Vietsciences; Võ Hồng Thái ; Vo Hong Thai ; Số Oxi hóa; Các hiểu biết cơ bản để viết và cân bằng các phản ứng Hữu cơ thường gặp ; science, khoa hoc, khoahoc, tin hoc, informatique;computer; vat ly; physics, physique, chimie, chemistry, hoa hoc, sinh vat,

GIÁO KHOA HÓA HỮU CƠ THUỘC CHƯƠNG TRÌNH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

I. HIĐROCACBON (HIĐROCACBUA)

I.1. Định nghĩa

Hiđrocacbon là một loại hợp chất hữu cơ mà trong phân tử chỉ gồm cacbon (C) và hiđro (H).

I.2. Công thức tổng quát (CTTQ, Công thức chung)

C_xH_y

x : số nguyên, dương, khác 0.

x = 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9 ;...

y : số nguyên, dương, chẵn, khác 0.

y = 2; 4; 6; 8; 10; 12;....

y £ 2x + 2 (y_max = 2x + 2)

y ³ 2 (y_min = 2) nếu x chẵn.

y ³ 4 (y_min = 4) nếu x lẻ, mạch hở.

x £ 4 : Hiđrocacbon dạng khí ở điều kiện thường.

Tất cả hiđrocacbon đều không tan trong nước.

Thí dụ:

CH_y Þ CH₄ duy nhất

C₂H_y Þ C₂H₂ ; C₂H₄ ; C₂H₆

C₃H_y Þ C₃H₄ ; C₃H₆ ; C₃H₈ (mạch hở)

C₄H_y Þ C₄H₂ ; C₄H₄ ; C₄H₆ ; C₄H₈ ; C₄H₁₀

C₅H_y Þ C₅H₄ ; C₅H₆ ; C₅H₈ ; C₅H₁₀; C₅H₁₂ (mạch hở)

C₁₀H_y Þ C₁₀H₂ ; C₁₀H₄ ; C₁₀H₆ ; C₁₀H₈ ; C₁₀H₁₀ ; C₁₀H₁₂ ; C₁₀H₁₄ ; C₁₀H₁₆ ;

C₁₀H₁₈ ; C₁₀H₂₀ ; C₁₀H₂₂

Hoặc:

C_nH_{2n + 2} _{- m}

n ³ 1

m : số nguyên, dương, chẵn, có thể bằng 0.

m = 0 ; 2 ; 4 ; 6 ; 8 ; 10 ;...

(m = 0 : ankan; m = 2: anken hoặc xicloankan;

m = 4: ankin hoặc ankađien hoặc xicloanken;...)

Hoặc:

C_nH_{2n + 2}_{- 2k}

n ³ 1

k: số tự nhiên ( k = 0; 1; 2 ; 3 ; 4 ; 5;...)

( k = 0: ankan; k = 1: có 1 liên kết đôi hoặc 1 vòng;

k = 2: có 2 liên kết đôi hoặc 1 liên kết ba hoặc 2 vòng hoặc 1

vòng và 1 liên kết đôi;...)

I.3. Tính chất hóa học

I.3.1. Phản ứng cháy

Phản ứng cháy của một chất là phản ứng oxi hóa hoàn toàn chất đó bằng oxi (O₂). Tất cả phản ứng cháy đều tỏa nhiệt. Sự cháy bùng (cháy nhanh) thì phát sáng.

Tất cả hiđrocacbon khi cháy đều tạo khí cacbonic (CO₂) và hơi nước (H₂O).

C_xH_y + (x + y ) O₂ [t°]® xCO₂ + y H₂O + Q (DH < 0) (Tỏa nhiệt)
4 2

C_nH_{2n + 2-m} + (3n + 1 - m ) O₂ [t°]® nCO₂ + (n+1) - m ) H₂O
2 4 2

C_nH_{2n + 2 - 2k} (3n + 1 - k ) O₂ [t°]® nCO₂ + (n+1 - k) H₂O
2

Hiđrocacbon Khí cacbonic Hơi nước

01 64 11 79 69

01 64 11 79 00 Leroy Merlin

I.3.2. Phản ứng nhiệt phân

Phản ứng nhiệt phân một chất là phản ứng phân tích chất đó thành hai hay nhiều chất khác nhau dưới tác dụng của nhiệt.

Tất cả hiđrocacbon khi đem nung nóng ở nhiệt độ cao (trên 1000^°C) trong điều kiện cách ly không khí (cách ly O₂, đậy nắp bình phản ứng) thì chúng đều bị nhiệt phân tạo Cacbon (C) và Hiđro (H₂).

C_xH_y [t^° cao (>1000^°C), không tiếp xúc không khí ]® xC + y/2 H₂

Hiđrocacbon Cacbon Hiđro

C_nH_{2n + 2 - m} [ t^° cao, cách ly không khí] ® nC + (n + 1 - m/2)H₂

Bài tập 1

Đốt cháy hoàn toàn 1 mol hiđrocacbon A, thu được 6 mol CO₂.

a. Tìm các công thức phân tử (CTPT) có thể có của A.

b. Viết một công thức cấu tạo (CTCT) có thể có của A có chứa H nhiều nhất trong phân tử trong các CTPT tìm được ở trên.

c. Viết một CTCT có thể có của A có chứa H ít nhất trong các CTPT tìm được ở câu (a).

ĐS: C₆H_y (7 CTPT)

Bài tập 1’

Đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol hiđrocacbon A mạch hở, thu được 1,05 mol CO₂.

a. Xác định các CTPT có thể có của A.

b. Viết một CTCT của A nếu A chứa số nguyên tử H nhiều nhất và một CTCT của A nếu A chứa số nguyên tử H ít nhất trong phân tử trong các CTPT tìm được ở câu (a).

ĐS: C₇H_y (7 CTPT)

Bài tập 2

Đốt cháy hoàn toàn 2,8 lít khí hiđrocacbon X (đktc). Cho sản phẩm cháy hấp thụ hết vào nước vôi lượng dư, thu được 50 gam kết tủa.

a. Xác định các CTPT có thể có của X.

b. Viết CTCT của X, biết rằng X có chứa số nguyên tử nhỏ nhất trong các CTPT tìm được ở câu (a).

(C = 12 ; O = 16 ; H = 1 ; Ca = 40)

ĐS: C₄H_y (5 CTPT)

Bài tập 2’

Đốt cháy hoàn toàn 3,136 lít (đktc) một hiđrocacbon X mạch hở ở dạng khí. Cho sản phẩm cháy hấp thụ hết vào dung dịch Ba(OH)₂ lượng dư, thu được 82,74 gam kết tủa. Xác định các CTPT có thể có của X. Viết CTCT của X. Biết rằng X chỉ gồm liên kết đơn.

(C = 12 ; H = 1 ; O =16 ; Ba = 137)

ĐS: C₃H_y (3 CTPT)

Bài tập 3

Y là một hiđrocacbon. Tỉ khối hơi của Y so với hiđro bằng 57 (dY/H₂ = 57). Đốt cháy hết 13,68 gam Y, thu được 19,44 gam H₂O.

Xác định CTPT của Y.

Xác định CTCT của Y. Biết rằng các nguyên tử H trong phân tử Y đều tương nhau (các nguyên tử H đều liên kết vào nguyên tử C cùng bậc).

(C = 12 ; H = 1 ; O = 16)

ĐS: C₈H₈

Bài tập 3’

Y là một hiđrocacbon. Tỉ khối hơi của Y so với Heli bằng 18. Đốt cháy hoàn toàn 9,36 gam Y, thu được 28,6 gam CO₂. Xác định CTPT của Y.

Xác định CTCT của Y. Biết rằng Y mạch cacbon phân nhánh và có một tâm đối xứng trong phân tử.

(C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; He = 4)

ĐS: C₅H₁₂

Bài tập 4

A là một hiđrocacbon. Tỉ khối hơi của A so với metan bằng 4,5.

Đốt cháy hoàn toàn 14,4 gam A. Cho sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch Ba(OH)₂ có dư, khối lượng bình tăng thêm 65,6 gam.

Xác định CTPT và CTCT của A. Biết rằng phân tử A chỉ chứa một loại H duy nhất.

(C = 12 ; H = 1 ; O = 16)

ĐS: C₅H₁₂

Bài tập 4’

A là một hiđrocacbon, dA/O₂ = 2,6875.

Đốt cháy hết 8,6 gam A rồi cho sản phẩm cháy hấp thụ hoàn toàn vào bình đựng dung dịch xút dư, khối lượng bình tăng thêm 39 gam.

Xác định CTPT và CTCT có thể có của A.

(C = 12 ; H = 1 ; O = 16)

ĐS: C₆H₁₄

Bài tập 5

Phân tích định lượng hai chất hữu cơ A, B cho cùng kết quả: Cứ 3 phần khối lượng của C thì có 0,5 phần khối lượng H và 4 phần khối lượng O. Tỉ khối hơi của B bằng 3,104. Tỉ khối hơi của B so với A bằng 3.

Xác định CTPT của A, B.

(C = 12 ; H = 1 ; O = 16)

ĐS: C₃H₆O₃ (B) ; CH₂O (A)

Bài tập 5’

Phân tích định lượng hai hiđrocacbon X, Y cho thấy có cùng kết quả: cứ 0,5 phần khối lượng H thì có 6 phần khối lượng C. Tỉ khối hơi của Y là 3,586. Tỉ khối hơi của X so với Y là 0,25.

Xác định CTPT của X, Y.

(C = 12 ; H = 1)

ĐS: C₈H₈ ; C₂H₂

Bài tập 6

Đốt cháy hoàn toàn 112 cm³ (đktc) hơi một hiđrocacbon A rồi dẫn sản phẩm cháy lần lượt đi qua bình (1) đựng H₂SO₄ đậm đặc và bình (2) đựng KOH lượng dư. Khối lượng bình (1) tăng 0,18 gam và bình (2) tăng 0,44 gam.

a. Có thể hoán đổi vị trí hai bình trong thí nghiệm trên được hay không? Tại sao?

b. Xác định CTPT và tính khối lượng riêng của A ở đktc.

c. Làm thế nào để phân biệt các bình riêng biệt mất nhãn chứa: A, khí hiđro và khí cacbon oxit? Viết phản ứng.

(H = 1 ; O = 16 ; C = 12)

ĐS: C₂H₄ ; 1,25g/l

Bài tập 6’

Đốt cháy hoàn toàn 448 ml (đktc) một hiđrocacbon X dạng khí rồi cho sản phẩm cháy lần lượt hấp thụ vào bình (1) đựng P₂O₅ dư, bình (2) đựng NaOH dư. Sau thí nghiệm thấy khối lượng bình (1) tăng 0,36gam , khối lượng bình (2) tăng 1,76 gam.

a. Có thể thay đổi vị trí hai bình (1), (2) được hay không? Giải thích.

b. Xác định CTCT của X. Tính tỉ khối của X. Tính khối lượng riêng của X ở đktc.

c. Nhận biết các khí, hơi sau đây đựng trong các bình không nhãn: X, CO_2,C₂H₄, SO₂, SO₃.

(C = 12 ; H = 1 ; O =16)

ĐS: C₂H₂ ; 1,16g/l

Bài tập 7

A là một hiđrocacbon hiện diện dạng khí ở điều kiện thường. Đốt cháy A, thu được CO₂ và nước có tỉ lệ số mol là nCO₂ : nH₂O = 2 : 1. Xác định các CTPT có thể có của A.

ĐS: C₂H₂ ; C₄H₄

Bài tập 7’

Hiđrocacbon A hiện diện dạng khí ở điều kiện thường. Tỉ khối hơi của A so với hiđro lớn hơn 28 (dA/H₂ > 28). Xác định CTPT của A.

(C = 12 ; H = 1)

ĐS: C₄H₁₀

Lưu ý

Khi biết khối lượng phân tử của một hiđrocacbon (không quá lớn, M < 108), thì ta có thể xác định được CTPT của hiđrocacbon này. Cũng như khi biết khối lượng gốc hiđrocacbon, ta có thể xác định được gốc hiđrocacbon này. Lấy khối lượng của phân tử hiđrocacbon hay của gốc hiđrocacbon đem chia cho 12 (chia tay), được bao nhiêu lần, thì đó là số nguyên tử C, còn lẻ bao nhiêu, đó là số nguyên tử H.

Thí dụ: A là một hiđrocacbon có khối lượng phân tử là 44 đvC Þ A có CTPT là C₃H₈. B là một hiđrocacbon có M_B = 92 Þ B là C₇H₈. X là một gốc hiđrocacbon, khối lượng gốc hiđrocabon này bằng 27 Þ X là C₂H_3-. Y là một gốc hiđrocacbon, M_y = 71 Þ Y là C₅H_11-

Bài tập 8

X là một hiđrocacbon mạch hở. dX/He = 10. Xác định các CTCT có thể có của X
(C = 12 ; H = 1 ; He = 4)
ĐS: C₃H₄ (2 CTCT)

Bài tập 8’

X là một hiđrocacbon. Một thể tích hơi X có cùng khối lượng với 5,75 thể tích khí metan (các thể tích hơi, khí trên đo trong cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất). Xác định CTPT của X.
(C = 12 ; H = 1)
ĐS: C₇H₈

Bài tập 9

A là một chất hữu cơ được tạo bởi bốn nguyên tố C, H, O, N. Thành phần phần trăm khối lượng của C, H và N trong A lần lượt là 32%, 6,67% và 18,67%.
a. Xác định CTPT của A, biết rằng CTPT của A cũng là công thức đơn giản của nó.
b. Tính tỉ khối hơi của A. Tính khối lượng riêng của hơi A ở 136,5^°C, 1 atm.
(C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; N = 14)
ĐS: C₂H₅NO₂ ; 2,586 ; 2,232g/l

Bài tập 9’

Đốt cháy hoàn toàn 9 gam chất hữu cơ A, thu được 6,72 lít CO2 (đktc) và 5,4 gam H2O.
a. Xác định cơng th?c th?c nghi?m (công thức nguyên) của A.
b. Xác định CTPT của A, biết rằng tỉ khối hơi của A so với nitơ lớn hơn 3 và nhỏ hơn 4 (3 < dA/N2 < 4). Xác định các CTCT có thể có của A, biết rằng A có chứa nhóm chức axit (-COOH) và nhóm chức rượu (-OH).
c. Tính tỉ khối hơi của A. Tính khối lượng riêng của hơi A ở 136,50C, 1,2atm.

(C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; N = 14)

ĐS: (CH₂O)_n ; C₃H₆O₃ ; 3,1 ; 3,214g/l

CÂU HỎI ÔN PHẦN I

1. Hiđrocacbon là gì? Viết công thức tổng quát của hiđrocacbon theo 3 cách.

2. Phản ứng đốt cháy một chất thực chất là phản ứng gì? Muốn một chất cháy được cần điều kiện gì? Từ đó hãy cho biết các phương pháp phòng hỏa hoạn.

3. Phản ứng nhiệt phân là gì? Hiđrocacbon bị nhiệt phân tạo ra chất gì? Tại sao khi nhiệt phân một hiđrocacbon cần cách ly chất này với không khí?

4. Hợp chất hữu cơ là gì? Tại sao gọi hợp chất hữu cơ là hợp chất của cacbon? Như vậy có phải tất cả hợp chất chứa cacbon đều là hợp chất hữu cơ không? Có ngoại lệ nào?

5. Tại sao số nguyên tử H trong phân tử một hiđrocacbon phải là một số nguyên dương chẵn, khác không?

6. Công thức thực nghiệm (Công thức nguyên), công thức đơn giản (công thức đơn giản nhất), công thức phân tử, công thức cấu tạo của một chất là gì? Mỗi trường hợp cho một thí dụ cụ thể.

7. Phân tích định tính, phân tích định lượng một chất hóa học là gì?

8. Tỉ khối hơi hay tỉ khối của một chất khí là gì? Cho 2 thí dụ minh họa.

9. Tỉ khối của một chất rắn hay một chất lỏng là gì? Cho thí dụ minh họa.

10. Khối lượng riêng của một chất là gì? Tại sao khối lượng riêng có đơn vị, còn tỉ khối thì không có đơn vị? Có phải trị số của tỉ khối và của khối lượng riêng giống nhau?

11. Phân biệt khái niệm khối lượng với trọng lượng.

12. Hãy cho biết ý nghĩa của các số liệu sau đây: Tỉ khối của thủy ngân (lỏng) là 13,6; Khối lượng riêng của thủy ngân (lỏng) là 13,6g/ml; Tỉ khối hơi của thủy ngân là 6,9; Tỉ khối hơi của thủy ngân so với metan là 12,5. Khối lượng riêng của hơi thủy ngân ở đktc là 8,9 g/l.

(Hg = 200 ; C = 12 ; H = 1)

13. Tính tỉ khối của nước (lỏng); Khối lượng riêng của nước (lỏng); Tỉ khối hơi của nước; Tỉ khối hơi của nước so với hiđro (H₂); Khối lượng riêng của hơi nước ở đktc.

(H = 1 ; O = 16)

ĐS: 1 ; 1g/ml ; 0,62 ; 9 ; 0,8g/l

14. Đốt cháy hoàn toàn 1 mol hiđrocacbon A, thu được 8 mol khí CO₂. Xác định các CTPT có thể có của A.

Nếu trong sản phẩm cháy của lượng A trên có chứa 9 mol nước. Xác định CTPT đúng của A. Khi cho A tác dụng khí clo theo tỉ lệ mol n_A : n_Cl₂= 1 : 1, thì chỉ thu một sản phẩm thế hữu cơ. Xác định CTCT của A.

ĐS: C₈H_y ; C₈H₁₈

15. Khi cho xăng hay dầu hôi vào nước thì thấy có sự phân lớp và xăng hay dầu hôi nằm ở lớp trên. Giải thích và nêu hai tính chất vật lý quan trọng của hiđrocacbon.

16. Khi dùng cây thọc vào một vũng nước cống thì thấy có hiện tượng sủi bọt khí? Thử giải thích hiện tượng này.

17. Phát biểu định luật Avogadro. Tại sao định luật Avogadro chỉ áp dụng cho chất khí hay chất hơi mà không áp dụng được cho chất lỏng hay chất rắn? Hệ quả quan trọng của định luật Avogadro là gì?

18. Chất khí hay chất hơi có khác nhau không? Tại sao khi thì gọi chất khí, khi thì gọi là chất hơi?

19. Một phân tử nước có khối lượng bao nhiêu đơn vị Cacbon (đvC, đơn vị khối lượng nguyên tử, amu, u)? bao nhiêu gam? Một mol nước có khối lượng bao nhiêu đơn vị Cacbon, bao nhiêu gam? 1 mol nước chứa bao nhiêu phân tử nước? Có bao nhiêu nguyên tố hóa học tạo nên nước? Có bao nhiêu nguyên tử trong phân tử nước? Có bao nhiêu nguyên tử H có trong 18 gam nước?

(H = 1 ; O = 16)

20. Tại sao áp dụng được công thức d_A/B = M_AA M_B

21.. Khi nói tỉ khối hơi của A so với B thì nhất thiết A hay B phải là chất khí ở điều kiện thường hay không?

I. ANKAN (PARAFIN, ĐỒNG ĐẲNG METAN, HIĐROCACBON NO MẠCH HỞ)

Đồng đẳng là hiện tượng các hợp chất hữu cơ có tính chất hóa học cơ bản giống nhau và CTPT giữa chúng hơn kém nhau một hay nhiều nhóm metylen (-CH₂-). Tập hợp các chất đồng đẳng tạo thành một dãy đồng đẳng. Hai chất kế tiếp nhau trong cùng một dãy đồng đẳng hơn kém nhau một nhóm metylen.

Thí dụ:

CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂,... là các chất thuộc dãy đồng đẳng metan (ankan)

CH₃OH ; C₂H₅OH ; C₃H₇OH ; C₄H₉OH ;... là các chất thuộc dãy đồng đẳng rượu đơn chức no mạch hở (ankanol)

II.1. Định nghĩa

Ankann là một loại hiđrocacbon mà trong phân tử chỉ gồm liên kết đơn mạch hở

II.2. Công thức tổng quát

C_nH_{2n +
2}     (n ³ 1)



II.3. Cách đọc tên (Danh pháp)

CH₄ Metan C₂₃H₄₈ Tricosan

C₂H₆ Etan C₂₄H₅₀ Tetracosan

C₃H₈ Propan C₂₅H₅₂ Pentacosan

C₄H₁₀ Butan C₃₀H₆₂ Triacontan

C₅H₁₂ Pentan C₃₁H₆₄ Hentriacontan

C₆H₁₄ Hexan C₃₂H₆₆ Dotriacontan

C₇H₁₆ Heptan C₃₃H₆₈ Tritriacontan

C₈H₁₈ Octan C₃₄H₇₀ Tetratriacontan

C₉H₂₀ Nonan C₃₅H₇₂ Petatriacontan

C₁₀H₂₂ Decan C₄₀H₈₂ Tetracontan

C₁₁H₂₄ Undecan C₄₁H₈₄ Hentetracontan

C₁₂H₂₆ Dodecan C₄₂H₈₆ Dotetracontan

C₁₃H₂₈ Tridecan C₄₃H₈₈ Tritetracontan

C₁₄H₃₀ Tetradecan C₅₀H₁₀₂ Pentacontan

C₁₅H₃₂ Pentadecan C₆₀H₁₂₂ Hexacontan

C₁₆H₃₄ Hexadecan C₇₀H₁₄₂ Heptacontan

C₁₇H₃₆ Heptadecan C₈₀H₁₆₂ Octacontan

C₁₈H₃₈ Octadecan C₉₀H₁₈₂ Nonacontan

C₁₉H₄₀ Nonadecan C₁₀₀H₂₀₂ Hectan

C₂₀H₄₂ Eicosan C₁₂₄H₂₅₀ Tetracosahectan

C₂₁H₄₄ Heneicosan C₁₃₂H₂₆₆ Dotriacontahectan

C₂₂H₄₆ Docosan C₁₅₅H₃₁₂ Pentapentacontahectan

Nên thuộc tên của 10 ankan đầu, từ C₁ đến C₁₀ để đọc tên của các chất hữu cơ thường gặp (có mạch cacbon từ 1 nguyên tử C đến 10 nguyên tử C).

Nguyên tắc chung để đọc tên ankan và dẫn xuất:

-         Chọn mạch chính là mạch cacbon liên tục dài nhất. Các nhóm khác gắn vào mạch chính coi là các nhóm thế gắn vào ankan có mạch cacbon dài nhất này.

-   Khi đọc thì đọc tên của các nhóm thế trước, có số chỉ vị trí của các nhóm thế đặt ở phía trước hoặc phía sau, được đánh số nhỏ, rồi mới đến tên của ankan mạch chính sau.

-         Nếu ankan chứa số nguyên tử cacbon trong phân tử ³ 4 và không phân nhánh thì thêm tiếp đầu ngữî n- (normal- thông thường).

-         Nếu 2 nhóm thế giống nhau thì thêm tiếp đầu ngữ đi-

Nếu 3........................................................................tri-

Nếu 4........................................................................tetra-

Nếu 5........................................................................penta-

Nếu 6........................................................................hexa- ...

Sau đây là tên của một số nhóm thế thuộc gốc hiđrocacbon và một số nhóm thế thường gặp:

CH₃- (H₃C- ; Me- )    Metyl

                                                                    CH₃-CH₂- (C₂H₅- ; Et- )    Etyl

CH₃-CH₂-CH₂-             n-propyl

                                                                    CH₃-CH-                              Isopropyl

                                                                    CH₃

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-     n- Butyl

CH₃-CH₂-CH-              Sec-butyl               CHºC-                                  Etinyl

                CH₃

                                                                     CH₃

CH₃-CH-CH₂-              Isobutyl                  CH₃-C-                                 Tert-butyl

        CH₃                                                      CH₃



CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-          n-Pentyl, n-Amyl

CH₃-CH-CH₂-CH₂-                    Isopentyl, Isoamyl

        CH₃

                               CH₃

                       CH₃-C-CH₂-        Neopentyl, Neoamyl

                               CH₃

                CH₃

CH₃-CH₂-C-             Tert-pentyl, Tert-amyl

                CH₃

-CH₂-                       Metylen                                  C₆H₅-    Phenyl

-CH₂-CH₂-              Etylen                                     F-          Flo (Fluoro)

-CH-CH₂-               Propylen                                Cl-        Clo (Cloro)

CH₃

Br-       Brom (Bromo)

C₆H₅-CH₂-                Benzyl

                                                                                   I-          Iot (Iodo)

CH₂=CH-                  Vinyl

                                                                                   O₂N-    Nitro

CH₂=CH-CH₂-          Alyl

                                                                                   H₂N-     Amino

CH₂=C-                     Isopropenyl

        CH₃                                                                     HO-      Hiđroxi

Thí dụ:

                                    CH₃-CH₂-CH₂-CH₃               n-Butan



                                   CH₃-CH-CH₃                         2-Metylbutan

                                            CH₃                                 Isobutan

             CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃          n-Pentan



               CH₃-CH-CH₂-CH₃                  2-Metylbutan

                       CH₃                                  Isopentan



                        CH₃

               CH₃-C-CH₃                             2,2-đimetylpropan

                        CH₃                                Neopentan



                      CH₃

              CH₃-C-CH₂-CH-CH₂-CH₃      2,2-Đimetyl-4-etylhexan

                      CH₃     CH₂-CH₃



                                     CH₃

              CH₃-CH-CH₂-C-CH₃            2,2,4-Trimetylpentan

                      CH₃        CH₃                 Isooctan



                 CH₃         CH₃

           Br CH₂ Cl    CH₂

CH₃- C- CH - C - C - CH₃            2,3,6-Trimetyl-3-brom-5-clo-5-nitro-

CH₃- CH         NO₂ CH₂- CH₃                                                              4,6-đietyloctan

          CH₃

Có thể đọc tên nhóm thế theo thứ tự từ nhóm nhỏ đến nhóm lớn (nhóm nhỏ đọc trước, nhóm lớn đọc sau, như nhóm metyl (CH₃-, nhỏ), đọc trước, nhóm etyl (CH₃-CH₂-, lớn), đọc sau; hoặc theo thứ tự vần a, b, c (vần a đọc trước, vần b đọc sau, như nhóm etyl đọc trước, nhóm metyl đọc sau). Tuy đọc nhóm trước sau khác nhau nhưng sẽ viết ra cùng một CTCT nên chấp nhận được.

Ghi chú

G.1. Đồng phân

Đồng phân là hiện tượng các chất có cùng CTPT nhưng do cấu tạo hóa học khác nhau, nên có tính chất khác nhau.

Thí dụ: C₄H₁₀ có hai đồng phân:    CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ ;               CH₃-CH-CH₃

                                                                                                                   CH₃

                                                                    n-Butan                              Isobutan

                                                                   t⁰_s = -0,5⁰C                          t⁰_s = -12⁰C

C₂H₆O có hai đồng phân:           CH₃-CH₂-OH   ;                     CH₃-O-CH₃

                                                      Rượu etylic                          Đimetyl ete

                                                  t⁰_s = 78⁰C, chất lỏng              t⁰_s = -24⁰C, chất khí

                                                   phản ứng với Na                 không phản ứng với Na

C₅H₁₂ có ba đồng phân: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃    CH₃-CH-CH₂-CH₃               CH₃

                                                                                           CH₃                      CH₃-C-CH₃

                                                                                                                                CH₃

                                                 n-Pentan                            Isobutan               Neopentan

                                                 t⁰_s = 36⁰C                          t⁰_s = 28⁰C              t⁰_s = 9,5⁰C

CH₄ có 1 ĐP ; C₂H₆ có 1 ĐP ; C₃H₈ có 1 ĐP ; C₄H₁₀ có 2 ĐP ; C₅H₁₂ có 3 ĐP ;

C₆H₁₄ có 5 ĐP; C₇H₁₆ có 9 ĐP; C₈H₁₈ có 18 ĐP; C₉H₂₀ có 35 ĐP; C₁₀H₂₂ có 75 ĐP;

C₂₀H₄₂   có 366 319 ĐP;    C₃₀H₆₂   có   4,11.10⁹ ĐP (4 triệu và 110 triệu ĐP);    C₄₀H₈₂   có 62 491 178 805 831 ÂP (6,249.10¹³ ĐP ).

Trên đây là số đồng phân theo lý thuyết vì hiện nay số hợp chất hữu cơ biết được ít hơn 10 triệu hợp chất

G.2. Trong cùng một dãy đồng đẳng, nhiệt độ sôi các chất tăng dần theo chiều tăng khối lượng phân tử các chất.

Thí dụ: Nhiệt độ sôi các chất tăng dần như sau:

CH₄ < CH₃-CH₃ < CH₃-CH₂-CH₃ < CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ < CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

(-164⁰C) (-89⁰C)            (-42⁰C)                      (-0,5⁰C)                            (36⁰)

H-COOH   <   CH₃-COOH   <   CH₃-CH₂-COOH   <   CH₃-CH₂-CH₂-COOH

(100,4⁰C)           (118,1⁰C)                  (141,1⁰C)                          (163,5⁰C)

G.3. Giữa các ankan đồng phân, đồng phân nào có mạch cacbon càng phân nhánh thì sẽ có nhiệt độ sôi càng thấp. Có thể áp dụng nguyên tắc này cho các chất hữu cơ đồng khác. Nguyên nhân là khi càng phân nhánh thì làm thu gọn phân tử lại, ít bị phân cực hơn, nên làm giảm lực hút giữa các phân tử (lực hút Van der Waals) nhờ thế, nó dễ sôi hơn.

Thí dụ:

                 t⁰_s CH₃-CH-CH₃   <   t⁰_s CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

                              CH₃

                          (-12⁰C)                            (-0,5⁰C)



                             CH₃

               t⁰_s CH₃-C-CH₃   < t⁰_s CH₃-CH-CH₂-CH₃   <   t⁰_s CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

                             CH₃                         CH₃

                         (9,5⁰C)                        (28⁰C)                                       (36⁰C)

Bài tập 10

C₇H₁₆ có 9 đồng phân. Viết CTCT các đồng phân và đọc tên các đồng phân này.

Bài tập 10’

C₆H₁₄ có 5 đồng phân. Viết CTCT và đọc tên các đồng phân này.

Bài tập 11

-12⁰C   ;    -0,5⁰C   ;    9,5⁰C   ;    28⁰C   ;    36⁰C   ;    60⁰C   ;    69⁰C   ;   98⁰C   ;    126⁰C

là nhiệt độ sôi của các chất sau đây (không theo thứ tự): n-pentan; Isobutan; Isohexan; n-Octan; n-Butan; n-Hexan; Isopentan; n-Heptan và Neopentan. Hãy chọn nhiệt độ sôi thích hợp cho từng chất.

Bài tập 11’

Sắp theo thứ tự nhiệt độ sôi tăng dần của các chất sau đây:

2-Metylhexan;   2,2-Đimetylpentan;   n-Octan;   n-Heptan;   Neohexan;   n-Pentan; n-Hexan; Neopentan và Isobutan.

II.4. Tính chất hóa học

II.4.1. Phản ứng cháy

                   C_nH_{2n +2} + ()O₂            t⁰               nCO₂   +    (n + 1)H₂O

                   Ankan                                                                  (n mol)             (n + 1) mol

Lưu ý

Trong các loại hiđrocacbon, chỉ có ankan (hay parafin) khi đốt cháy tạo số mol nước lớn hơn số mol khí cacbonic hay thể tích của hơi nước lớn hơn thể tích khí CO₂ (các thể tích đo trong cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất). Các loại hiđrocacbon khác khi đốt cháy đều số mol H₂O £ số mol CO₂.

Bài tập 12

Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon X, thu được CO₂ và hơi nước có tỉ lệ thể tích là VCO₂ : VH₂O = 4 : 5 (các thể tích đo trong cùng nhiệt độ và áp suất).

a. Xác định CTPT và viết các CTCT có thể có của X.

b. So saùnh nhieät ñoä soâi giöõa caùc ñoàng phaân naøy.

ĐS: C₄H₁₀

Bài tập 12’

Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon A, thu được 44,8 lít CO₂ (đktc) và 43,2 gam H₂O.

a. Xác định CTPT của A.

b. So sánh nhiệt độ sôi các đồng phân của A và đọc tên các đồng phân này.

(H = 1 ; O = 16)

ĐS: C₅H₁₂

II.4.2. Phản ứng thế

Phản ứng thế là phản ứng trong đó một nguyên tử hay một nhóm nguyên tử của phân tử này được thay thế bởi một nguyên tử hay một nhóm nguyên tử của phân tử kia.

Thí dụ:        CH₄    +   Cl₂        ánh sáng          CH₃Cl   +   HCl



                    C₆H₅-H   +   HNO₃          H₂SO₄(đ)           C₆H₅-NO₂   +   H₂O

Tính chất hóa học cơ bản của ankan là tham gia phản ứng thế với halogen, chủ yếu là Cl₂, với sự hiện diện của ánh sáng khuếch tán hay đun nóng. Nếu dùng Cl₂ đủdư và thời gian phản ứng đủ lâu thì lần lượt các nguyên tử H của ankan được thay thế hết bởi -Cl (của Cl₂).

               C_nH_{2n + 2}       +        X₂              askt                C_nH_{2n + 1}X           +       HX

                 Ankan                              Halogen                                   Dẫn xuất monohalogen của ankan        Hiđro halogenua



              C_nH_{2n + 1}X     +        X₂             askt                        C_nH_2nX₂           +       HX   ....

                                                                                                                          Dẫn xuất đihalogen của ankan

Thí dụ:

                CH₄           +       Cl₂         askt                  CH₃Cl           +         HCl

                        Metan                                Clo                                         Clometan, Metyl clorua              Hidro clorua

                CH₃Cl       +        Cl₂              askt                            CH₂Cl₂         +         HCl

                                                                                                             Điclometan, Metylen clorua

           CH₂Cl₂       +         Cl₂               askt                 CHCl₃            +          HCl

                                                                                                              Triclometan, Cloroform

           CHCl₃        +         Cl₂           askt                              CCl₄             +         HCl

                                                                                                              Tetraclometan, Cacbon tetraclorua

Ghi chú

G.1. Dẫn xuất monohalogen của ankan là một loại hợp chất hữu cơ trong đó một nguyên tử H của ankan được thay thế bởi nguyên tử halogen X. Dẫn xuất monohalogen của ankan có công thức dạng tổng quát là C_nH_{2n
+ 1}X.

G.2. Dẫn xuất đihalogen của ankan là một loại hợp chất hữu cơ trong đó hai nguyên tử H của ankan được thay thế bởi hai nguyên tử halogen X. Dẫn xuất đihalogen của ankan có công thức tổng quát là C_nH_2nX₂.

G.3. Cơ chế phản ứng là diễn tiến của phản ứng. Khảo sát cơ chế phản ứng là xem từ các tác chất đầu, phản ứng trải qua các giai đoạn trung gian nào để thu được các sản phẩm sau cùng.

G.4. Phản ứng thế H của ankan bởi halogen X (của X₂) là một phản ứng thế dây chuyền theo cơ chế gốc tự do. Phản ứng trải qua ba giai đoạn: Khơi mạch, Phát triển mạch và Ngắt mạch.

Thí dụ:      Khảo sát cơ chế của phản ứng:

                         CH₄    +     Cl₂          askt                 CH₃Cl     +    HCl

Giai đoạn 1 (Giai đoạn khơi mạch, khơi mào): Có sự tạo gốc tự do Cl^·

                      Cl-Cl           as               2Cl^·

Giai đoạn 2 (Giai đoạn phát triển mạch):

                    Cl^·        +        CH₄                    HCl         +      CH₃^· (gốc tự do metyl)

                    CH₃^·     +         Cl₂                      CH₃Cl     +       Cl^·

               ...............(Tiếp tục lặp đi lặp lại như trên cho đến khi kết thúc phản ứng, giai đoạn ngắt mạch).

Giai đoạn 3 (Giai đoạn ngắt mạch, cắt mạch, đứt mạch, tắt mạch): Các gốc tự do kết hợp, không còn gốc tự do, phản ứng ngừng (kết thúc):

                    CH₃^·     +         Cl^·                        CH₃Cl

                    Cl^·        +         Cl^·                Cl₂

                    CH₃^·     +       CH₃^·                      CH₃-CH₃

G.5. Bậc của cacbon: Người ta chia cacbon bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4. Bậc của cacbon bằng số gốc cacbon liên kết vào cacbon này bằng các liên kết đơn. C trong CH₄ là cacbon bậc 1.

Thí dụ:                                          I

                                                    CH₃

                           I                II               III           IV             I                                              I

                 CH₃     CH₂     CH       C      CH₃                         CH₄

                                            I                I

                                          CH₃    CH₃

G.6. Nguyên tử H liên kết bậc cao của ankan dễ được thế bởi halogen X₂ (nhất là Br₂) hơn so với H liên kết vào cacbon bậc thấp.

Thí dụ:

                                                                                CH₃-CH-CH₃    +    HBr

I            II          I                                                                     Br

CH₃-CH₂-CH₃     +    Br₂            as hay t⁰                              (SP chính)

      (1mol)               (1mol)

                                                                                CH₃-CH₂-CH₂-Br    +     HBr

                                                                                      (SP phụ)

I           III       II           I                                                       Br

CH₃-CH-CH₂-CH₃      +    Br₂           t⁰                 CH₃-C-CH₂-CH₃       +      HBr

        CH₃                                                                   CH₃

     (1mol)                         (1mol)                            (SP chính)

Bài tập 13

Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon A cần dùng 5,376 lít O₂ (đktc). Cho sản phẩm cháy hấp thụ hết vào nước vôi trong dư, ta thu được 15 gam kết tủa màu màu trắng.

a.         Xác định CTPT của A.

b.        A tác dụng Cl₂ theo tỉ lệ mol 1 : 1 thì chỉ thu được một sản phẩm hữu cơ duy nhất. Xác định CTCT của A.

c.    So sánh nhiệt độ sôi giữa các đồng phân của A.

(C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; Ca = 40)

ĐS: C₅H₁₂



Bài tập 13’

Đốt cháy hoàn toàn một lượng hiđrocacbon X cần dùng 70 lít không khí (đktc). Cho sản phẩm cháy hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)₂ dư, thu được 78,8 gam kết tủa.

Xác định CTCT và đọc tên của X, biết rằng khi cho X tác dụng với Cl₂ theo tỉ lệ mol 1 : 1 chỉ thu được một sản phẩm hữu cơ duy nhất.

Không khí gồm 20% O₂, 80% N₂ theo thể tích.

(C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; Ba = 137)

ĐS: C₈H₁₈

II.4.3. Phản ứng nhiệt phân



                                   C_nH_{2n + 2}           t⁰ cao (> 1000⁰C, Không có O₂)            nC   +    (n + 1)H₂

II.4.4. Phản ứng cracking

Phản ứng cracking là phản ứng làm chuyển hóa một hiđrocacbon có khối lượng phân tử lớn trong dầu mỏ thành các hiđrocacbon có khối lượng phân tử nhỏ hơn, mà chủ yếu là biến một ankan thành một ankan khác và một anken có khối lượng phân tử nhỏ hơn. Phản ứng cracking có mục đích tạo nhiều nhiên liệu xăng, dầu và xăng, dầu có chất lượng tốt hơn cho động cơ từ dầu mỏ khai thác được.



                 C_nH_{2n + 2}             Cracking (t⁰ , p , xt)             C_n’H_{2n’ + 2}        +       C_{(n - n’)}H_{2(n
- n’)}

             Ankan (Parafin)                                                  Ankan (Parafin)                  Anken (Olefin)

                                                                                   (n’ < n)                               (n- n’ ³ 2)

Thí dụ:

                   CH₃-CH₂-CH₃              Cracking               CH₄         +        CH₂=CH₂

                               Propan                                                        Metan                     Eten (Etilen)



                                                                                       CH₄    +    CH₂= CH-CH₃

                  CH₃-CH₂-CH₂-CH₃            Cracking

                        n-Butan                                                    CH₃-CH₃      +    CH₂=CH₂



                  CH₃-CH-CH₃             Cracking                 CH₄        +       CH₂=CH-CH₃

                          CH₃

                         Isobutan

                                                                                   CH₄   +   CH₂=CH- CH₂-CH₃

      CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃             Cracking                           n- pentan                                                                    CH₂=CH₂    +   CH₃-CH₂-CH₃

                                                                                           CH₂=CH₂   +   CH₄   + CH₂=CH₂



                                                                                          CH₄    +   CH₂=C-CH₃

                                                                                                            CH₃

                                                                                          CH₃-CH₃    +    CH₂=CH-CH₃

        CH₃-CH₂-CH-CH₃                  Cracking                         CH₂=CH₂   +   CH₃-CH₂-CH₃

                           CH₃                                                    CH₂=CH₂   +   CH₄   +   CH₂=CH₂

                  Isopentan                                                           CH₄   +   CH₂=CH-CH₂-CH₃

                                                                                           CH₄   +    CH₃-CH=CH-CH₃

                   CH₃

            CH₃-C-CH₃              Cracking              CH₄     +     CH₂=C-CH₃

                    CH₃                                                                           CH₃

                 Neopentan                                                  Metan               Isobutilen

Bài tập 14

Viết các phương trình phản ứng cracking có thể có của n-hexan. Biết rằng chỉ có sự tạo ankan, anken và ankan từ 3 nguyên tử cacbon trở lên trong phân tử đều bị cracking.

Bài tập 14’

Viết các phản ứng cracking có thể có của isohexan. Coi sự cracking chỉ tạo parafin, olefin và các parafin chứa số nguyên tử C trong phân tử lớn hơn 3 đều bị cracking.

Bài tập 14’’

Viết các phản ứng cracking có thể có của 3-metylpentan. Coi sản phẩm cracking chỉ gồm ankan và anken. Ankan chứa tử 3 nguyên tử C trở lên trong phân tử đều bị cracking.

II.5. Ứng dụng

II.5.1. Từ metan điều chế được axetilen

                                2CH₄            1500⁰C ; Làm lạnh nhanh              C₂H₂     +     3H₂

II.5.2.   Từ metan điều chế anđehit fomic (fomanđehit)

                    CH₄     +     O₂          Nitơ oxit ; 600⁰C - 800⁰C            H-CHO       +      H₂O

II.5.3. Từ ankan điều chế anken, ankan khác (Thực hiện phản ứng cracking)

                C_nH_{2n + 2}          Cracking (t , xt , p)            C_n’H_{2n’ + 2}        +      C_{(n - n’)}H_{2(n
- n’)}

                    Ankan                                                      Ankan   (n’ < n)                   Anken

Thí dụ:

              CH₃-CH₂-CH₃             Cracking              CH₄         +         CH₂=CH₂

                         Propan                                                     Metan                            Etilen



                                                                             CH₄         +       CH₂=CH-CH₃

           CH₃-CH₂-CH₂-CH₃          Cracking              Metan                              Propen

                    n-Butan                                               CH₃-CH₃       +      CH₂=CH₂

                                                                                               Etan                                Etilen

II.5.4.   Từ ankan có thể điều chế các hợp chất có nhóm chức tương ứng, theo sơ đồ sau:

R-CH₃     Cl₂ , as        R-CH₂-Cl       dd NaOH, t⁰         R-CH₂-OH            CuO , t⁰         R-CHO

Ankan                          Dẫn xuất clo                                    Rượu bậc 1                               Anđehit



           O₂ , Mn²⁺             R-COOH             R’-OH , H₂SO₄(đ) , t⁰             R-C-O-R’

                                                                                                                   O

                                     Axit hữu cơ                                                         Este

Thí dụ:

               CH₃-CH₃       +     Cl₂           askt              CH₃-CH₂-Cl        +       HCl

                      Etan                         Clo                              Etyl clorua, Clo etan             Hiđro clorua



               CH₃-CH₂-Cl        +        NaOH          t⁰           CH₃-CH₂-OH        +       NaCl

                                                            Dung dịch xút                         Rượu etylic                    Natri clorua



               CH₃-CH₂-OH      +       CuO            t⁰             CH₃-CHO     +     Cu     +   H₂O

                                                           Đồng (II) oxit                      Anđehit axetic          Đồng          Nước



                CH₃- CHO          +        1/2O₂            Mn²⁺                 CH₃-COOH

                                                                   Oxi                                        Axit axetic

       CH₃-COOH   + CH₃-CH₂-OH                H₂SO₄ , t⁰            CH₃-COO-CH₂-CH₃   + H₂O

II.5.5.   Từ n-butan điều chế 1,3-butađien (Từ đó điều chế các loại cao su nhân tạo: Buna-S, Buna-N)

              CH₃-CH₂-CH₂-CH₃            t⁰ , xt             CH₂=CH-CH=CH₂       +       2H₂

                          n-Butan                                                             1,3-Butađien                           Hiđro

II.5.6.   Từ isopentan điều chế chế isopren (Từ đó điều chế cao su isopren)



      CH₃-CH₂-CH-CH₃             t⁰ , xt                    CH₂=CH-C=CH₂          +       2H₂

                       CH₃                                                           CH₃

       Isopentan (2-Metyl butan)                           Isopren (2-Metyl-1,3-buđien)                Hiđro

II.5.7.   Tæì n-hexan điều chế benzen



                    CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃            t⁰ , xt             C₆H₆        +        4H₂

                                             n-Hexan                                                            Benzen                  Hiđro

II.5.8.   Từ n-heptan điều chế toluen

   CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃                t⁰ , xt                C₆H₅-CH₃        +    4H₂

                      n- Heptan                                                                     Toluen (Metylbenzen)         Hiđro

II.6. Điều chế (Chủ yếu là điều chế metan)

II.6.1. Trong công nghiệp

Trong công nghiệp, metan (CH₄) được lấy từ:

+ Khí thiên nhiên: Khoảng 95% thể tích khí thiên nhiên là metan. Phần còn lại là các hiđrocacbon C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀,...

+ Khí mỏ dầu (Khí đồng hành): Khí mỏ dầu nằm bên trên trong mỏ dầu. Khoảng 40% thể tích khí mỏ dầu là metan. Phần còn lại là các hiđrocacbon có khối lượng phân tử lớn hơn như C₂H₆, C₃H₈, C₄H_10,…



+ Khí cracking dầu mỏ: Khí cracking dầu mỏ là sản phẩm phụ của quá trình cracking dầu mỏ, gồm các hiđrocacbon có khối lượng phân tử nhỏ, trong đó chủ yếu gồm metan (CH₄), etilen (C₂H₄),…

+ Khí lò cốc (Khí thắp, Khí tạo ra do sự chưng cất than đá): 25% thể tích khí lò cốc là metan, 60% thể tích là hiđro (H₂), phần còn lại gồm các khí như CO, CO₂, NH₃, N₂, C₂H₄, hơi benzen (C₆H₆),…

+ Khí sinh vật (Biogas): Khí sinh vật chủ yếu là metan (CH₄). Khí sinh vật được tạo ra do sự ủ phân súc vật (heo, trâu bò,…) trong các hầm đậy kín. Với sự hiện diện các vi khuẩn yếm khí (kỵ khí), chúng tạo men xúc tác cho quá trình biến các cặn bã chất hữu cơ tạo thành metan. Khí metan thu được có thể dùng để đun nấu, thắp sáng. Phần bã còn lại không còn hôi thúi, các mầm bịnh, trứng sán lãi cũng đã bị hư, không còn gây tác hại, là loại chất hữu cơ đã hoai, được dùng làm phân bón rất tốt. Như vậy, việc ủ phân súc vật, nhằm tạo biogas, vừa cung vấp năng lượng, vừa tạo thêm phân bón, đồng thời tránh được sự làm ô nhiễm môi trường, nên sự ủ phân súc vật tạo biogas có rất nhiều tiện lợi.