Giải SBT Hóa học 11 CTST Bài 14: Arene (hydrocarbon thơm) có đáp án

Đáp án đúng là: C

Arene là hợp chất thơm có chứa vòng benzene. Số nguyên tử H tối đa là 2n-6. Công thức không thể là của một arene là C$_{11}$H$_{8}$.

Đáp án đúng là: A

Các công thức cấu tạo thỏa mãn là:

C$_{6}$H$_{5}$CH$_{2}$CH$_{3,}$o- CH$_{3}$C$_{6}$H$_{5}$, p- CH$_{3}$C$_{6}$H$_{5,}$m- CH$_{3}$C$_{6}$H$_{5}$.

Đáp án đúng là: D

Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X đã chỉ ra rằng tất cả độ dài liên kết carbon - carbon trong benzene đều giống hệt nhau. Khoảng cách này nhỏ hơn độ dài của liên kết C-C và dài hơn của liên kết C=C. Điều này cho thấy ba liên kết π trong phân tử benzene phải được trải đều trên toàn bộ vòng benzene.

Học sinh đọc thông tin sau để trả lời các câu 14.4 và 14.5.

Anthracene là một arene đa vòng, được điều chế từ than đá. Anthracene được dùng để sản xuất thuốc nhuộm alizarin đỏ, bảo quản gỗ, làm thuốc trừ sâu,... Anthracene có công thức cấu tạo:

Đáp án đúng là: D

Công thức phân tử của anthracene là C$_{14}$H$_{10.}$

Đáp án đúng là: B

Số liên kết π trong phân tử anthracene là 7.

Đáp án đúng là: A

Xăng có khối lượng riêng là 0,88 g/cm$^{3}$ nên 0,88 tấn xăng ứng với 1 m$^{3}$. Vậy 88 tấn xăng ứng với 100 m$^{3}$. Do đó trong 88 tấn xăng có pha trộn khoảng 1 m$^{3}$ benzene.

Đáp án đúng là: B

1-ethyl-2-methylbenzene

Đánh số trên vòng benzene sao cho tổng chỉ số các nhánh là nhỏ nhất. Trường hợp này, nếu gọi 2-ethyl-1-methylbenzene thì tổng chỉ số các nhánh vẫn là 3, trùng với cách đánh số như đã gọi tên ở hình trên. Tuy nhiên, nếu trùng nhau, phải ưu tiên cho nhánh có thứ tự chữ cái đứng đầu mang chỉ số nhỏ. Do đó tên gọi đúng là 1-ethyl-2-methylbenzene.

Đáp án đúng là: B

Đánh số trên vòng benzene sao cho tổng chỉ số các nhánh là nhỏ nhất do đó không thể đánh số 1 cho nhánh bromo, vì tổng chỉ số các nhánh khi đó là (1 + 3 + 4) = 8 lớn hơn cách đánh số đúng như dưới đây có tổng chỉ các nhánh là (1 + 2 + 4) = 7.

4-bromo-1-chloro-2-nitrobenzene

Đáp án đúng là: B

Đánh số trên vòng benzene sao cho tổng chỉ số các nhánh là nhỏ nhất. Do đó hợp chất đã cho có tên gọi như sau:

4-bromo-2-methyl-1-nitrobenzene

a) Trên đồ thị, ta thấy ở cùng nhiệt độ như nhau, áp suất hơi của acetone lớn nhất, tiếp đến là tetrahydrofuran và cuối cùng là benzene. Do đó ở cùng nhiệt độ như nhau, acetone là chất dễ bay hơi nhất.

b) Căn cứ vào đồ thị đã cho, ở điều kiện áp suất 1 atm hay 760 torr, các chất acetone, tetrahydrofuran và benzene lần lượt có nhiệt độ sôi tương ứng là 56 °C, 65 °C và 80,1 °C.

c) Nếu đặt một cốc chứa benzene lỏng vào trong một bình kín chứa hơi benzene ở 73 °C và 600 torr. Sau 10 phút, thể tích chất lỏng trong cốc vẫn không thay đổi. Đó là do trong điều kiện nhiệt độ và áp suất đã nêu, áp suất hơi của benzene trong cốc và áp suất hơi trong bình kín bằng nhau nên không xảy ra sự chuyển pha của benzene.

Có 8 arene sau:

a) Bình quân một tháng, mỗi chiếc chạy 3 000 km, do đó trong một năm, mỗi chiếc chạy quãng đường là 36 000 km, phát thải tối đa:

0,0009 × 36 000 = 32,4 (g) cumene.

Vậy 1 000 000 xe ô tô trong một năm phát thải tối đa

1 000 000 × 32,4 = 32 400 000 (g) = 32,4 (tấn) cumene.

b) Trong một tháng, một cửa hàng với quy mô 10 máy photocopy sử dụng bình quân liên tục:

10 × 12 × 30 = 3 600 (giờ).

Như vậy, trong một tháng, một cửa hàng với quy mô như trên phát thải tối đa:

220 × 3 600 = 792 000 (pg) = 0,792 (g).

Vậy 1 000 cửa hàng trong một tháng phát thải tối đa là

1 000 × 0,792 = 792 (g) cumene.

a)

c)

e) 5C$_{6}$H$_{5}$CH$_{2}$CH$_{3}$ + 12KMnO$_{4}$ + 18H$_{2}$SO$_{4}$ $\overset{{80}^{o}C}{\rightarrow }$ 5C$_{6}$H$_{5}$COOH 5CO$_{2}$ +

6K$_{2}$SO$_{4}$ + 12MnSO$_{4}$ + 28H$_{2}$O

g) C$_{6}$H$_{5}$C(CH$_{3}$)$_{3}$ + KMnO$_{4}$ + H$_{2}$SO$_{4}$ $\overset{{80}^{o}C}{\rightarrow }$Không xảy ra

Phương trình biểu diễn các sản phẩm monobromo thu được trong quá trình bromine hoá p-xylene, o-xylene và m-xylene:

Với công thức phân tử C$_{9}$H$_{12}$, (H) không làm mất màu nước bromine nhưng (H) làm mất màu dung dịch KMnO$_{4}$ đã được acid hoá và tạo terephthalic acid nên (H) là một arene có công thức cấu tạo:

Phương trình phản ứng:

5CH$_{3}$-C$_{6}$H$_{4}$- CH$_{2}$-CH$_{3}$ + 18KMnO$_{4}$+ 27H$_{2}$SO$_{4}$ →5HOOC-C$_{6}$H$_{4}$-COOH+ 9K$_{2}$SO$_{4}$ + 5CO$_{2}$+ 18MnSO$_{4}$ + 42H$_{2}$O

a) Quan sát dữ kiện đề cho, ta thấy các nhóm thế alkyl làm tăng hoạt vòng benzene, các nhóm thế halogen và ester làm giảm hoạt vòng benzene.

b) Toluene có 2 vị trí ortho, 2 vị trí meta và 1 vị trí para nên:

- Phần trăm sản phẩm thế ortho là $\frac{2\times 43\times 100\%}{43+43+3+3+55}=58{,}5\%$.

- Phần trăm sản phẩm thế meta là $\frac{2\times 3\times 100\%}{43+43+3+3+55}=4{,}08\%$.

- Phần trăm sản phẩm thế para là $\frac{55\times 100\%}{43+43+3+3+55}=37{,}41\%$.

c) tert-butylbenzene có 2 vị trí ortho, 2 vị trí meta và 1 vị trí para nên:

- Phần trăm sản phẩm thế ortho là $\frac{2\times 8\times 100\%}{8+8+4+4+75}=16{,}16\%$.

- Phần trăm sản phẩm thế meta là $\frac{2\times 4\times 100\%}{8+8+4+4+75}=8{,}08\%$.

- Phần trăm sản phẩm thế para là $\frac{75\times 100\%}{8+8+4+4+75}=75{,}76\%$.

d) Nhóm tert-butyl có kích thước lớn làm cản trở sự tấn công tại các vị trí ortho nên phần trăm sản phẩm thế ortho vào tert-butylbenzene giảm so với toluene.

e) Tỉ lệ phần trăm sản phẩm thế meta trong các phản ứng nitro hoá toluene và tert-butylbenzene đều thấp, chứng tỏ các nhóm alkyl làm cho phản ứng có hướng thế ưu tiên vào các vị trí ortho và para hơn so với vào vị trí meta.

Chlorobenzene có 2 vị trí ortho, 2 vị trí meta và 1 vị trí para nên: _.

- Phần trăm sản phâm thế ortho là $\frac{2\times 0{,}3\times 100\%}{0{,}03+0{,}03+0{,}14}=30\%$

- Phần trăm sản phẩm thế meta là 0%.

- Phần trăm sản phâm thế para là $\frac{0{,}14\times 100\%}{0{,}03+0{,}03+0{,}14}=70\%$

Methyl benzoate cũng có 2 vị trí ortho, 2 vị trí meta và 1 vị trí para nên:

- Phần trăm sản phẩm thế ortho là

$\frac{2\times 0{,}0025\times 100\%}{0{,}0025+0{,}0025+0{,}008+0{,}008+0{,}001}=22{,}73\%$

- Phần trăm sản phẩm thế meta là

$\frac{2\times 0{,}008\times 100\%}{0{,}0025+0{,}0025+0{,}008+0{,}008+0{,}001}=72{,}73\%$

- Phần trăm sản phẩm thế para là

$\frac{0{,}001\times 100\%}{0{,}0025+0{,}0025+0{,}008+0{,}008+0{,}001}=4{,}55\%$

b) Khả năng nitro hoá của chlorobenzene và methyl benzoate giảm hơn so với khả năng nitro hoá của toluene và tert-butylbenzene. Tuy nhiên hướng thế của chlorobenzene ưu tiên vào các vị trí ortho và para, trong khi hướng thế của methyl benzoate ưu tiên vào vị trí meta.

c) Quy luật thế vào vòng benzene: Khi trong vòng benzene đã có sẵn một nhóm alkyl, như -CH$_{3}$ (hay các nhóm -OH, -NH$_{2}$, ...), phản ứng thế vào vòng sẽ dễ dàng hơn, với hướng thế ưu tiên vào các vị trí ortho và para. Ngược lại, nếu vòng benzene đã có sẵn một nhóm -NO$_{2}$ (hay -COOH, -COOR, -CHO,...), phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn và hướng thế ưu tiên vào các vị trí meta. Nhóm -Cl làm khả năng phản ứng thế trong vòng , benzene khó hơn, nhưng hướng thế lại ưu tiên thế vào các vị trí ortho và para.

Phương trình phản ứng dealkyl hoá toluene thành benzene.

Biến thiên enthalpy của quá trình hydrogen hoá cyclohexene và cyclohexa-1,3-diene thành cyclohexane lần lượt là -120 kJ/mol và -240 kJ/mol, do đó biến thiên enthalpy của quá trình hydrogen hoá benzene được mong đợi sẽ là 3×120 = -360 (kJ/mol). Tuy nhiên thực tế biến thiên enthalpy của quá trình hydrogen hoá benzene chỉ là -208 (kJ/mol) (xem sơ đồ minh hoạ), cho thấy phân tử benzene không thể chứa ba liên kết đôi. Nói khác đi, các liên kết π được định vị trên toàn bô vòng benzene, nên không thể gọi benzene là cyclohexa-1,3,5-trien.

Sự hình thành liên kết σ và hệ liên hợp π trong phân tử benzene

Năm 1929, nhà nữ bác học người Anh, Kathleen Lonsdale (1903 - 1971), đã sử dụng phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X để chỉ ra rằng tất cả độ dài liên kết C-C trong benzene là giống hệt nhau. Khoảng cách này nhỏ hơn độ dài của liên kết C-C và dài hơn của liên kết C=C. Điều này cho thấy ba liên kết π trong phân tử benzene phải được trải đều trên toàn bộ vòng benzene, cũng có nghĩa benzene không có cấu trúc của cyclohexa-1,3,5-triene.

Khi vòng benzene có gắn nhóm thế alkyl, phản ứng thế nguyên tử hydrogen ở vòng benzene xảy ra dễ dàng hơn so với benzene và ưu tiên thế vào vị trí ortho hoặc para so với nhóm alkyl. Do đó m-bromoethylbenzene chỉ tạo thành ở dạng vết (<1%).

Tuy nguyên tử bromine đã ưu tiên thế vào các vị trí ortho và para, nhưng phản ứng thế ở vị trí ortho khó khăn hơn so với vị trí para, do bị cản trở không gian. Do đó o-bromoethylbenzene (38%) hình thành ít hơn so với p-bromoethylbenzene (62%).