k)b  0,5  (a+b)(1-k) = 0,2  k = có k = thì phương trình có nghĩa  a + b = 0,2 an + bm = 0,3 Giả sử n < m  n(a+b) < m (a+b) n< na  bm 0,3 nCO2  hai hiđrocacbon thuộc dãy đồng đẳng ankan CTPT trung bình ankan : Cn H 2n2 Cn H 2n  x 3n  O2   nCO2  (n  1) H O  (3 n +1)/2x  x n  x ( n +1) (mol) Bài giảng tài trợ bởi: Thành Công Study – www.thanhcongstudy.edu.vn Địa chỉ: 6A1, Tiểu khu Ngọc Khánh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Để đăng ký học, quý phụ huynh học sinh gọi điện tới: 0977.333.961 gửi email tới hòm thư: thanhcongstudy@gmail.com Trân trọng! nCO2 = x n = nH2O = x( n +1) = 1,6 x = 0,6 n = 1,67 < n =1,67 < m= n +  n= m =  CTPT ankan CH4 C2H6 Bài : Đốt cháy 560cm3 hỗn hợp khí (đktc) gồm hiđrocacbon có số nguyên tử cacbon ta thu 4,4g CO2 1,9125g nước a) Xác định CTPT chất hữu b) Tính %khối lượng chất c) Nếu cho lượng CO2 vào 100 ml dd KOH 1,3M; Tính CM muối tạo thành GIẢI Ở này, ta dùng phương pháp số nguyên tử H trung bình kết hợp với phương pháp biện luận để giải a) Xác định CTPT hiđrocacbon : A : C x H y Đặt CTPT hiđrocacbon :  B : C x H y' CTPT trung bình hiđrocacbon : C x H y Giả sử y < y’  y < y < y’ Số mol hỗn hợp khí nhh = 0,56  0,025 mol 22,4 nCO2 = 4,4/44 = 0,1 (mol) nH2O = 1,9125/18 = 0,10625 (mol)  C x H y   x   0,025 y y t0 O  xCO  H O  4  0,025x  0,025 y /2 n CO2  0,025  0,1 x     y n H2O  0,025  0,10625  y  8,5  CTPT A, B có dạng : A : C4Hy B : C4Hy’ Ta có y < y < y’ hay y < 8,5