Bài 35: Benzen và đồng đẳng

BENZEN VÀ ĐỒNG ĐẲNG

I. Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp, cấu tạo

1. Dãy đồng đẳng của benzen

- C₆H₆ (benzen), C₇H₈ (toluen), C₈H₁₀, ... ,

- CTTQ: C_nH_2n-6(n ≥ 6, nguyên)

2. Đồng phân, danh pháp

Đồng phân

C₆H₆ và C₇H₈ không có đồng phân hidrocacbon thơm.

Từ C₈H₁₀ trở đi có

- Đồng phân vị trí tương đối của các nhóm ankyl (các vị trí o, m, p)

- Đồng phân cấu tạo mạch cacbon của nhánh

Danh pháp

Tên hệ thống: nhóm ankyl + benzen

Chú ý: Nếu vòng benzen liên kết với nhiều nhóm ankyl tên gọi: số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh + benzen

Cách đánh số các nguyên tử C trong vòng benzen sao cho tổng chỉ số trong tên gọi là nhỏ nhất.

3. Cấu tạo

Có hai cách biểu diễn công thức của benzen:

II. Tính chất vật lí

- Các hiđrocacbon thơm đều là chất lỏng hoặc rắn ở điều kiện thường ; t_s, t_nc tăng theo chiều tăng của phân tử khối.

- Hiđrocacbon thơm ở thể lỏng có mùi đặc trưng, không tan trong nước, nhẹ hơn nước, hòa tan được nhiều chất hữu cơ.

III. Tính chất hóa học

1. Phản ứng thế

a) Thế nguyên tử H của vòng benzen

*Phản ứng với halogen

- Benzen phản ứng thế với brom

Toluen tác dụng với brom

Phản ứng với axit nitric

Quy tắc thế ở vòng benzen:

- Khi ở vòng benzen đã có sẵn nhóm ankyl (hay các nhóm –OH, -NH₂, -OCH₃,...), phản ứng thế vào vòng sẽ dễ dàng hơn và ưu tiên thế vào vị trí o-, p-.

- Nếu vòng benzen đã có sẵn nhóm –NO₂ ( hoặc các nhóm –COOH, -SO₃H, ...) phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn và ưu tiên xảy ra ở vị trí m-.

b) Thế nguyên tử H của mạch nhánh

2. Phản ứng cộng

a) Cộng hidro

b) Cộng clo

3 Phản ứng oxi hóa

Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn

Phản ứng oxi hóa hoàn toàn

C_nH_{2n – 6} + 3n−32O₂→(t^o) nCO₂ + (n-3)H₂O

HIĐROCACBON THƠM KHÁC

1. Cấu tạo

- Stiren có CTPT: C₈H₈

- CTCT:

2. Tính chất hóa học

- Phản ứng cộng

- Phản ứng trùng hợp

- Phản ứng oxi hóa

ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ HIĐROCACBON THƠM

Bài 1 (Trang 159 – SGK)

Ứng với công thức phân tử C₈H₁₀ có bao nhiêu đồng phân hiđrocacbon thơm?

A. 2 ; B. 3

C. 4 ; D. 5

Hãy chọn đáp án đúng

Lời giải

- Đáp án C

- 4 đồng phân hiđrocacbon thơm của C₈H₁₀ là:

Bài 2 (Trang 159 – SGk)

Toluen và benzen cùng phản ứng được với chất nào sau đây: (1) dung dịch brom trong CCl₄; (2) dung dịch kali pemanganat; (3) hiđro có xúc tác Ni, đun nóng; (4)Br₂ có bột Fe, đun nóng? Viết phương trình hoá học của các phương trình xảy ra.

Lời giải

Bài 3 (Trang 159 – SGK)

Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong mỗi trường hợp sau:

a. Toluen tác dụng với hiđro có xúc tác Ni, áp suất cao, đun nóng.

b. Đun nóng benzen với hỗn hợp HNO₃ đặc và H₂SO₄ đặc.

Lời giải

Bài 4 (Trang 159 – SGK)

Trình bày phương pháp hoá học phân biệt các chất: benzen, hex-1-en và toluen. Viết phương trình hoá học của các phản ứng đã dùng

Lời giải

- Cho các chất lần lượt tác dụng với dung dịch Br₂, chất nào làm nhạt màu dung dịch Br₂ thì đó là hex-1-en.

- Cho 2 chất còn lại qua dung dịch KMnO₄, chất nào làm mất màu dung dịch KMnO₄ thì đó là toluen.

Bài 5 (Trang 160 – SGK)

Hiđrocacbon X là chất lỏng có tỉ khối hơi so với không khí bằng 3,17. Đốt cháy hoàn toàn thu được CO₂ có khối lượng bằng 4,28 lần khối lượng của nước. Ở nhiệt độ thường, X không làm mất màu dung dịch brom; khi đun nóng, X làm mất màu KMnO₄.

a. Tìm công thức phân tử và viết công thức cấu tạo của X?

b. Viết phương trình hoá học của phản ứng giữa X với H₂ (xúc tác Ni, đun nóng), với brom (có mặt bột Fe), với hỗn hợp dư của axit HNO₃ và axit H₂SO₄ đậm đặc.

Lời giải

M_X = 3,17. 29 = 92 ⇒ 12x + y = 92 (1)

Gọi CTPT của X là C_xH_y:

C_xH_y + (x + y/4)O₂ → xCO₂ + (y/2)H₂O

m_CO2 = 4,28m_H2O ↔ 44x = 4,28. 18. (y/2) ⇒ y = 1,14x (2)

Từ (1) và (2) ⇒ x = 7, y = 8. CTPT của X là C₇H₈

Từ đề bài ⇒ CTCT của X là:

Bài 6 ( Trang 160 – SGK)

Đánh dấu (+) vào ô cặp chất phản ứng với nhau theo mẫu sau:

Lời giải

Bài 7 (Trang 160 – SGk)

Cho benzen tác dụng với lượng dư HNO₃ đặc có xúc tác H₂SO₄ đặc để điều chế nitrobenzen. Tính khối lượng nitrobenzen thu được khi dùng 1,00 tấn benzen với hiệu suất 78,0%.

Lời giải

Phương trình phản ứng:

C₆H₆ + HNO₃ -^H₂SO₄→ C₆H₅NO₂ + H₂O

Theo pt: 78(g) 123(g)

Theo đb: 106. 78%(g) x(g)

Do H = 78% nên lượng nitro benzen thu được là:

\[\Rightarrow x=\frac{{{10}^{6}}.78{\scriptstyle{}^{0}/{}_{0}}.123}{78}=1,{{26.10}^{6}}\,(g)\,=1,23\] (tấn)

Bài 8 ( Trang 160 – SGk)

So sánh tính chất hoá học của etylbenzen với stiren, viết phương trình hoá học của phản ứng để minh hoạ.

Lời giải

a. Giống nhau: đều phản ứng thế

b. Khác nhau:

Etylbenzen có tính chất giống ankan

Stiren có tính chất giống anken

Bài 9 (Trang 160 – SGK)

Dùng công thức cấu tạo viết phương trình hoá học của stiren với:

a. H₂O( xúc tác H₂SO₄)

b. HBr

c. H₂ (theo tỉ lệ mol 1:1, xúc tác Ni)

Lời giải

Bài 10 (Trang 160 – SGk)

Trình bày phương pháp hoá học phân biệt 3 chất lỏng sau: toluen, benzen, stiren. Viết phương trình hoá học của các phản ứng hoá học đã dùng.

Lời giải

- Cho 3 chất lỏng tác dụng với dung dịch KMnO₄ ở nhiệt độ thường, chất nào làm mất màu dung dịch KMnO₄ ở nhiệt độ thường là stiren.

- Với 2 hỗn hợp phản ứng còn lại ta đem đun nóng, chất nào làm mất màu dung dịch KMnO₄ (nóng) thì là toluen, còn lại là benzen.

Bài 11 (Trang 160 – SGK)

Khi tách hiđro của 66,25 kg etylbenzen thu được 52,00 kg stiren. Tiến hành phản ứng trùng hợp toàn bộ lượng stiren này thu được hỗn hợp A gồm polistiren và phần stiren chưa tham gia phản ứng. Biết 5,20 gam A vừa đủ làm mất màu của 60,00 ml dung dịch brom 0,15M.

a. Tính hiệu suất của phản ứng tách hiđro của etylbenzen.

b. Tính khối lượng stiren đã trùng hợp.

c. Polistren có phân tử khối trung bình bằng 3,12.10⁵. Tính hệ số trùng hợp trung bình của polime.

Lời giải

Theo định luật bảo toàn khối lượng: \[{{m}_{A}}={{m}_{stiren}}=52,00\,(kg)\,={{52.10}^{3}}\,(g)\]

Theo đề bài: 5,2 g A tác dụng vừa đủ với 0,009 mol Br₂

\[\Rightarrow \]\[{{52.10}^{3}}\]g A tác dụng vừa đủ với 90 mol Br₂

Theo (3): \[{{n}_{_{stiren}}}={{n}_{B{{r}_{2}}}}=90\,(mol)\]

\[\Rightarrow {{m}_{stiren}}=90.104=9360\,(g)=9,36\,(kg)\]

Khối lượng stiren đã tham gia trùng hợp là : \[{{m}_{A}}-{{m}_{stiren}}=52-9,36=42,64\,(kg)\]

c. Hệ số trùng hợp là : \[n=\frac{312000}{104}=3000\]

Bài 12 (Trang 161– SGK)

Trình bày cách đơn giản để thu được naphtalen tinh khiết từ hỗn hợp naphtalen có lẫn tạp chất không tan trong nước và không bay hơi.

Lời giải

Úp miệng phễu có gắn giấy đục lỗ trên hỗn hợp naphtalen và tạp chất, đun nóng (lắp dụng cụ như hình 7.3/Sách giáo khoa trang 157), naphtalen thăng hoa tạo các tinh thể hình kim bám trên mặt giấy, ta thu được naphtalen tinh khiết.

Bài 13 (Trang 161 – SGK)

Từ etilen và benzen, tổng hợp được stiren theo sơ đồ: