Giải bài tập SGK Hóa 11 Nâng cao Bài 46: Benzen và ankylbenzen

Hãy điền chữ Đ (đúng) hoặc S (sai) vào các dấu [...] ở mỗi câu sau:

a) Benzene là một hidrocacbon không no.     [...]

b) Benzene là một hidrocacbon thơm.       [...]

c) Ở benzene, 3 liên kết đôi ngắn hơn 3 liên kết đơn.       [...]

d) Ở bên, 6 liên kết cacbon – cacbon đều như nhau.       [...]

e) Ở benzene, 6 C tạo thành một lục giác đều.       [...]

g) Ở xiclohexan, 6C tạo thành một lục giác đều.       [...]

Phương pháp giải

Nắm vững khái niệm, công thức cấu tạo và đặc điểm của benzen để phân tích từ nhận định từ đó rút ra kết luận

Hướng dẫn giải

a) Sai

b) Đúng

c) Sai

d) Đúng

e) Đúng

g) Sai

Hãy cho biết vì sao người ta biểu diễn công thức cấu tạo của bezen bằng một hình lục giác đều với một vòng tròn ở trong.

Phương pháp giải

Phân tử benzen gồm 6 nguyên tử H và 6 nguyên tử C nằm trong cùng một mặt phẳng trong đó 6 nguyên tử C tạo thành hình lục giác đều, mỗi nguyên tử C lại liên kết với một nguyên tử H nữa. Độ dài các liên kết C-C bằng nhau, độ dài các liên kết C-H cũng như nhau.

Hướng dẫn giải

Người ta biểu diễn công thức cấu tạo của benzene bằng một hình lục giác đều với một vòng tròn ở trong vì:

- Sáu nguyên tử C trong phân tử benzene ở trạng thái lai hóa sp².

- Cả sáu nguyên tử C và sáu nguyên tử H của phân tử benzene cùng nằm trên một mặt phẳng.

- Các liên kết C-C có độ dài bằng nhau.

- Các góc hóa trị bằng 120^o.

3. Giải bài 3 trang 191 SGK Hóa 11 nâng cao

Những hợp chất nào dưới đây có thể và không thể chứa vòng benzene, vì sao?

a) C₈H₆Cl₂

b) C₁₀H₁₆

c) C₉H₁₄ BrCl

d) C₁₀ H₁₂(NO₂)₂

Phương pháp giải

Để hình thành một vòng benzene phải cần 4 liên kết π: Một liên kết π dùng để làm vòng (một vòng tương ứng với một liên kết π) và 3 liên kết π còn lại nằm trong vòng. Như vậy một hợp chất chứa vòng benzene sẽ có số liên kết π tối thiểu là 4.

Hướng dẫn giải

Hợp chất chứa vòng benzene là C₈H₆Cl₂ và C₁₀H₁₂(NO₂)₂.

Độ bất bão hòa:

C₈H₆Cl₂ có k = \((\pi  + v) = \frac{1}{2}(2.8 + 2 - 8) = 5\)

C10H12(NO2)2 có k = \((\pi  + v) = \frac{1}{2}(2.10 + 2 - 14) = 4\)

Hợp chất không chứa vòng benzene là C₁₀H₁₆ và C₉H₁₄BrCl

Độ bất bão hòa:

C₁₀H1₆ có k = \((\pi  + v) = \frac{1}{2}(2.10 + 2 - 16) = 3 < 4\)

C₉H₁₄BrCl có \(k = (\pi  + v) = \frac{1}{2}(2.9 + 2 - 16) = 2 < 4\)

a) Hãy viết công thức phân tử các đồng đẳng của benzene chứa 8 và 9 nguyên tử C.

b) Viết công thức cấu tạo và gọi tên các đồng phân ứng với các công thức tìm được ở câu a).

Phương pháp giải

Công thức chung của dãy đồng đẳng benzene là C_nH_2n-6 (n ≥ 6)

Vì các liên kết C-C trong nhân benzen đồng nhất nên benzen chỉ có 3 đồng phân vị trí:

+ Nếu 2 nhóm thế ở 2 C lân cận ta có đồng phân ortho (viết tắt o-) hoặc đánh số 1,2.

+ Nếu 2 nhóm thế cách nhau 1 nguyên tử cacbon (1 đỉnh tam giác) gọi là đồng phân meta (viết tắt m-) hoặc 1,3.

+ Nếu 2 nhóm thế ở 2 nguyên tử cacbon đối đỉnh gọi là đồng phân para (viết tắt p-) hoặc 1,4.

Hướng dẫn giải

Câu a: Công thức chung của dãy đồng đẳng benzene là C_nH_2n-6 (n ≥ 6)

Công thức phân tử các đồng đẳng của benzene cần tìm là C₈H₁₀ và C₉H₁₂

Câu b: Công thức cấu tạo của C₈H₁₀:

C₆H₅CH₂CH₃, C₆H₄(CH₃)₂ (o-xilen, m-xilen, p-xilen)

Công thức cấu tạo của C₉H₁₂:

Viết công thức cấu tạo của các hợp chất sau:

a) etyl benzene

b) 4-cloetyl benzene

c) 1,3,5-trimetyl benzene

d) o- clotoluen

e) m-clotoluen

g) p-clotoluen.

Phương pháp giải

Cần nắm được kĩ năng viết công thức cấu tạo của chất dựa theo tên gọi (trong công thức phải luôn chứa vòng benzen)

Hướng dẫn giải

a) C₆H₅CH₂-CH₃

b) C₆H₄ClC₂H₅

c) C₆H₃(CH₃)₃

d) C₆H₄ClCH₃

e) C₆H₄ClCH₃

g) C₆H₄ClCH₃

Hãy nêu và giải thích hiện tượng xảy ra trong các thí nghiệm sau:

a) Cho benzene vào ống nghiệm chứa nước brom, lắc kĩ rồi để yên

b) Cho brom lỏng vào ống nghiệm chứa benzene, lắc rồi để yên.

c) Cho thêm bột sắt vào ống nghiệm ở thí nghiệm câu b) rồi đun nhẹ.

Phương pháp giải

- Benzen không tác dụng với nước brom.

- Benzen tham gia phản ứng thế với brom, xúc tác Fe, nhiệt độ

- Lưu ý: brom lỏng là brom nguyên chất là dung môi không phân cực tan tốt trong benzen nên tạo dung dịch đồng nhất.

Hướng dẫn giải

Câu a: Benzene không tác dụng với nước brom.

Vì vậy khi cho benzene vào ống nghiệm chứa nước brom, lắc kĩ rồi để yên. Chất lỏng trong ống nghiệm sẽ tách thành hai lớp: Lớp chất lỏng trên là dung dịch brom trong benzene có màu vàng (phần này do enzen tan trong brom tạo nên), lớp dưới là nước trong suốt.

Câu b: Khi cho brom lỏng vào ống nghiệm chứa benzene, lắc rồi để yên thì tạo thành dung dịch, màu brom sẽ nhạt đi do benzene tan trong brom lỏng.

Câu c: Cho thêm bột sắt vào ống nghiệm ở thí nghiệm b) rồi đun nhẹ thì hiện tượng quan sát được là: có khí thoát ra, màu brom nhạt dần. Do cấu tạo đặc biệt của benzen nên benzen chỉ tác dụng Br₂ khan khi có xúc tác bột sắt. Khí thoát ra là HBr.

C₆H₆ + Br₂ → C₆H₅Br + HBr (Fe, tº)

Dùng công thức cấu tạo viết phương trình hóa học và gọi tên sản phẩm ở các phản ứng sau:

a) toluene + Cl₂, có bột sắt

b) Toluen + Cl₂, có chiếu sáng

c) Etylbenzen +HNO₃, có mặt axit sunfuric đặc.

d) Etylbenzen +H₂, có xúc tác Ni, đun nóng.

Phương pháp giải

- Do ảnh hưởng của nhân thơm đối với mạch nhánh, nên khi chiếu sáng toluene tham ra phản ứng thế nguyên tử hidro ở nhóm CH₃.

- Quy tắc thế vào vòng benzen:

+  Nếu vòng benzen đã có sẵn nhóm thế loại I (-OH, ankyl, -NH₂, …) thì phản ứng thế xảy ra dễ hơn so với benzen và ưu tiên thế vào vị trí o- và p-.

+ Nếu vòng benzen đã có sẵn nhóm thế loại II (-COOH, -CHO, -CH=CH₂) thì phản ứng thế xảy ra khó hơn so với benzen và ưu tiên thế vào vị trí m-.

Hướng dẫn giải

Về nguyên tắc đề bài phải báo tỉ lệ mol, ở đây đề không báo nên giả sử tỉ lệ mol ở đây giữa toluene và Cl₂ là 1: 1.

C₆H₅Cl + Cl₂ → C₆H₄ClCH₃ + HCl

C₆H₅CH₃ + Cl₂ → C₆H₅CH₂Cl + HCl

C₆H₅C₂H₅  + HNO₃ → C₆H₄NH₂C₂H₅ + HCl

C₆H₅C₂H₅ + 3H₂ → C₆H₁₁C₂H₅

Hãy phân biệt 3 lọ hóa chất không nhãn chứa benzene, xiclohexan và xiclohexen.

Phương pháp giải

- Cho vào mỗi ống nghiệm 1 lượng dung dịch brom trong CCl₄

- Tiếp tục cho vào 2 ống nghiệm còn lại 1 lượng HNO₃/H₂SO_{4 đặc}

Hướng dẫn giải

Lấy vào mỗi ống nghiệm đã đánh số thứ tự tương ứng 1 lượng chất đã cho.

- Cho vào mỗi ống nghiệm 1 lượng dung dịch brom trong CCl₄.

Ống nghiệm nào làm nhạt màu dung dịch brom là xilcohexen

- Tiếp tục cho vào 2 ống nghiệm còn lại 1 lượng HNO₃/H₂SO_{4 đặc}.

Ống nghiệm nào tạo chất lỏng màu vàng là benzen

Mẫu còn lại là xiclohexan.

Hidrocacbon C₈H₁₀ không làm mất màu nước brom, khi bị hidro hóa thì chuyển thành 1,4-đimetyl xiclohexan. Hãy xác định cấu tạo và gọi tên hidrocacbon đó theo 3 cách khác nhau.

Phương pháp giải

Gọi tên theo 3 cách 1,4-đimetyl benzene hoặc p-metyltoluen hoặc p-xilen

Hướng dẫn giải

C₈H₁₀ có k = 1/2 . (2.8+2-10)=4.

C₈H₁₀ không làm mất màu dung dịch brom.

⇒ C₈H₁₀ là hợp chất thơm, ngoài vòng benzene không có liên kết C = C.

C₈H₁₀ bị hidro hóa tạo ra 1,4-đimetyl xiclohexan.

Vậy công thức cấu tạo của C₈H₁₀ là CH₃-C₆H₄-CH₃

(1,4-đimetyl benzene hoặc p-metyltoluen hoặc p-xilen).

Một học sinh lấy 100 ml benzene (D=0,879g|ml,20^oC), brom lỏng (D = 3,1 g|ml,ở 20^oC) và bột sắt để điều chế brombenzen.

a) Hãy vẽ dụng cụ đề thực hiện thí nghiệm đó (xem hình 7.3 và hình 8.1)

b) Tính thể tích brom cần dùng

c) Để hấp thụ khí sinh ra cần dùng dung dịch chứa tối thiểu bao nhiêu gam NaOH

d) Hãy đề nghị phương pháp tách lấy brombenzen từ hỗn hợp sau phản ứng, biết rằng nó là chất lỏng, sôi ở 156^oC, D= 1,495 g/ml ở 20^oC, tan trong benzene, không tan trong nước, không phản ứng với dung dịch kiềm.

e) Sau khi tinh chế, thu được 80 ml brombenzen (ở 20^oC). Hãy tính hiệu suất phản ứng brom hóa benzene.

Phương pháp giải

- Viết phương trình hóa học của phản ứng

- Tính toán theo phương trình

Hướng dẫn giải

Câu a:

Câu b: mC₆H₆ = 0,879 . 1000 = 87,9 g ⇒ nC₆H₆ = 1,13 mol

C₆H₆ + Br₂ → C₆H₅Br + HBr (1)

Từ (1) ⇒ n_Br2 = 1,13 mol

⇒ V_Br2 = 1,13.160/3,1 = 58,32(ml)

Câu c: Từ (1) ⇒ n_HBr = n_C6H₆ = 1,13 mol

HBr + NaOH → NaBr + H₂O (2)

1,13 mol

Từ (2) ⇒ n_NaOH = 1,13 mol ⇒ m_NaOH = 1,13 . 40 = 45,2 g

Câu d: Cho hỗn hợp sau phản ứng gồm C₆H₅Br, HBr, C₆H₆ dư và Br₂ dư tác dụng với dung dịch NaOH loãng. HBr và Br₂ tác dụng với NaOH, chiết thu được hỗn hợp gồm C₆H₅Br và C₆H₆ dư.

Chưng cất khoảng 80^oC, C₆H₆ bay hơi thu được C₆H₅Br (C₆H₅Br có nhiệt độ sôi 156^oC).

Câu e: Số mol C₆H₆ ban đầu là 1,13 mol

Khối lượng C₆H₅Br thực tế thu được.

mC₆H₅Br = V. D = 80 . 1,495 = 119,6 g ⇒ nC₆H₅Br = 0,76 mol

Từ (1) ⇒ Số mol C₆H₆ đã phản ứng là 0,76 mol

Hiệu suất phản ứng brom hóa benzene:

\(H\%  = \frac{{0,76}}{{1,13}}.100\%  = 67,26\% \)