Giải bài tập SGK Hóa 12 Nâng cao Bài 4: Luyện tập: Mối liên hệ giữa hidrocacbon và một số dẫn xuất của hidrocacbon

Nguyên liệu cho công nghiệp hóa chất hữu cơ ngày nay dựa chủ yếu vào:

A. Khí thiên nhiên

B. Than đá và đá vôi

C. Thực vật

D. Dầu mỏ

Phương pháp giải

Để chọn đáp án đúng cần ghi nhớ: Nguyên liệu cho công nghiệp hóa chất hữu cơ ngày nay dựa chủ yếu vào dầu mỏ.

Hướng dẫn giải

Nguyên liệu cho công nghiệp hóa chất hữu cơ ngày nay dựa chủ yếu vào dầu mỏ.

⇒ Đáp án D.

a. Vì sao trong sơ đồ mối liên hệ giữa hidrocacbon và dẫn xuất chứa oxi, ankan lại được đặt ở trung tâm?

b. Xuất phát từ ô trung tâm lần lượt điền vào đó metan, etan và n-hexan rồi viết phương trình phản ứng (nếu có) theo các mũi tên đã chỉ để đi đến các ô khác trong sơ đồ ("dạo quanh sơ đồ").

c. Hãy thử tìm một hiđrocacbon no để từ đó đi theo hết mọi mũi tên đến hết mọi ô của sơ đồ.

Phương pháp giải

Để trả lời các câu hỏi trên cần hiểu rõ bản chất của hidrocacbon và dẫn xuất của hidrocacbon, đồng thời nắm rõ mối liên hệ giữa chúng.

Hướng dẫn giải

Câu a

Ankan được đặt ở trung tâm của sơ đồ do ankan là nguyên liệu chính để tổng hợp ra các hiđrocacbon khác và dẫn xuất có oxi của chúng.

Câu b

• Sơ đồ và phản ứng của metan:

• Sơ đồ và phản ứng của etan:

Câu c

• Phản ứng của metan:

1. CH₄ + Cl_{2 \(\xrightarrow{{as}}\)} CH₃Cl + HCl

2. CH₃Cl + H₂O \(\xrightarrow{{O{H^ - },{t^o}}}\) CH₃OH + HCl

3. CH₃OH + HCl → CH₃Cl + H₂O

4. CH₃OH + CuO \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) HCHO + Cu + H₂O

5 .HCHO + H₂ \(\xrightarrow{{Ni,{t^o}}}\) CH₃OH

6. HCHO + [O] \(\xrightarrow{{KMn{O_4}}}\) HCOOH 

7. HCOOH + ROH \(\xrightarrow{{{H_2}S{O_4},{t^o}}}\) HCOOR + H₂O 

8. HCOOR + H₂O \(\xrightarrow{{{H^ + },{t^o}}}\) HCOOH + ROH

9. 2CH₄ \(\xrightarrow{{lamlanhnhanh,{{1500}^0}C}}\) C2H2 + 3H₂ 

10. C₂H₂ + H₂O \(\xrightarrow{{H{g^{2 + }},{t^o}}}\) CH₃CHO

11. CH₃CHO + [O] \(\xrightarrow{{KMn{O_4}}}\) CH₃COOH

• Phản ứng của etan:

1. C₂H₆ \(\xrightarrow{{xt,{t^0}}}\) C₂H₄ + H₂  

2. C₂H₄ + H₂ \(\xrightarrow{{Ni,{t^0}}}\) C2H6 

3. C₂H₆ \(\xrightarrow{{xt,{t^0}}}\)  C₂H₂ + 2H₂

4. C₂H₂ + 2H₂ \(\xrightarrow{{Ni,{t^0}}}\) C2H6 

5. C2H6 + Cl₂ \(\xrightarrow{{as}}\) C2H5Cl

6. C₂H₄ + HCl → C2H5Cl

7. C2H5Cl + KOH \(\xrightarrow{{ancol}}\) C₂H₄ + KCl + H₂O

8. C₂H₂ + H₂ \(\xrightarrow{{Pd/PbC{O_3}}}\) C₂H₄ 

9. C2H5Cl + HOH \(\xrightarrow{{O{H^ - },{t^0}}}\)  C2H5OH + HCl 

10. C2H5OH + HCl → C₂H₅Cl + H₂O

11. C₂H₅OH + CuO \(\xrightarrow{{{t^0}}}\) CH3CHO + Cu + H₂O

12. CH3CHO + H₂ \(\xrightarrow{{Ni,{t^0}}}\) CH3CH₂OH 

13. CH≡CH + HOH \(\xrightarrow{{H{g^{2 + }},{t^o}}}\) CH3CHO 

14. CH3CHO + [O] \(\xrightarrow{{KMn{O_4}}}\) CH₃COOH 

15. CH₃COOH + ROH \(\overset {{H_2}S{O_4},{t^o}} \leftrightarrows \) CH₃COOR + H₂O

16. CH₃COOR + H₂O \(\overset {{H^ + },{t^0}} \leftrightarrows \) CH₃COOH + ROH

Hãy dùng sơ đồ phản ứng chứng tỏ rằng metan có thể tổng hợp được các ancol, anđehit và axit có từ 1 đến 2 nguyên tử C trong phân tử.

Phương pháp giải

Để trả lời các câu hỏi trên cần nắm rõ phương trình hóa học thể hiện mối liên hệ giữa chúng.

Hướng dẫn giải

Sơ đồ chứng tỏ metan có thể tổng hợp được các ancol, anđehit và axit có từ 1 đến 2 nguyên tử C trong phân tử:

Hãy viết sơ đồ phản ứng từ etilen và toluen điều chế ra các hợp chất sau:

a) Etyl benzoat

b) 1-etyl-4-metylbenzen

c) Benzyl axetat

Phương pháp giải

Để trả lời các câu hỏi trên cần nắm rõ phương trình hóa học thể hiện mối liên hệ giữa chúng.

Hướng dẫn giải

Câu a: Etyl benzoat: C₆H₅COOC₂H₅

Sơ đồ phản ứng từ etilen và toluen điều chế ra etyl benzoat:

Câu b: 1-etyl-4-metylbenzen

Sơ đồ phản ứng từ etilen và toluen điều chế ra:

CH₂=CH₂ \(\xrightarrow{{HCl}}\) CH₃-CH₂-Cl \(\xrightarrow{{{C_6}{H_5}C{H_3}/AlC{l_3}}}\)CH₃CH₂-C₆H₄-CH₃

Câu c: Benzyl axetat

Sơ đồ phản ứng từ etilen và toluen điều chế benzyl axetat:

Cho công thức cấu tạo thu gọn nhất của vài dẫn xuất chứa oxi của tecpen như sau

a) Chúng thuộc chất hữu cơ nào?

b) Hãy viết công thức cấu tạo thu gọn và công thức phân tử của chúng.

c) Gọi tên 2 hợp chất đầu theo danh pháp IUPAC.

Phương pháp giải

a) Dựa vào đặc điểm các nhóm chức trong công thức cấu tạo để xác định loại hợp chất hưu cơ.

b) Cần nắm rõ cách viết công thức cấu tạo thu gọn sang công thức phân tử.

c) Cần nắm rõ cách gọi tên theo danh pháp IUPAC.

Hướng dẫn giải

Câu a

Xitronelal và geranial thuộc chức anđehit do phân tử có chứa nhóm chức –CH=O. Metol thuộc chức rượu (ancol) vì phân tử có chứa nhóm –OH.

Câu b

• Xitronelal C₁₀H₁₈O:

CH₃-C(CH₃)=CH-CH₂-CH₂-C(CH₃)-CH₂-CH=O

• Geranial C₁₀H₁₆O:

CH₃-C(CH₃)=CH-CH₂-CH₂-C(CH₃)=CH-CH=O

• Metol C₁₀H₂₀O:

Câu c

• Xitronelal : 3,7-dimetyl oct-6-en-1-al.
• Geranial : 3,7-dimetyl oct-2,6-dien-1-al.

Hãy hoàn thành các sơ đồ phản ứng sau:

Phương pháp giải

Để hoàn thành phương trình hóa học cần dựa vào các chất có sẵn để điền những chất còn thiếu.

Hướng dẫn giải

Câu a

Các phương trình phản ứng:

CH3CH=O + HCN → CH₃-CH(OH)-CN  (A) 

CH3-CH(OH)-CN + 2H₂O \(\xrightarrow{{{H_3}{O^ + },{t^0}}}\) CH₃-CH(OH)-COOH + NH₃  (B)

CH₃-CH(OH)-COOH \(\xrightarrow{{{H_2}S{O_4}d,{t^o}}}\) CH₂=CH-COOH + H₂O

nCH₂=CH-COOH \(\xrightarrow{{p,xt,{t^0}}}\) -(CH₂-CH-COOH)-_n   (C)

Câu b

Các phương trình phản ứng:

CH₃-CO-CH₃ + HCN → CH₃-C(OH)CN-CH₃   (D)

CH3-C(OH)CN-CH3  + 2H₂O \(\xrightarrow{{{H_3}{O^ + },{t^0}}}\) CH₃-C(OH)COOH- CH₃ + NH₃   (E)

CH3-C(OH)COOH-CH3 \(\xrightarrow{{{H_2}S{O_4}d,{t^o}}}\) CH₂=C(CH₃)-COOH + 2H₂O

nCH₂=C(CH₃)-COOH \(\xrightarrow{{p,xt,{t^0}}}\) -(CH₂-C(CH₃)COOH)-)_n  (F)

Đun nóng 3,21 gam hỗn hợp A gồm hai chất hữu cơ B và C có cùng nhóm chức với dung dịch NaOH dư thu được hỗn hợp muối natri của hai axit no đơn chức kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng và một chất lỏng D. Chất D phản ứng với CuO đun nóng cho sản phẩm có phản ứng tráng gương. Cho 1/10 lượng chất D phản ứng với natri được 33,6 ml H₂ (đktc). Tỉ khối hơi của D so với không khí là 2.

a) Xác định công thức cấu tạo của B, C và D.

b) Tính thành phần % khối lượng hỗn hợp A.

c) Viết phương trình phản ứng của B hoặc C với H₂ (Ni, t⁰), Br₂ và phản ứng tạo thành polime của chúng.

Phương pháp giải

a)

• Bước 1: Hai chất hữu cơ cùng chức tác dụng với NaOH dư tạo ra 2 muối natri của 2 axit no đơn chức kế tiếp và một chất lỏng D. D + CuO → sản phẩm có tráng bạc.
• Do đó D là ancol bậc 1: R-CH₂OH.
• Bước 2: Tính M_D, suy ra R^', suy ra ancol.
• Bước 3: Đặt công thức chung cho B và C là \(C_{\overline{n}}H_{2\overline{n} + 1}COOC_{3}H_{5}\), viết các phương trình hóa học
• Bước 4: Tính mol ancol, suy ra mol este, khối lượng trung bình của este.
• Bước 5: Biện luận, suy ra công thức cần tìm.

b) Từ sơ đồ đường chéo, suy ra thành phần % khối lượng hỗn hợp A.

c) Viết phương trình hóa học.

Hướng dẫn giải

Câu a

Hai chất hữu cơ cùng chức tác dụng với NaOH dư tạo ra 2 muối natri của 2 axit no đơn chức kế tiếp và một chất lỏng D. D + CuO → sản phẩm có tráng bạc.

Do đó D là ancol bậc 1: R-CH₂OH.

B và C là 2 este tạo bới 2 axit no, đơn chức kế tiếp nhau có công thức chung là: \(C_{\overline{n}}H_{2\overline{n} + 1}COOH\) và ancol D.

d_d/kk = 2 ⇒ M_D = 29 . 2 = 58

R' + 14 + 17 = 58 ⇒ R' = 27 (C₂H₃)

D là C₃H₅OH: CH₂=CH-CH₂OH (ancol anlylic)

Đặt công thức chung cho B và C là \(C_{\overline{n}}H_{2\overline{n} + 1}COOC_{3}H_{5}\)

Các phương trình phản ứng:

C_nH_2n+1COOC₃H₅ + NaOH → C_nH_2n+1COONa + C₃H₅OH   (1)

C₃H₅OH + Na → C₃H₅ONa + 1/2 H₂    (2)

\(n_{H_{2}} = \frac{0,0336}{22,4} = 0,0015\)

Vậy \(\frac{1}{10}\) số mol D là n_C3H5OH = 2 . 0,0015 = 0,003 mol

Theo (1) số mol este \(C_{\overline{n}}H_{2\overline{n} + 1}COOC_{3}H_{5}\) bằng số mol ancol trong cả lượng D:

\(\\ n_{este} = 10.0,003 = 0,03 \ mol \\ \\ \Rightarrow \overline{M}_{este} = \frac{m}{n} = \frac{3,21}{0,03} = 107 \\ \\ 14\overline{n} + R_{1} + 44 + 41 = 107 \Rightarrow \overline{n} = 1,5\)

Vậy 2 axit kế tiếp là CH₃COOH và C₂H₅COOH, hai este là CH₃COOC₃H₅ và C₂H₅COOC₃H₅

Cấu tạo của 2 este:

CH₃COOCH₂CH=CH₂ (M = 100; x mol)

CH₃CH₂COOCH₂CH=CH₂ (M = 114; y mol)

Vậy B là CH₃COOCH₂CH=CH₂; C là C₂H₅COOC₃H₅; D là CH₃CH₂COOCH₂CH=CH₂.

Câu b

Theo sơ đồ đường chéo ta có:

\(\begin{matrix} Este \ 1 - M = 100 \ \ \ \ \ \ \ 7 \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ^\setminus \ \ \ \ ^/ \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 107 \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ^/ \ \ \ \ ^\setminus \\ Este \ 2 - M = 114 \ \ \ \ \ \ 7 \end{matrix}\)

⇒ n_{Mỗi este} = \(\frac{0,03}{2}\) = 0,015 (mol)

Câu c

Phương trình phản ứng của một este với H₂, Br₂ và tạo polime:

CH₃COOCH₂-CH=CH₂ + H₂ \(\xrightarrow{{Ni,{t^0}}}\) CH₃COOCH₂CH₂CH₃

CH3COOCH2-CH=CH2 + H2 → CH3COOCH2CH(Br)-CH₂Br

nCH₃COOCH₂-CH=CH₂ \(\xrightarrow{{p,xt,{t^0}}}\) (-CH(CH₂OCOCH₃)-CH₂-)_n