Chúng ta đã biết hợp chất hữu cơ là gì. Đó là các hợp chất của cacbon. Vậy những đặc điểm cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ như hóa trị và liên kết giữa các nguyên tử như thế nào? Trật tự liên kết các nguyên tử trong phân tử ra sao và công thức cấu tạo của hợp chất hữu cơ như thế nào? Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu công thức cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ các bạn nhé! Nào bây giờ chúng ta cùng lần lượt xem qua từng khái niệm trên. Trong các hợp chất hữu cơ, C luôn có hóa trị IV, O luôn có hóa trị II và H luôn có hóa trị I. Các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hóa trị của nó và các liên kết được biểu diễn bằng một nét gạch nối ( – ) giữa hai nguyên tử.I. Đặc điểm cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ
1. Hóa trị và liên kết giữa các nguyên tử
2. Mạch cacbon
Mạch cacbon là mạch liên kết giữa những nguyên tử cacbon trong phân tử hợp chất hữu cơ. Mạch cacbon có 3 loại: mạch thẳng, mạch nhánh và mạch vòng.
3. Trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử
Trong các hợp chất hữu cơ, các nguyên tử trong phân tử liên kết với nhau theo một trật tự xác định.
Ví dụ:
Cùng công thức phân tử là C2H6O nhưng có 2 chất khác nhau là rượu etylic (lỏng) và đimetyl ete (khí). Chính trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử làm cho rượu etylic và đimetyl ete có những tính chất vật lý và hóa học khác nhau.
II. Công thức cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ
Công thức cấu tạo là công thức biểu diễn đầu đủ liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử. Công thức cấu tạo cho ta biết thành phần của phân tử và trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử.
III. Giải bài tập về cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ
Câu 1. Hãy chỉ ra những chỗ sai trong các công thức sau và viết lại cho đúng:
Bài làm:
a) Chỗ sai là C dư 1 liên kết, O thiếu 1 liên kết.
b) Chỗ sai là nguyên tử C đầu tiên thiếu 1 liên kết, Cl dư 1 liên kết.
c) Chỗ sai là C dư 1 liên kết, H dư 1 liên kết.
Viết lại các công thức cho đúng là:
Câu 2. Hãy viết công thức cấu tạo của các chất có công thức phân tử sau: CH3Br, CH4O, CH4, C2H6, C2H5Br. Biết rằng brom có hoá trị I.
Bài làm:
Câu 3. Hãy viết CTCT dạng mạch vòng ứng với các công thức phân tử sau: C3H6, C4H3, C5H10.
Bài làm:
Câu 4. Những công thức cấu tạo nào sau đây biểu diễn cùng một chất?
Bài làm:
- Các công thức a, c, d là CTCt của rượu etylic: C2H5OH
- Các công thức b, e là CTCT của đimetyl ete: CH3OCH3
Câu 5. Phân tử hợp chất hữu cơ A có hai nguyên tố. Khi đốt cháy 3 g chất A thu được 5,4 g H2O. Hãy xác định CTPT của A, biết khối lượng mol của A là 30 g.
Bài làm:
Khi đốt cháy hợp chất hữu cơ A chỉ thu được nước và A chỉ có 2 nguyên tố nên A là một hidrocacbon.
Gọi CTPT của A là CxHy, ta có phương trình hóa học:
2CxHy + (2x + y/2) O2 (t°) → 2xCO2 + yH2O
Số mol của A và H2O là:
- nA = 3/30 = 0,1 (mol)
- nH2O = 5,4/18 = 0,3 (mol)
Theo phương trình, ta có: nH2O = y/2.nCxHy
⇔ 0,3 = (y/2) x 0,1
⇔ y = 6
Mặt khác, ta có: MA = 12x + y = 30
⇔ 12x + 6 = 30
⇔ x = 2
Vậy công thức phân tử của A là C2H6.
20:21:1124/04/2019
Vì vậy trong bài viết này HayHocHoi.Vn sẽ tóm tắt lại các tính chất hóa học và công thức cấu tạo của các hidrocacbon này, cụ thể là: Axetilen , Etilen , Benzen và Metan để từ đó các em dễ dàng nhận biết và so sánh những điểm giống nhau và khác nhau giữa các hợp chất này, qua đó có thể giải các bài toán phân biệt một cách 'gọn gàng'.
I. Tóm tắt về tính chất hóa học công thức cấu tạo của Axetilen , Etilen , Benzen và Metan
- Dưới đây là bảng tóm tắt tính chất hóa học và đặc điểm công thức cấu tạo và ứng dụng của Axetilen , Etilen , Benzen và Metan.
| Metan | Etilen | Axetilen | Benzen | |
| Công thức cấu tạo | ||||
| Đặc điểm cấu tạo | Có 4 liên kết đơn σ giữa C và H | Có 1 liên kết đôi π giữa 2 nguyên tử C | Có 1 liên kết 3 (1 σ và 2 π) giữa 2 nguyên tử C | Vòng 6 cạnh, 3 liên kết đôi π xen kẽ giữa 3 liên kết σ đơn |
| Phản ứng đặc trưng | Phản ứng thế phản ứng hidro hóa | Phản ứng cộng | Phản ứng cộng | Phản ứng thế và phản ứng cộng |
| Ứng dụng chính | Làm nhiên liệu trong đời sống và sản xuất | Làm nguyên liệu sản xuất rượu etylic và axit axetic | Làm nguyên liệu trong công nghiệp và sản xuất 1 số chất hưu cơ khác | Làm dung môi và làm nguyên liệu sản xuất 1 số chất dẻo. |
• Một số phản ứng đặc trưng của Axetilen , Etilen , Benzen và Metan
CH4 + Cl2
C2H4 (khí) + Br2(dd) → CH2Br-CH2Br (lỏng)
C2H2 (khí) + Br2(dd) → Br2-CH-CH-Br2 (lỏng)
C6H6 (khí) + Br2(lỏng) → C6H5Br(lỏng) + HBr (khí)
- Như vậy từ bảng tính chất hóa học, công thức cấu tạo và đặc điểm cấu tạo của Axetilen , Etilen , Benzen và Metan ở trên, chúng ta dễ dàng vận dụng để trả lời các câu hỏi dạng như:
Em hãy so sánh tính chất hóa học của etilen và axetilen? Em hãy nêu điểm giống và khác nhau về tính chất hóa học của metan, etilen và axetilen? Trình bày phương pháp hóa học để nhận biết hai lọ mất nhãn chứa 2 khí không màu là metan và etilen? hay So sánh metan, etilen và axetilen benzen?...
Ví dụ 1 (Bài 2 trang 133 sgk hóa 9): Có hai bình đựng hai chất khí là CH4, C2H4. Chỉ dùng dung dịch brom có thể phân biệt được hai chất khí trên không? Nêu cách tiến hành.
- Thực ra câu hỏi trên có thể hiểu là: Trình bày phương pháp hóa học để nhận biết hai lọ mất nhãn chứa 2 khí không màu là metan và etilen?
* Lời giải:
- Cho hai khí vào hai bình có cùng thể tích, sau đó cho cùng một thể tích dung dịch brom có cùng nồng độ vào hai bình và lắc đều.
- Bình không làm thay đổi màu dung dịch brom là CH4, bình làm nhạt màu dung dịch brom là C2H4 theo phương trình phản ứng sau:
C2H2 + Br2 → C2H4Br2.
Ví dụ 2: So sánh tính chất hóa học của etilen và axetilen? nêu điểm giống và khác nhau về tính chất hóa học của etilen và axetilen
* Lời giải:
• Điểm giống nhau giữa Etilen và Axetilen
- Đều là các hidrocacbon trong phân tử có C và H
- Trong phân tử có liên kết σ bền và liên kết π linh động
- Liên kết π linh động dễ bị đứt (bẻ gãy) khi tham gia phản ứng hóa học
- Tính chất hóa học đặc trưng là phản ứng cộng, ngoài ra có phản ứng trùng hợp và oxi hóa.
• Điểm khác nhau giữa Etilen và Axetilen
- Tùy điều kiện và xúc tác mà khi tham gia phản ứng 1 hay 2 liên kết π của Axetilen bị đứt.
- Axetilen có 2 nguyên tử H linh động có thể tham gia phản ứng thế với ion kim loại.
Ví dụ 3: So sánh Axetilen và Benzen?
* Lời giải:
• Điểm giống nhau giữa Axetilen và Benzen
- Đều là các hidrocacbon trong phân tử có C và H (C2H2 mạch thẳng, C6H6 mạch vòng).
- Trong phân tử có liên kết σ bền và liên kết π linh động.
- Cùng có phản ứng đặc trưng là phản ứng cộng.
• Điểm khác nhau giữa Axetilen và Benzen
- Với Axetilen tùy điều kiện và xúc tác mà khi tham gia phản ứng 1 hay 2 liên kết π của Axetilen bị đứt. Ngoài ra Axetilen có phản ứng trùng hợp và oxi hóa.
- Với Benzen cấu tạo mạnh vòng, có 3 liên kết π liên hợp với nhau tạo thành hệ thơm bền vững nên có tham gia phản ứng cộng nhưng khó (chỉ cộng H2), dễ tham gia phản ứng thế và bền với tác nhân oxi hóa.
- Axetilen có 2 nguyên tử H linh động có thể tham gia phản ứng thế với ion kim loại.
♠ Bảng dưới đây cho chúng ta cách nhận biết Metan, Etilen, Axetilen và Benzen bằng phương pháp hóa học.
| Chất cần nhận | Loại thuốc thử | Hiện tượng | Phương trình hóa học |
| Metan (CH4) | Khí Clo | Mất màu vàng lục của khí Clo. | CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl |
| Etilen (C2H4) | dd Brom | dd Brom bị mất màu. | C2H4 + Br2 → C2H4Br2 |
| Axetilen (C2H2) | • dd Brom • AgNO3/NH3 | -dd Brom bị mất màu. -Có kết tủa vàng | • C2H2 + 2Br2 → C2H2Br4 • C2H2 + 2AgNO3 + 2NH3 → CAg≡CAg + 2NH4NO3 |
Ví dụ 4: Vận dụng bảng nhận biết trên hãy nêu cách nhận biết bằng phương pháp hóa học các khí sau: CH4, C2H2, C2H4 và N2, H2.
* Lời giải:
- Lấy mỗi mẫu một ít, và lần lượt dẫn các khí đi qua dd AgNO3/NH3. Khí nào tạo được kết tủa vàng là C2H2.
C2H2 + Ag2O → AgC≡CAg↓ + H2O
- Dẫn các khí còn lại qua dd nước Brom (màu nâu đỏ). Khí nào làm nhạt màu nước brom là C2H4.
CH2=CH2 + Br2 → CH2Br -CH2Br
- Lần lượt đốt cháy 3 khí còn lại. Khí không cháy là N2. Sản phẩm cháy của hai khí kia được dẫn qua dd nước vôi trong. Sản phẩm cháy nào làm đục nước vôi trong là CH4. Mẫu còn lại là H2.
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ trắng +H2O
H2 + ½O2 → H2O
II. Bài tập về Hidrocacbon Metan, Etilen, Axetilen và Benzen
Bài 1 trang 133 sgk hoá 9: Viết công thức cấu tạo đầy đủ và thu gọn của các chất hữu cơ có công thức phân tử sau : C3H8 ; C3H6 ; C3H4.
* Lời giải bài 1 trang 133 sgk hoá 9:
a) C3H8 công thức tử giống CH4 (CnH2n+2) nên có công thức cấu tạo có 1 liên kết đơn: CH3–CH2–CH3.
b) C3H6 công thức phân tử giống C2H4 (CnH2n) nên công thức cấu tạo có 1 liên kết đôi CH2=CH– CH3 và mạch vòng
c) C3H4 công thức phân tử giống C2H2 (CnH2n-2) nên có công thức cấu tạo có 1 liên kết ba: CH≡C–CH3; 2 nối đôi: CH2=C=CH2 và mạch vòng.
Bài 3 trang 133 sgk hóa 9: Biết 0,01 mol hidrocacbon A làm mất màu vừa đủ 100ml dung dịch brom 0,1M. Vậy A là hidrocacbon nào trong số các chất sau đây:
A. CH4. B. C2H2.
C. C2H4. D. C6H6.
* Lời giải bài 3 trang 133 sgk hóa 9:
- Đáp án: C đúng.C2H4.
- Ta có : nA = 0,01 (mol).
- Theo bài ra: nBr2 = 0,1.0,1 = 0,01 (mol).
⇒ nA = nBr2 = 0,01 (mol) ⇒ Tỉ lệ phản ứng là 1:1
⇒ Trong phân tử Hiđrocacbon có 1 nối đôi ( 1 liên kết π)
⇒ Vậy Hiđrocacbon A là Etilen C2H4.
Bài 4 trang 133 sgk hóa 9: Đốt cháy 3 gam chất hữu cơ A, thu được 8,8g khí CO2 và 5,4g H2O
a) Trong chất hữu cơ A có những nguyên tố nào?
b) Biết phân tử khối của A nhỏ hơn 40. Tìm công thức phân tử của A.
c) Chất A có làm mất màu dung dịch brom không?
d) Viết phương trình hóa học của A với clo khi có ánh sáng
* Lời giải bài 4 trang 133 sgk hóa 9:
a) Trong chất hữu cơ A có những nguyên tố nào?
- Ta có: nCO2 = 8,8/44 = 0,2 (mol).
⇒ mC = 0,2.12 = 2,4 (g).
- Ta có: nH2O = 5,4/18 = 0,3 (mol).
⇒ mH = 0,3.2 = 0,6 (g).
⇒ mC,H = 2,4 + 0,6 = 3 (g) = mA
⇒ A có hai nguyên tố C và H, vậy A là Hiđrocacbon.
b) Đặt công thức phân tử của A là CxHy
⇒ Vậy CTPT của A có dạng (CH3)n
- Theo bài ra thì khối lượng của MA < 40
⇒ (CH3)n < 40 ⇔ 15n < 40
• Chọn n = 1 ⇒ không hợp lý.
• Chọn n = 2 ⇒ CTPT của A là C2H6(nhận)
c) A là Etan C2H6(không có liên kết π) không làm mất màu dung dịch Br2.
d) Phương trình phản ứng với Clo khi có ánh sáng của Etan:
C2H6 + Cl2