Trong chương trình hóa học 10, chủ đề bảo toàn liên kết pi trong phản ứng cộng là phần kiến thức quan trọng giúp học sinh giải được nhiều bài toán khó. Vậy cụ thể bảo toàn liên kết pi là gì? Cách xác định số liên kết pi như nào? Các dạng bài tập bảo toàn liên kết pi thường gặp?… Hãy cùng DINHNGHIA.COM.VN tìm hiểu qua bài viết về liên kết pi dưới đây nhé!.
Nội dung chính bài viết
Lý thuyết về bảo toàn liên kết pi
Bảo toàn liên kết pi là gì?
- Tính chất cơ bản của hiđrocacbon không no là tham gia phản cộng nhằm phá vỡ liên kết pi.
- Bảo toàn liên kết pi có thể hiểu đơn giản là việc bù lại phần (H_{2}) mất đi bằng (H_{2}) hoặc (Br_{2}) để ta có được hợp chất no (ankan).
Bản chất của bảo toàn liên kết pi
- Khi ankan bị mất (H_{2}) nó sẽ biến thành các hợp chất không no và cứ mất đi một phân tử (H_{2}) thì hợp chất mới sẽ có liên kết pi là 1 (k =1).
Ví dụ:
- Ankan mất đi 1 phân tử (H_{2}) biến thành anken có k = 1
- Ankan mất đi 2 phân tử (H_{2}) biến thành ankin, ankadien,… có k = 2.
Dấu hiệu nhận biết bảo toàn liên kết pi
Dấu hiệu nhận biết bài toán sử dụng phương pháp bảo toàn liên kết pi như sau:
Bài toán hiđrocacbon không no cộng (H_{2}) sau đó cộng dung dịch (Br_{2})
(Xleft{begin{matrix} H-C, khong, no H_{2} end{matrix}right. overset{t^{circ}, xt}{rightarrow} Yleft{begin{matrix} H-C, no H-C, khong, no H_{2} end{matrix}right. overset{dd, Br_{2}}{rightarrow} hh Z)
(rightarrow) Tính lượng (Br_{2}) đã phản ứng.
Cách xác định số liên kết pi
- Số liên kết pi của hợp chất hữu cơ mạch hở A, công thức (C_{x}H_{y}) hoặc (C_{x}H_{y}O_{z}) dựa vào mối liên quan giữa số mol (CO_{2}, H_{2}O) thu được khi đốt cháy A được tính theo công thức sau:
- A là (C_{x}H_{y}) hoặc (C_{x}H_{y}O_{z}) mạch hở, cháy cho (n_{CO_{2}} – n_{H_{2}O} = k.n_{A}) thì A có số liên kết pi là: (pi = k + 1)
***Lưu ý: Hợp chất (C_{x}H_{y}O_{z}N_{t}Cl_{u}) có số liên kết (pi_{Max} = frac{2x – y – u + t + 2}{2})
Phương pháp bảo toàn số mol liên kết pi
Cơ sở lý thuyết của phương pháp
Liên kết pi là liên kết kém bền vững, vì thế mà chúng dễ bị đứt ra để tạo thành liên kết (sigma) với các nguyên tử khác. Khi có chất xúc tác như Ni, Pt hoặc Pd ở nhiệt độ thích hợp hiđrocacbon không no cộng hiđro vào liên kết pi.
Ta có sơ đồ sau:
- Phương trình hóa học của phản ứng tổng quát
(C_{n}H_{2n+2-2k} + kH_{2} overset{xt, t^{circ}}{rightarrow} C_{n}H_{2n+2}) (1) (k là số liên kết pi trong phân tử)
Tùy vào hiệu suất của phản ứng mà hỗn hợp Y có hiđrocacbon không no dư hoặc cả hai còn dư.
- Dựa vào phản ứng tổng quát (1) ta thấy,
Trong phản ứng cộng (H_{2}), số mol khí sau phản ứng luôn giảm ((n_{Y} < n_{X})) và chính bằng số mol (H_{2}) phản ứng
(n_{H_{2}} = n_{X} – n_{Y}) (2)
Mặt khác, theo quy định luật bảo toàn khối lượng thì khối lượng X bằng khối lượng hỗn hợp Y.
Ta có:
(bar{M_{Y}} = frac{m_{Y}}{n_{Y}}); (bar{M_{X}} = frac{m_{X}}{n_{X}})
(d_{X/Y} = frac{bar{M_{X}}}{M_{Y}} = frac{frac{m_{X}}{n_{X}}}{frac{m_{Y}}{n_{Y}}} = frac{m_{X}}{n_{X}}.frac{n_{Y}}{m_{Y}} = frac{n_{Y}}{n_{X}} > 1) ( do (n_{X} > n_{Y}))
Viết gọn lại ta có: (d_{X/Y} = frac{bar{M_{X}}}{M_{Y}} = frac{n_{Y}}{n_{X}}) (3)
- Hai hỗn hợp X và Y chứa cùng số mol C và H nên:
- Khi đốt cháy hỗn hợp X hay hỗn hợp Y đều cho ta các kết quả sau:
Do đó thay vì tính toán trên hỗn hợp Y (thường phức tạp hơn trên hỗn hợp X) ta có thể có dùng phản ứng đốt cháy hỗn hợp X để tính số mol các chất như: (n_{O_{2, pu}}, n_{CO_{2}}, N_{H_{2}O})
- Số mol hiđrocacbon trong X sẽ bằng với số mol hiđrocacbon trong Y
(n_{hidrocacbon, X} = n_{hidrocacbon, Y}) (5)
Trường hợp hiđrocacbon trong X là anken
Ta có sơ đồ sau:
Phương trình hóa học của phản ứng:
(C_{n}H_{2n} + H_{2} overset{xt, t^{circ}}{rightarrow} C_{n}H_{2n+2})
Đặt (n_{C_{n}H_{2n}} = a; , n_{H_{2}} = b)
Nếu phản ứng cộng (H_{2}) hoàn toàn thì:
- Trường hợp 1: Hết anken, dư (H_{2})
(left.begin{matrix} n_{H_{2, pu}} = n_{C_{n}H_{2n}} = n_{C_{n}H_{2n+2}} = a, mol n_{H_{2, du}} = b – a end{matrix}right} Rightarrow n_{Y} = n_{C_{n}H_{2n+2}} + n_{H_{2, du}} = b)
Vậy (n_{H_{2(X)}} = n_{Y}) (6)
- Trường hợp 2: Hết (H_{2}), dư anken
(left.begin{matrix} n_{H_{2}} = n_{C_{n}H_{2n+2}} = b, mol n_{C_{n}H_{2n}, du} = a – b end{matrix}right} Rightarrow n_{Y} = n_{C_{n}H_{2n+2}} + n_{C_{n}H_{2n}, du} = a)
Vậy: (n_{anken, (X)} = n_{Y}) (7)
- Trường hợp 3: Cả hai đều hết
(n_{H_{2}} = n_{C_{n}H_{2n}} = n_{C_{n}H_{2n+2}} = a = b, (mol))
(Rightarrow n_{Y} = n_{C_{n}H_{2n+2}} = a = b)
Vậy: (n_{H_{2(X)}} = n_{anken, (X)} = n_{Y}) (8)
- Nếu như phản ứng cộng hidro không hoàn toàn thì sẽ còn lại cả hai.
Nhận xét:
Dù phản ứng xảy ra trong trường hợp nào thì ta luôn có:
(n_{H_{2}, pu} = n_{anken, pu} = n_{X} – n_{Y}) (9)
Trường hợp hiđrocacbon trong X là anken
Ankin cộng (H_{2}) thường tạo ra hai sản phẩm
(C_{n}H_{2n-2} + 2H_{2} overset{xt,t^{circ}}{rightarrow} C_{n}H_{2n+2})
(C_{n}H_{2n-2} + H_{2} overset{xt,t^{circ}}{rightarrow} C_{n}H_{2n})
Nếu phản ứng không hoàn toàn, hỗn hợp thu được gồm 4 chất: anken, ankan, ankin dư và hiđro dư.
Ta có sơ đồ:
Nhận xét:
(n_{H_{2}, pu} = n_{X} – n_{Y} neq n_{ankin, pu})
Bài tập bảo toàn liên kết pi
Bài 1: Cho (H_{2}) và 1 anken có thể tích bằng nhau qua niken nung nóng ta thu được hỗn hợp A . Biết tỉ khối hơi của A với (H_{2}) là 23,2. Hiệu suất phản ứng hiđro hóa là 75%. Tìm công thức phân tử của anken.
Cách giải
Trong cùng 1 điều kiện thì tỉ lệ thể tích cũng chính là tỉ lệ về số mol.
Theo giả thiết ta chọn: (n_{H_{2}} = n_{C_{n}H_{2n}} = 1, mol)
(C_{n}H_{2n} + H_{2} rightarrow C_{n}H{2n+2})
Theo phương trình, số mol khí giảm chính là số mol của (H_{2})
H% = 75% (rightarrow n_{H_{2}, pu}= 0,75, mol)
(rightarrow) Số mol khí sau phản ứng là:
(n_{khi, sau, pu} = n_{H_{2}, sau, pu} + n_{C_{n}H_{2n}, sau, pu} – n_{C_{n}H_{2n+2}} = 1 + 1 – 0,75 = 1,25, mol)
Áp dụng với định luật bảo toàn khối lượng ta có:
(m_{A} = m_{H_{2}} + m_{C_{n}H_{2n}} = 2 + 14n)
(rightarrow M_{A} = frac{m_{A}}{n_{A}} rightarrow 23.2,2 = frac{m_{A}}{1,25} rightarrow m_{A} = 58 rightarrow 2 + 14n = 58 rightarrow n = 4)
Vậy anken là (C_{4}H_{8})
Bài 2: Dẫn 1,68 lít hỗn hợp khí X gồm 2 hidrocacbon vào bình đựng dung dịch brom (dư). Sau khi pư xảy ra hoàn toàn , có 4 gam brom đã pư và còn lại 1,12 lít khí. Nếu đốt cháy hoàn toàn 1,68 lít X thì sinh ra 2,8 lít khí (CO_{2}). CTPT của 2 hidrocacbon là gì? (biết các khí đều đo ở điều kiện tiêu chuẩn)
Cách giải
(n_{X} = frac{1,68}{22,4} = 0,075, mol)
(n_{Br_{2}} = 0,025, mol)
Số mol khí còn lại là: (frac{1,12}{22,4} = 0,05, mol)
(rightarrow) số mol khí phản ứng với brom:
(n_{X} – n_{khi, con, lai}= 0,075 – 0,05 = 0,025, mol)
(rightarrow) số mol khí phản ứng với brom = (n_{Br_{2}} = 0,025, mol)
(rightarrow) Khí phản ứng với (Br_{2}) là anken
(rightarrow n_{anken} = 0,025, mol)
Khí còn lại là ankan, (n_{ankan} = 0,05, mol)
(n_{CO_{2}} = frac{2,8}{22,4} = 0,125, mol)
(rightarrow) Đốt cháy hoàn toàn 0,075mol X thì sinh ra 0,125 mol khí (CO_{2})
(rightarrow) Số C trung bình của X là: (frac{0,125}{0,075} = 1,67)
(rightarrow) Trong X phải chứa (CH_{4} rightarrow n_{CH_{4}} = 0,05, mol)
Bảo toàn nguyên tố C: 0,05.1 + 0,025.n = 0,125 (n là số nguyên tử C trong anken)
(rightarrow) n = 3 (rightarrow) anken đó là (C_{3}H_{6})
DINHNGHIA.COM.VN đã giúp bạn tổng hợp kiến thức về chuyên đề bảo toàn liên kết pi trong phản ứng cộng. Hy vọng thông tin trong bài viết có thể giúp ích cho bạn trong quá trình tìm hiểu chủ đề bảo toàn liên kết pi. Chúc bạn luôn học tốt!.
Xem chi tiết qua video của cô Phạm Thị Kim Ngân từ SPBook:
