Biên soạn: Nguyễn Đình Hành – THCS Chu Văn An, Đak Pơ, Gia Lai CHUYÊN ĐỀ: HIDROCACBON (dành cho HS THCS) A- TÓM TẮT KIẾN THỨC I- Một số loại hidrocacbon thường gặp CTTQ hidrocacbon: CxHy (đk: x  1;  y  2x+2; y chẵn) Hoặc: CnH2n+2 – 2k (k = số liên kết pi + số vòng) k CTTQ Tên gọi chung (Đồng đẳng) CnH2n+2 Ankan (n  1) Anken (n  2) Xycloankan (n  3) CnH2n Mạch hở, chứa liên kết đơn (Hidrocacbon no mạch hở) CH2=CH2 Etilen hay Eten Mạch hở, có liên kết C=C CH2 H2 C Xyclopropan CH2 HC≡CH Axetilen hay Etin CH2=CH-CH=CH2 Buta đien-1,3 (But-1,3-dien) Thuộc nhiều dãy đồng đẳng Aren (n  6) CH2=CH–C≡CH Vinyl axetilen CnH2n–6 CH2 CH CH Xyclopropen CH CH CH CH CH hay CH Dạng khác (n  4) … Đặc điểm cấu tạo mạch cacbon CH4 metan Ankin (n  2) Ankađien (n  3) Dạng khác (n  3) CnH2n –2 CnH2n–4 (n  3) Chất tiêu biểu Benzen HC≡C–C≡CH Mạch vòng, tồn liên kết đơn (Hidrocacbon vòng, no) Mạch hở, có liên kết ba C≡C Mạch hở, có liên kết C=C (còn gọi anken) Mạch hở mạch vòng thỏa mãn điều kiện: số LK pi + số vòng = Mạch hở mạch vòng thỏa mãn điều kiện: số LK pi + số vòng = Mạch vòng cạnh đều, vòng có liên kết đôi xen kẽ liên kết đơn (vòng liên hợp) Mạch hở mạch vòng thỏa mãn điều kiện: số LK pi + số vòng = … … … … II- Tính chất 1- Tính chất vật lý - Các hidrocacbon không tan nước tan tan nước - Trạng thái đk thường: C1  C4: Khí ; C5  C17: Lỏng ; C18 trở đi: Rắn 2- Tính chất hóa học 2.1: Tính chất chung Các hidrocacbon có phản ứng cháy (tác dụng với oxi) cho sản phẩm CO2 H2O TQ: y t0 )O2   xCO2 + y/2H2O 3n   k t0 + O2   nCO2 + (n+1 – k) H2O CxHy + (x+ Hay CnH2n+2 – 2k  Khảo sát mối quan hệ số mol CO2, H2O, O2 k Loại chất PTHH k=0 Ankan t0 CnH2n+2 + (1,5n + 0,5) O2  nCO2 + (n+1) H2O Nhận xét quan trọng nH nO 2O  n CO ( pö)  1,5n CO n ankan  n H k =1 Anken t Xycloankan CnH2n + 1,5n O2   nCO2 + nH2O nH nO 2O  n CO ( pö) 2  n CO O  1,5n CO 2 Biên soạn: Nguyễn Đình Hành – THCS Chu Văn An, Đak Pơ, Gia Lai k2 Ankin, ankadien, aren, … t CnH2n-2 + (1,5n - 0,5) O2   nCO2 + (n-1) H2O t0 CnH2n-2a + (1,5n - 0,5a) O2  nCO2 + (n-a) H2O nH nO 2O  n CO ( pö)  1,5n CO n hidrocacbon  n CO  nH O k 1 2.2: Tính chất riêng: Loại phản ứng Phản ứng với Cl2 (ánh sáng)  Phản ứng cộng với H2(Ni,to), ddBr2, Cl2; H-OH (xt), HX (HBr, HCl)… Cơ chế phản ứng Điều kiện tham gia Các hợp  Thay nguyên tử chất ankan H liên kết C-H nguyên tử Cl xycloankan Chủ yếu  Bẻ gãy liên kết pi thành liên kết xảy với đơn  Mỗi đầu liên kết pi gãy cộng thêm phần tử hóa trị I (như: hidrocacbon có chứa liên H, OH, Cl, Br) kết đôi C=C liên kết ba C≡C, C C C C C C Các liên kết pi đứt Phản ứng minh họa as CnH2n+2 + Cl2   CnH2n+1Cl + HCl as CnH2n+2 + aCl2   CnH2n+2 -aCla+ aHCl Ni CnH2n+2 -2k + kH2   CnH2n+2 t0 CnH2n+2 -2k + kBr2   CnH2n+2 -2kBr2k ax R-CH=CH2 + HOH   R-CH2-CH2OH Xycloankan vòng cạnh có phản ứng mở vọng với dung dịch Brom + Br2 (dd) Xycloankan vòng 3,4 cạnh có phản ứng mở vọng với H2 + H2 + H2  Phản ứng  Thay nguyên tử H nhóm Hợp chất với ankin R-C≡CH nguyên tử Ag nối ba C≡C đầu mạch AgNO3/NH3 R C CH R C CH2 Br - CH2 -CH2 Br Ni   t0 CH3 - CH2-CH3 Ni   t0 2R-C≡CH + Ag2O   2R-C≡CAg  + + H2O NH 2CxHy + aAg2O   2CxHy-aAga  + aH2O CAg Phản ứng  Kết hợp monome thành trùng hợp polime Bản chất phản ứng cộng với (Liên kết ba khó trùng hợp liên kết đôi) Phản ứng  Bẻ gãy mạch dài thành phân crackinh tử mạch ngắn xt ,p Hợp chất có nCxHy   –CxHy– t0 n liên kết đơi Vd: C=C xt,p  – CH2-CH2 – t0 liên kết ba nCH2=CH2  n xt,p C≡C nCH2=CH-CH=CH2   t Ankan CnH2n+2 – CH2-CH=CH-CH2 – n crackinh    CmH2m+2 + Cn –mH2(n –m) t0 crackinh VD: C3 H8    C2H4 + CH4 t0  Riêng benzen đồng đẳng có cấu tạo vòng liên hợp (bền) nên dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng hợp chất không no khác: + Do hàm lượng C cao nên cháy  có nhiều khói đen + Phản ứng với Br2 lỏng Cl2 xúc tác thích hợp (thường sử dụng bột sắt) + Phản ứng cộng với H2 (Ni), Cl2(as) boät Fe + Br2 (lỏng)   t0 + 3H2 Ni   t0 Lưu ý: Chất làm màu nước brom thường làm màu dung dịch thuốc tím KMnO C2H4 + [O] + H2O  C2 H4(OH)2 Etilen glycol Hoặc viết: 3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O  3C2H4(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH KMnO C2H2 + 4[O]  (COOH)2 Axit oxalic Hoặc viết: 3C2H2 + 8KMnO4 + 4H2O  3(COOH)2 + 8MnO2 + 8KOH CH3 - CH2-CH2 -CH3 NH Br (C6 H12 ) + HBr (k) Biên soạn: Nguyễn Đình Hành – THCS Chu Văn An, Đak Pơ, Gia Lai 3 Điều chế, tách hidrocacbon Để thực điều chế tách hidrocacbon ta cần nắm phản ứng điều chế số hidrocacbon quen thuộc CH4, C2H4, C2H2, benzen ghi nhớ sơ đồ mối quan hệ hidrocacbon với dẫn xuất quan trọng 3.1- Sơ đồ quan hệ loại hidrocacbon dẫn xuất quan trọng + H2 O (axit) (14) Cn H 2n  Cn H 2n 1Cl (monoclo ankan) + NaOH (t0 ) (4) C n H 2n Br2 + NaOH (t0 ) + Cl2 (as) (3) (ankan) C n H 2n 1OH (rượu no, đơn chức) + H2 (Ni, t0 ) (2) + dd Br2 (5) Cn H 2n (anken) + Zn (t0 ) + H2 (Pd, t0 ) C n H 2n  + dd Br2 (ankin) + Zn (t0 ) (13) + dd HCl (đibrom ankan) (9) (10) (7) (8) + Kiềm (rượu) (1) (15) (6) Cn H 2n (OH)2 (rượu no, chức) Cn H 2n  2Br2 + dd Br2 (đbrom anken) (12) + AgNO3 /NH3 C n H 2n 2 a Ag a (bac ankinua) + H2 SO4 đặc (1800 C) – Các PTHH minh họa: Pd/PbCO3  C2H4 (1) C2H2 + H2  t0 Ni  C2H6 (2) C2H4 + H2  t0 as (3) C2H6 + Cl2   C2H5Cl + HCl t (4) C2H5Cl + NaOH   C2H5OH + NaCl (5) C2H4 + Br2  C2H4Br2 t (6) CH2Br-CH2Br + Zn   C2H4 + ZnBr2 t (7) CH2Br-CH2Br + 2NaOH   CH2(OH)-CH2OH + 2NaBr rượu (8) C2H4Br2 + 2KOH   C2H2  + 2KBr + 2H2O (9) C2H2 + Br2 (thiếu)  C2H2Br2 t (10) CHBr=CHBr + Zn   C2H2  + ZnBr2 (11) C2H2Br2 + Br2  C2H2Br4 NH (12) C2H2 + Ag2O   C2Ag2  + H2O Hoặc viết: C2H2 + 2AgNO3 + 2NH3  C2Ag2  + 2NH4NO3 (11) Cn H 2n 2 Br4 (tetrabrom ankan) Biên soạn: Nguyễn Đình Hành – THCS Chu Văn An, Đak Pơ, Gia Lai (13) C2Ag2 + 2HCl  C2H2  + 2AgCl  H SO loaõng  C2H5OH (14) C2H4 + H2O  t0 H SO đặc  C2H4 + H2O (15) C2H5OH  1800 C 3.2- Một số phản ứng quan trọng cần lưu ý  Một số phản ứng điều chế axetien CaC2 + 2H2O  Ca(OH)2 + C2H2  (1) 15000 C 2CH4  C2H2 + 3H2 laø m lạnh nhanh (2) rượu C2H4Br2 + 2KOH   C2H2  + 2H2O + 2KBr (3) t0 CHBr = CHBr + Zn  C2H2  + ZnBr2 (4) Các đồng đẳng axetilen (ankin) điều chế theo phản ứng (3),(4)  Một số phản ứng điều chế metan: Al4 C3 + 12H2O  4Al(OH)3  + 3CH4  (1) 300 C C + 2H2   CH4 (2) 250 C CO + 3H2   CH4 + H2O Ni (3) t (CaO) CH3-COONa + NaOH   CH4  + Na2CO3 (4) t (CaO) CH3COOH + 2NaOH  (5)  CH4  + Na2CO3 + H2O Các chất đồng đẳng metan (ankan) thường điều chế theo cách (4) (5) cộng H2 vào hidrocacbon khơng no có số cacbon phân tử Ni  CH3 – CH3 CH2=CH2 + H2  t0 (6)  Một số phản ứng điều chế etilen: Pd / PbCO3  CH2 = CH2 CH CH + H2  t0 (1) H SO ñaëc  CH2 = CH2 + H2O CH3-CH2OH  1800 C (2) t CH2Br – CH2Br + Zn   CH2 = CH2 + ZnBr2 (3) t (CaO) CH2=CH-COONa + NaOH  (4)  CH2=CH2 + Na2CO3 (KOH / rượu) C2H5Cl    C2H4 + HCl (tách HCl khỏi dẫn xuất halogen) (5) Các đồng đẳng etilen (anken) có phương pháp điều chế tương tự etilen  Một số phản ứng điều chế benzen 600 C 3C2H2  boät than (1) COONa t (CaO) + NaOH   t ,xt (Pd )   + Na2CO3 + 3H2 (đề hidro hóa) t ,xt (Pd ) C6H14 (n-hecxan)   + 4H2 (đóng vòng ankan) (2) (3) (4) Các đồng đẳng benzen chủ yếu điều chế theo phản ứng (3),(4) Một số phản ứng khó cần lưu ý  500 C CH2=CH2 + Cl2   CH2=CH2Cl + HCl (cộng Cl2 vào anken) KMnO  CH2OH – CH2OH (etilen glycol) CH2 = CH2 + [O] + H2O  Hoặc viết: 3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O  3C2H4(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH PdCl2 / CuCl  CH3CHO (anđehit axetic) CH2=CH2 + ½ O2  6000 C HgSO CHCH + H2O    CH2=CHOH (không bền)   CH3CHO 800 C Biên soạn: Nguyễn Đình Hành – THCS Chu Văn An, Đak Pơ, Gia Lai xt RCOOH + CHCH  RCOOCH=CH2 (cộng RCOOH vào ankin) nhò hợp +H ( xt:Pd/PbCO ) 2CHCH  CH2=CH-CCH   CH2=CH-CH=CH2 (butadien-1,3) KMnO  HOOC-COOH (axit oxalic) CHCH + 4[O]  Hoặc viết: 3C2H2 + 8KMnO4 + 4H2O  3(COOH)2 + 8MnO2 + 8KOH N O x y  H-CHO + H2O CH4 + O2  6000 C t ,xt RCl + 2Na + R’Cl   R-R’ + 2NaCl (phản ứng nối mạch cacbon) B- MỘT SỐ BÀI TẬP ĐIỂN HÌNH VỀ HIDROCACBON 1/Dạng 1: Tìm CTPT viết CTCT hidrocacbon 1.1: Kiến thức cần lưu ý: a)Trong tốn tìm CTPT theo phản ứng đốt cháy * Biết số mol CO2 số mol H2O  dự đoán hidrocacbon bị cháy thuộc loại nào? n H +)  2O  n CO  Hoaëc: n O  1,5n CO2 n H +)  2O  n CO  Hoaëc: n O  1,5n CO2 n H +)  2O  n CO  Hoaëc: n O  1,5n CO2 Chất cháy ankan (k=0): Cn H 2n+2  n ankan  n H O  n CO 2   Nếu đốt hỗn hợp  hỗn hợp có chất ankan  Chất cháy có k = (anken, xycloankan) CnH2n  Chất cháy có k >  Khơng đốn loại chất, biết tỷ lệ +) Nếu hỗn hợp có anken A hidrocacbon khác B  n B  n CO  n H nC nH 2O kB 1 +) BT nguyên tố C, H  m hidrocacbon  m C  m H  n CO2 12  n H 2O * Nếu biết số mol CO2, số mol H2O số mol hỗn hợp đem đốt  số C trung bình H trung bình C  n C  n CO2 n hh n hh ; H  n H  2n H2O n hh n hh (Bản chất: Cmin < C 50% sở để biện luận xác định giới hạn n Hướng dẫn: Giả sử số mol CnH2n = số mol H2 = (mol) H  1) 100  số mol CnH2n (phản ứng) = 1h (mol) Phương trình hóa học: Gọi h hiệu suất phản ứng (0,5