Lý thuyết trọng tâm

I. Khái niệm, đồng phân, danh pháp

1. Khái niệm và công thức chung của alkene, alkyne

Hydrocarbon không no là những hydrocarbon trong phân tử có chứa liên kết đôi, liên kết ba (gọi chung là liên kết bội) hoặc đồng thời cả liên kết đôi và liên kết ba.

2. Đồng phân

a) Đồng phân cấu tạo

Alkene và alkyne có hai loại đồng phân cấu tạo:

• Đồng phân vị trí liên kết bội: từ $\text{C}_4$ trở lên
• Đồng phân mạch carbon: từ $\text{C}_4$ trở lên với alkene và từ $\text{C}_5$ trở lên với alkyne

Ví dụ: Alkene $\text{C}_4\text{H}_8$ có 3 đồng phân cấu tạo:

$$\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \quad ; \quad \text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_3 \quad ; \quad \text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3$$

b) Đồng phân hình học

Trong phân tử alkene, nếu mỗi nguyên tử carbon của liên kết đôi liên kết với hai nguyên tử hoặc hai nhóm nguyên tử khác nhau thì sẽ có đồng phân hình học.

Điều kiện để có đồng phân hình học:

$$\begin{matrix} a \\ b \end{matrix} \text{C}=\text{C} \begin{matrix} c \\ d \end{matrix} \quad \Rightarrow \quad a \neq b \text{ và } c \neq d$$

Ví dụ: Phân tử but-2-ene có hai đồng phân hình học:

• cis-but-2-ene: hai nhóm $\text{CH}_3$ nằm cùng phía
• trans-but-2-ene: hai nhóm $\text{CH}_3$ nằm khác phía

3. Danh pháp

Tên theo danh pháp thay thế của alkene và alkyne:

$$\text{Vị trí nhánh-Tên nhánh + Tên mạch chính-vị trí liên kết bội-ene (hoặc yne)}$$

Quy tắc gọi tên:

Bảng tên gọi một số alkene, alkyne:

II. Đặc điểm cấu tạo của ethylene và acetylene

1. Ethylene ($\text{C}_2\text{H}_4$)

• Phân tử có 2 nguyên tử carbon và 4 nguyên tử hydrogen đều nằm trên một mặt phẳng
• Liên kết đôi C=C gồm một liên kết σ và một liên kết π
• Góc liên kết HCH ≈ 121,3°
• Độ dài liên kết C=C: 133,9 pm

2. Acetylene ($\text{C}_2\text{H}_2$)

• Phân tử có 2 nguyên tử carbon và 2 nguyên tử hydrogen nằm trên một đường thẳng
• Góc liên kết CCH là 180°
• Liên kết ba C≡C gồm một liên kết σ và hai liên kết π
• Độ dài liên kết C≡C: 120,3 pm

III. Tính chất vật lí

Bảng tính chất vật lí của một số alkene, alkyne:

IV. Tính chất hóa học của alkene, alkyne

Các liên kết π ở liên kết đôi (alkene) và liên kết ba (alkyne) kém bền vững, dễ bị đứt ra để tạo thành các liên kết mới. Vì vậy, các liên kết bội là trung tâm gây ra các phản ứng đặc trưng của hydrocarbon không no: phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp, phản ứng oxi hoá.

1. Phản ứng cộng

a) Phản ứng cộng hydrogen

Hydrogen hoá alkene thu được alkane tương ứng. Phản ứng thường được thực hiện dưới áp suất cao, nhiệt độ cao và có mặt xúc tác kim loại (Ni, Pt, Pd).

$$\text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{Ni}, t^\circ, p} \text{CH}_3-\text{CH}_3$$

$$\text{CH}≡\text{CH} + 2\text{H}_2 \xrightarrow{\text{Ni}, t^\circ, p} \text{CH}_3-\text{CH}_3$$

b) Phản ứng cộng halogen

Khi cho alkene hoặc alkyne phản ứng với dung dịch bromine, dung dịch sẽ bị mất màu.

$$\text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{Br}_2 \longrightarrow \text{BrCH}_2-\text{CH}_2\text{Br}$$

$$\text{CH}≡\text{CH} + 2\text{Br}_2 \longrightarrow \text{Br}_2\text{CH}-\text{CHBr}_2$$

c) Phản ứng cộng hydrogen halide

$$\text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{HBr} \longrightarrow \text{CH}_3-\text{CH}_2\text{Br}$$

$$\text{CH}≡\text{CH} + \text{HBr} \longrightarrow \text{CH}_2=\text{CHBr}$$

$$\text{CH}≡\text{CH} + 2\text{HBr} \longrightarrow \text{CH}_3-\text{CHBr}_2$$

d) Phản ứng cộng nước (hydrate hoá)

Phản ứng cộng nước vào alkene tạo ra alcohol:

$$\text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}_3\text{PO}_4, t^\circ} \text{CH}_3-\text{CH}_2\text{OH}$$

Phản ứng cộng nước vào alkyne tạo ra aldehyde hoặc ketone:

$$\text{HC}≡\text{CH} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{Hg}^{2+}, \text{H}_2\text{SO}_4, t^\circ} \text{CH}_3-\text{CH}=\text{O}$$

$$\text{CH}_3\text{C}≡\text{CH} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{Hg}^{2+}, \text{H}_2\text{SO}_4, t^\circ} \text{CH}_3-\text{CO}-\text{CH}_3$$

e) Quy tắc Markovnikov

Phản ứng cộng một tác nhân không đối xứng HX (như HBr, HCl, HI, HOH,…) vào liên kết bội: nguyên tử hydrogen sẽ ưu tiên cộng vào nguyên tử carbon có nhiều hydrogen hơn và X sẽ cộng vào nguyên tử carbon có ít hydrogen hơn.

Ví dụ:

$$\text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}_2 + \text{HBr} \longrightarrow \text{CH}_3-\text{CHBr}-\text{CH}_3 \text{ (sản phẩm chính)}$$

2. Phản ứng trùng hợp của alkene

Phản ứng trùng hợp alkene là quá trình cộng hợp liên tiếp nhiều phân tử alkene giống nhau (gọi là monomer) tạo thành phân tử có phân tử khối lớn (gọi là polymer).

$$n\text{CH}_2=\text{CH}_2 \xrightarrow{t^\circ, p, \text{xúc tác}} (-\text{CH}_2-\text{CH}_2-)_n \text{ (polyethylene – PE)}$$

$$n\text{CH}_2=\text{CH}(-\text{CH}_3) \xrightarrow{t^\circ, p, \text{xúc tác}} (-\text{CH}_2-\text{CH}(\text{CH}_3)-)_n \text{ (polypropylene – PP)}$$

Trong đó n được gọi là hệ số trùng hợp.

3. Phản ứng của alk-1-yne với $\text{AgNO}_3$ trong $\text{NH}_3$

$$\text{HC}≡\text{CH} + 2\text{AgNO}_3 + 2\text{NH}_3 \longrightarrow \text{Ag}-\text{C}≡\text{C}-\text{Ag} \downarrow + 2\text{NH}_4\text{NO}_3$$

Kết tủa có màu vàng nhạt.

Phản ứng này thường được dùng để nhận biết các alkyne có liên kết ba ở đầu mạch (alk-1-yne).

4. Phản ứng oxi hoá

a) Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn

Các alkene và alkyne có khả năng làm mất màu dung dịch thuốc tím ($\text{KMnO}_4$).

$$3\text{CH}_2=\text{CH}_2 + 2\text{KMnO}_4 + 4\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 3\text{HO}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH} + 2\text{MnO}_2 \downarrow + 2\text{KOH}$$

Sản phẩm ethylene glycol ($\text{HO}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH}$).

b) Phản ứng cháy

$$\text{C}_n\text{H}_{2n} + \frac{3n}{2}\text{O}_2 \xrightarrow{t^\circ} n\text{CO}_2 + n\text{H}_2\text{O}$$

$$\text{C}_n\text{H}_{2n-2} + \frac{3n-1}{2}\text{O}_2 \xrightarrow{t^\circ} n\text{CO}_2 + (n-1)\text{H}_2\text{O}$$

Acetylene cháy trong oxygen tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ cao, có thể lên tới trên 3000°C.

V. Điều chế

1. Alkene

Trong phòng thí nghiệm: Điều chế từ phản ứng dehydrate ethanol:

$$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4 \text{ đặc}, 170^\circ\text{C}} \text{C}_2\text{H}_4 + \text{H}_2\text{O}$$

Trong công nghiệp: Alkene từ $\text{C}_2$ đến $\text{C}_4$ được điều chế từ quá trình cracking alkane trong các nhà máy lọc dầu.

2. Alkyne

Từ calcium carbide:

$$\text{CaC}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{C}_2\text{H}_2 + \text{Ca(OH)}_2$$

Nhiệt phân methane:

$$2\text{CH}_4 \xrightarrow{1500^\circ\text{C}} \text{C}_2\text{H}_2 + 3\text{H}_2$$

VI. Ứng dụng

Phương pháp giải các dạng bài tập

Các công thức nền dùng xuyên suốt:

$$\text{Alkene: } \text{C}_n\text{H}_{2n}\ (n \ge 2), \quad M = 14n \qquad\qquad \text{Alkyne: } \text{C}_n\text{H}_{2n-2}\ (n \ge 2), \quad M = 14n – 2$$

$$\text{C}_n\text{H}_{2n} + \frac{3n}{2}\text{O}_2 \xrightarrow{t^\circ} n\text{CO}_2 + n\text{H}_2\text{O} \qquad \text{C}_n\text{H}_{2n-2} + \frac{3n-1}{2}\text{O}_2 \xrightarrow{t^\circ} n\text{CO}_2 + (n-1)\text{H}_2\text{O}$$

Đơn vị thể tích khí theo chương trình mới: ở điều kiện chuẩn (đkc: $25^\circ\text{C}$, 1 bar) thì $1$ mol khí chiếm $24{,}79$ lít. Đề cũ dùng $22{,}4$ L/mol ở đktc, cần đọc kĩ đề.

Dạng 1: Viết đồng phân, gọi tên và đếm đồng phân hình học

Phương pháp giải

Bước 1. Nhận dạng. Đối chiếu công thức phân tử với công thức chung: $\text{C}_n\text{H}_{2n}$ là alkene, $\text{C}_n\text{H}_{2n-2}$ là alkyne.

Bước 2. Viết đồng phân vị trí liên kết bội. Giữ nguyên mạch carbon dài nhất, di chuyển liên kết bội lần lượt từ đầu mạch vào trong. Dùng tính đối xứng để loại vị trí trùng.

Bước 3. Viết đồng phân mạch carbon. Rút mạch chính ngắn đi 1 C, đem C đó làm nhánh, rồi lại di chuyển liên kết bội trên mạch mới.

Điều kiện có nhánh: alkene có đồng phân mạch carbon từ $\text{C}_4$ trở lên; alkyne từ $\text{C}_5$ trở lên. Với alkyne, nhánh không được gắn vào hai nguyên tử carbon của liên kết ba, vì hai carbon đó đã dùng hết hoá trị.

Bước 4. Gọi tên theo danh pháp thay thế.

Lưu ý ưu tiên: với hydrocarbon không no, vị trí liên kết bội được ưu tiên đánh số nhỏ trước, sau đó mới xét đến nhánh. Đây là điểm khác với alkane, học sinh rất hay nhầm.

Bước 5. Xét đồng phân hình học cho từng đồng phân cấu tạo có liên kết đôi. Viết dạng tổng quát và kiểm tra hai điều kiện:

$$\overset{a}{\underset{b}{\text{C}}} = \overset{c}{\underset{d}{\text{C}}} \qquad \text{có đồng phân hình học khi } a \neq b \ \text{và}\ c \neq d$$

• Dấu hiệu loại nhanh: thấy nhóm $\text{CH}_2=$ ở đầu mạch thì carbon đó mang 2 nguyên tử H giống nhau, chắc chắn không có.
• Alkyne không bao giờ có đồng phân hình học.

Số đồng phân cấu tạo cần thuộc:

Bài tập mẫu 1

Đề bài: Viết công thức cấu tạo và gọi tên các alkene có công thức phân tử $\text{C}_5\text{H}_{10}$. Trong số đó, chất nào có đồng phân hình học? Tính tổng số đồng phân của $\text{C}_5\text{H}_{10}$ mạch hở.

Lời giải

Bước 2. Mạch chính 5 C, di chuyển liên kết đôi:

$$\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \quad \text{pent-1-ene}$$ $$\text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \quad \text{pent-2-ene}$$

Liên kết đôi ở vị trí C3–C4 hay C4–C5 chỉ là hai công thức trên nhìn từ chiều ngược lại nên không tính thêm.

Bước 3. Mạch chính 4 C, một nhánh methyl:

$$\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3 \quad \text{3-methylbut-1-ene}$$ $$\text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \quad \text{2-methylbut-1-ene}$$ $$\text{CH}_3-\text{C}(\text{CH}_3)=\text{CH}-\text{CH}_3 \quad \text{2-methylbut-2-ene}$$

Vậy có 5 đồng phân cấu tạo.

Bước 5. Xét đồng phân hình học:

Chỉ pent-2-ene có đồng phân hình học, cho 2 chất là cis-pent-2-ene và trans-pent-2-ene.

Kết luận: $\text{C}_5\text{H}_{10}$ mạch hở có 5 đồng phân cấu tạo; tính cả đồng phân hình học thì có $4 + 2 = \mathbf{6}$ đồng phân.

Bài tập mẫu 2

Đề bài: Viết công thức cấu tạo và gọi tên các alkyne có công thức phân tử $\text{C}_5\text{H}_8$.

Lời giải

Mạch chính 5 C:

$$\text{HC}\equiv\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \quad \text{pent-1-yne}$$ $$\text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \quad \text{pent-2-yne}$$

Mạch chính 4 C, một nhánh methyl. Nhánh chỉ gắn được vào C3 (vì C1 và C2 thuộc liên kết ba, C4 là đầu mạch):

$$\text{HC}\equiv\text{C}-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3 \quad \text{3-methylbut-1-yne}$$

Kết luận: $\text{C}_5\text{H}_8$ có 3 đồng phân cấu tạo, không có đồng phân hình học.

Dạng 2: Xác định sản phẩm phản ứng cộng — quy tắc Markovnikov

Phương pháp giải

Trường hợp tác nhân đối xứng ($\text{H}_2$, $\text{Br}_2$, $\text{Cl}_2$): chỉ có một sản phẩm, hai nguyên tử giống nhau cộng vào hai carbon của liên kết bội.

• Alkene cộng 1 phân tử tác nhân; alkyne cộng tối đa 2 phân tử.

Trường hợp tác nhân không đối xứng ($\text{HCl}$, $\text{HBr}$, $\text{H}_2\text{O}$): áp dụng quy tắc Markovnikov.

Bước 1. Xác định hai nguyên tử carbon mang liên kết bội.

Bước 2. Đếm số nguyên tử H gắn trực tiếp vào mỗi carbon đó.

Bước 3. Áp dụng quy tắc:

Nguyên tử H của tác nhân cộng vào carbon có nhiều H hơn; nhóm X (hay $-\text{OH}$) cộng vào carbon có ít H hơn.

Bước 4. Ghi rõ đây là sản phẩm chính, vì phản ứng vẫn tạo một lượng nhỏ sản phẩm phụ theo hướng ngược lại.

Mẹo nhớ: “giàu càng thêm giàu” — carbon nào đang nhiều H thì được nhận thêm H.

Bài tập mẫu

Đề bài: Viết phương trình hoá học và gọi tên sản phẩm chính của các phản ứng sau:

a) Propene tác dụng với $\text{H}_2$, xúc tác Ni.

b) Propene tác dụng với $\text{H}_2\text{O}$, xúc tác $\text{H}_3\text{PO}_4$.

c) 2-Methylpropene tác dụng với $\text{H}_2\text{O}$, xúc tác $\text{H}_3\text{PO}_4$.

d) But-1-ene tác dụng với $\text{HCl}$.

Lời giải

Câu a. Tác nhân $\text{H}_2$ đối xứng nên chỉ có một sản phẩm, liên kết $\pi$ bị phá vỡ và mỗi carbon nhận thêm 1 H:

$$\text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}_2 + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{Ni},, t^\circ} \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \quad \text{(propane)}$$

Câu b. Tác nhân $\text{H}_2\text{O}$ không đối xứng. Xét hai carbon của liên kết đôi:

$$\text{CH}_3-\overset{2}{\text{C}}\text{H}=\overset{1}{\text{C}}\text{H}_2 \qquad \text{C}^{(1)}\text{ có 2 H}, \quad \text{C}^{(2)}\text{ có 1 H}$$

Theo Markovnikov, H cộng vào $\text{C}^{(1)}$, nhóm $-\text{OH}$ cộng vào $\text{C}^{(2)}$:

$$\text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}_2 + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}_3\text{PO}_4,, t^\circ} \text{CH}_3-\text{CH}(\text{OH})-\text{CH}_3 \quad \text{(propan-2-ol)}$$

Câu c. Xét hai carbon của liên kết đôi:

$$\overset{1}{\text{C}}\text{H}_2=\overset{2}{\text{C}}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3 \qquad \text{C}^{(1)}\text{ có 2 H}, \quad \text{C}^{(2)}\text{ có 0 H}$$

H cộng vào $\text{C}^{(1)}$, nhóm $-\text{OH}$ cộng vào $\text{C}^{(2)}$:

$$\text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}_3\text{PO}_4,, t^\circ} (\text{CH}_3)_3\text{C}-\text{OH} \quad \text{(2-methylpropan-2-ol)}$$

Câu d. Xét hai carbon của liên kết đôi:

$$\overset{1}{\text{C}}\text{H}_2=\overset{2}{\text{C}}\text{H}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \qquad \text{C}^{(1)}\text{ có 2 H}, \quad \text{C}^{(2)}\text{ có 1 H}$$

$$\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 + \text{HCl} \longrightarrow \text{CH}_3-\text{CHCl}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \quad \text{(2-chlorobutane)}$$

Kết luận: Ba câu b, c, d đều cho sản phẩm chính có nhóm thế gắn vào carbon ít hydrogen hơn.

Dạng 3: Bài toán đốt cháy alkene, alkyne

Phương pháp giải

Bước 1. Nhận dạng hydrocarbon dựa vào quan hệ số mol sản phẩm cháy. Đây là công cụ quan trọng nhất của cả bài:

Bước 2. Tính số nguyên tử carbon:

$$n = \frac{n_{\text{CO}_2}}{n_{\text{hydrocarbon}}}$$

Với alkene, phải lấy số mol chất từ dữ kiện khác của đề (thể tích, khối lượng) chứ không lấy từ hiệu số mol.

Bước 3. Xử lí dạng “dẫn sản phẩm cháy qua bình hấp thụ”:

Bước 4. Với hỗn hợp nhiều chất cùng dãy đồng đẳng, đặt công thức trung bình $\text{C}_{\bar{n}}\text{H}_{2\bar{n}}$; nếu hai chất là đồng đẳng kế tiếp thì hai giá trị $n$ nằm hai bên $\bar{n}$.

Bài tập mẫu 1

Đề bài: Đốt cháy hoàn toàn $0{,}1$ mol một alkyne X, thu được $0{,}3$ mol $\text{CO}_2$. Xác định công thức phân tử của X và tính số mol $\text{H}_2\text{O}$ tạo thành.

Lời giải

Bước 1. Số nguyên tử carbon:

$$n = \frac{n_{\text{CO}_2}}{n_{\text{X}}} = \frac{0{,}3}{0{,}1} = 3$$

X là $\text{C}_3\text{H}_4$ (propyne hoặc propadiene, ở đây là alkyne nên là propyne).

Bước 2. Với alkyne, $n_{\text{alkyne}} = n_{\text{CO}_2} – n_{\text{H}_2\text{O}}$, suy ra:

$$n_{\text{H}_2\text{O}} = n_{\text{CO}_2} – n_{\text{X}} = 0{,}3 – 0{,}1 = 0{,}2\ \text{mol}$$

Kiểm tra bằng phương trình: $\text{C}_3\text{H}_4 + 4\text{O}_2 \xrightarrow{t^\circ} 3\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$, vậy $0{,}1$ mol X cho $0{,}2$ mol $\text{H}_2\text{O}$ ✓

Kết luận: X là $\text{C}_3\text{H}_4$, thu được $0{,}2$ mol $\text{H}_2\text{O}$.

Bài tập mẫu 2

Đề bài: Đốt cháy hoàn toàn một hỗn hợp gồm 2 alkene, thu được $(m + 4)$ gam $\text{H}_2\text{O}$ và $(m + 30)$ gam $\text{CO}_2$. Tính $m$.

Lời giải

Bước 1. Hỗn hợp chỉ gồm alkene nên dù có bao nhiêu chất, ta luôn có:

$$n_{\text{CO}_2} = n_{\text{H}_2\text{O}}$$

Bước 2. Lập phương trình theo $m$:

$$\frac{m + 30}{44} = \frac{m + 4}{18}$$

Bước 3. Nhân chéo:

$$18(m + 30) = 44(m + 4)$$

$$18m + 540 = 44m + 176$$

$$364 = 26m \Rightarrow m = 14$$

Kiểm tra: $m_{\text{CO}_2} = 44$ g $\Rightarrow n_{\text{CO}_2} = 1$ mol; $m_{\text{H}_2\text{O}} = 18$ g $\Rightarrow n_{\text{H}_2\text{O}} = 1$ mol

Kết luận: $m = 14$ gam.

Bài tập mẫu 3

Đề bài: Đốt cháy hoàn toàn $2{,}479$ lít (đkc) một hydrocarbon X mạch hở, rồi dẫn toàn bộ sản phẩm cháy lần lượt qua bình 1 đựng $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc và bình 2 đựng dung dịch $\text{Ca(OH)}_2$ dư. Sau thí nghiệm, khối lượng bình 1 tăng $5{,}4$ gam, bình 2 thu được $30$ gam kết tủa. Xác định công thức phân tử của X.

Lời giải

Bước 1. Số mol X

$$n_{\text{X}} = \frac{2{,}479}{24{,}79} = 0{,}1\ \text{mol}$$

Bước 2. Số mol nước (bình 1 giữ lại hơi nước)

$$n_{\text{H}_2\text{O}} = \frac{5{,}4}{18} = 0{,}3\ \text{mol}$$

Bước 3. Số mol $\text{CO}_2$ (bình 2 giữ lại $\text{CO}_2$, kết tủa là $\text{CaCO}_3$)

$$\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}$$

$$n_{\text{CO}_2} = n_{\text{CaCO}_3} = \frac{30}{100} = 0{,}3\ \text{mol}$$

Bước 4. Nhận dạng và tìm công thức

Vì $n_{\text{CO}_2} = n_{\text{H}_2\text{O}} = 0{,}3$ mol nên X là alkene, công thức $\text{C}_n\text{H}_{2n}$.

$$n = \frac{n_{\text{CO}_2}}{n_{\text{X}}} = \frac{0{,}3}{0{,}1} = 3$$

Kết luận: X là $\text{C}_3\text{H}_6$ (propene).

Chú ý thứ tự bình hấp thụ: bình $\text{H}_2\text{SO}_4$ phải đặt trước để giữ hơi nước. Nếu đề đảo thứ tự thì khối lượng bình kiềm tăng sẽ gồm cả $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$, phải tính khác.

Dạng 4: Xác định công thức phân tử dựa vào phản ứng cộng và phản ứng với $\text{KMnO}_4$

Phương pháp giải

Bước 1. Viết tỉ lệ mol phản ứng — đây là mấu chốt của dạng này:

Phương trình oxi hoá không hoàn toàn của alkene:

$$3\text{C}_n\text{H}_{2n} + 2\text{KMnO}_4 + 4\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 3\text{C}_n\text{H}_{2n}(\text{OH})_2 + 2\text{MnO}_2\downarrow + 2\text{KOH}$$

Bước 2. Tính số mol tác nhân, từ đó suy ra số mol hydrocarbon theo tỉ lệ trên.

Bước 3. Tính khối lượng mol rồi giải ra $n$:

$$M = \frac{m}{n_{\text{hydrocarbon}}} \qquad \text{Alkene: } M = 14n \qquad \text{Alkyne: } M = 14n – 2$$

Lưu ý về dung dịch: nếu đề cho dung dịch kèm nồng độ phần trăm thì phải tính khối lượng chất tan trước: $m_{\text{chất tan}} = m_{\text{dung dịch}} \times C\%$.

Bài tập mẫu 1

Đề bài: Cho $2{,}8$ gam một alkene X làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa $8$ gam $\text{Br}_2$. Xác định công thức phân tử của X.

Lời giải

Bước 1. Số mol $\text{Br}_2$

$$n_{\text{Br}_2} = \frac{8}{160} = 0{,}05\ \text{mol}$$

Bước 2. Số mol alkene. Alkene cộng $\text{Br}_2$ theo tỉ lệ $1:1$:

$$\text{C}_n\text{H}_{2n} + \text{Br}_2 \longrightarrow \text{C}_n\text{H}_{2n}\text{Br}_2$$

$$n_{\text{X}} = n_{\text{Br}_2} = 0{,}05\ \text{mol}$$

Bước 3. Tìm công thức

$$M_{\text{X}} = \frac{2{,}8}{0{,}05} = 56 \Rightarrow 14n = 56 \Rightarrow n = 4$$

Kết luận: X là $\text{C}_4\text{H}_8$.

Bài tập mẫu 2

Đề bài: Cho $4{,}2$ gam một alkene X phản ứng vừa đủ với $25{,}28$ gam dung dịch $\text{KMnO}_4$ $25\%$. Xác định công thức phân tử của X.

Lời giải

Bước 1. Khối lượng và số mol $\text{KMnO}_4$

$$m_{\text{KMnO}_4} = 25{,}28 \times 25\% = 6{,}32\ \text{gam}$$

$$n_{\text{KMnO}_4} = \frac{6{,}32}{158} = 0{,}04\ \text{mol}$$

Bước 2. Số mol alkene. Theo phương trình, tỉ lệ $n_{\text{alkene}} : n_{\text{KMnO}_4} = 3 : 2$:

$$n_{\text{X}} = \frac{3}{2}\times 0{,}04 = 0{,}06\ \text{mol}$$

Bước 3. Tìm công thức

$$M_{\text{X}} = \frac{4{,}2}{0{,}06} = 70 \Rightarrow 14n = 70 \Rightarrow n = 5$$

Kết luận: X là $\text{C}_5\text{H}_{10}$.

Dạng 5: Bài toán phản ứng của alk-1-yne với $\text{AgNO}_3/\text{NH}_3$

Phương pháp giải

Bước 1. Kiểm tra điều kiện phản ứng. Chỉ những alkyne có liên kết ba ở đầu mạch (alk-1-yne, mang nhóm $\equiv\text{C}-\text{H}$) mới phản ứng, tạo kết tủa màu vàng nhạt.

Bước 2. Viết phương trình. Mỗi nguyên tử H ở đầu liên kết ba được thay bằng một nguyên tử Ag:

$$\text{R}-\text{C}\equiv\text{CH} + \text{AgNO}_3 + \text{NH}_3 \longrightarrow \text{R}-\text{C}\equiv\text{C}-\text{Ag}\downarrow + \text{NH}_4\text{NO}_3$$

$$\text{HC}\equiv\text{CH} + 2\text{AgNO}_3 + 2\text{NH}_3 \longrightarrow \text{Ag}-\text{C}\equiv\text{C}-\text{Ag}\downarrow + 2\text{NH}_4\text{NO}_3$$

Bước 3. Tính toán theo khối lượng kết tủa.

$$\text{Với alk-1-yne } \text{C}_n\text{H}_{2n-2}: \quad M_{\downarrow} = (14n – 2) – 1 + 108 = 14n + 105$$

$$\text{Riêng ethyne: } M_{\text{Ag}_2\text{C}_2} = 24 + 2\times 108 = 240$$

Bước 4. So sánh số mol kết tủa với số mol alkyne để suy ngược ra công thức:

$$n_{\downarrow} = n_{\text{alk-1-yne}} \qquad \text{(trừ ethyne, vẫn là } 1:1 \text{ nhưng khối lượng mol khác)}$$

Ý nghĩa nhận biết: phản ứng này phân biệt được alk-1-yne với alkene và với alkyne có liên kết ba ở giữa mạch. Chỉ dùng nước bromine thì cả ba nhóm đều làm mất màu nên không phân biệt được.

Bài tập mẫu 1

Đề bài: Dẫn $2{,}479$ lít (đkc) khí propyne qua lượng dư dung dịch $\text{AgNO}_3$ trong $\text{NH}_3$. Tính khối lượng kết tủa thu được.

Lời giải

Bước 1. Propyne là $\text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{CH}$, có nhóm $\equiv\text{C}-\text{H}$ ở đầu mạch nên có phản ứng.

Bước 2. Số mol propyne

$$n = \frac{2{,}479}{24{,}79} = 0{,}1\ \text{mol}$$

Bước 3. Phương trình phản ứng

$$\text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{CH} + \text{AgNO}_3 + \text{NH}_3 \longrightarrow \text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{C}-\text{Ag}\downarrow + \text{NH}_4\text{NO}_3$$

Tỉ lệ $1:1$ nên $n_{\downarrow} = 0{,}1$ mol.

Bước 4. Khối lượng kết tủa. Kết tủa là $\text{C}_3\text{H}_3\text{Ag}$:

$$M_{\downarrow} = 12\times 3 + 1\times 3 + 108 = 147$$

$$m_{\downarrow} = 0{,}1 \times 147 = 14{,}7\ \text{gam}$$

Kết luận: Thu được $14{,}7$ gam kết tủa màu vàng nhạt.

Bài tập mẫu 2

Đề bài: Cho $0{,}1$ mol một alk-1-yne X tác dụng hoàn toàn với lượng dư dung dịch $\text{AgNO}_3$ trong $\text{NH}_3$, thu được $16{,}1$ gam kết tủa. Xác định công thức phân tử của X.

Lời giải

Bước 1. X là alk-1-yne dạng $\text{R}-\text{C}\equiv\text{CH}$, phản ứng theo tỉ lệ $1:1$ nên:

$$n_{\downarrow} = n_{\text{X}} = 0{,}1\ \text{mol}$$

Bước 2. Khối lượng mol kết tủa

$$M_{\downarrow} = \frac{16{,}1}{0{,}1} = 161$$

Bước 3. Lập phương trình. Kết tủa có công thức $\text{C}_n\text{H}_{2n-3}\text{Ag}$:

$$12n + (2n – 3) + 108 = 161$$

$$14n + 105 = 161 \Rightarrow 14n = 56 \Rightarrow n = 4$$

Kiểm tra: $\text{C}_4\text{H}_5\text{Ag}$ có $M = 48 + 5 + 108 = 161$ ✓

Kết luận: X là $\text{C}_4\text{H}_6$, công thức cấu tạo $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{C}\equiv\text{CH}$ (but-1-yne). Không thể là but-2-yne vì chất này không có nhóm $\equiv\text{C}-\text{H}$ nên không tạo kết tủa.

Bảng tra nhanh

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ