Dạng 2: Bài tập về phản ứng oxi hóa của các hiđrocacbon thơm A. Lý thuyết và phương pháp giải
1. Phản ứng oxi hóa hoàn toàn:
- Phương trình phản ứng:
to
n 2n 6 2 2 2
3n 3
C H O nCO (n 3)H O
2
Ta thấy: 2 2
2 2 n 2 n 6
CO H O
CO H O C H
n n
n n ; n
3
- Phương pháp giải: Phối hợp triệt để các định luật bảo toàn:
+ Bảo toàn khối lượng:
n 2 n 6 2 2 2
C H O CO H O
m m m m
+ Bảo toàn nguyên tố:
Số C = n = 2
n 2 n 6
CO C H
n
n
2. Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn:
Benzen không bị oxi hóa bởi dung dịch KMnO4, các đồng đẳng của benzen bị oxi hóa bởi KMnO4 khi đun nóng.
VD: C H CH6 5 3 2KMnO4 to C H6 5 COOK + 2MnO2 KOHH O2 B. Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn hiđrocacbon X cho CO2 và H2O theo tỉ lệ mol 1,75:1 về thể tích. Cho bay hơi hoàn toàn 5,06 gam X thu được một thể tích hơi đúng bằng thể tích của 1,76 gam oxi trong cùng điều kiện.
Nhận xét nào sau đây là đúng đối với X?
A. X tác dụng với dung dịch brom tạo kết tủa trắng.
B. X không làm mất màu dung dịch brom nhưng làm mất màu dung dịch KMnO4
đun nóng.
C. X có thể trùng hợp tạo PS.
D. X tan tốt trong nước.
Hướng dẫn giải:
O2
n 1,76 0,055mol
32
Có nC : nH = 1,75 : 2 = 7 : 8
Công thức của X có dạng (C7H8)n
MX = 5,06 ; 0,055 = 92 Suy ra 92n = 92 n = 1
X là toluen.
Nhận định đúng là nhận định B: X không làm mất màu dung dịch brom nhưng làm mất màu dung dịch KMnO4 đun nóng.
Đáp án B
Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 6 gam chất hữu cơ A, đồng đẳng của benzen thu được 10,08 lít CO2 (đktc). Công thức phân tử của A là
A. C7H8. B. C8H10. C. C9H12. D. C10H14.
Hướng dẫn giải:
Gọi công thức của A là CnH2n-6 CO2
10,08
n 0, 45mol
22, 4
Ta có nA = nCO2 0, 45 n n
MA = 6 6n 0, 45 : n 0, 45
Mặt khác ta có MA = 14n – 6 nên ta suy ra n = 9 A là C9H12
Đáp án C
Ví dụ 3: Để oxi hóa được hết 10,6 gam o-xylen (1,2- đimetylbenzen) cần bao nhiêu lít dung dịch KMnO4 0,5M trong môi trường H2SO4 loãng. Giả sử dùng dư 20% so với lượng phản ứng.
A. 0,48 lít.
B. 0,24 lít.
C. 0,12 lít.
D. 0,576 lít.
Hướng dẫn giải:
Phương trình phản ứng:
3 6 4 3 4 2 4 6 4
2 4 4 2
5H C C H CH 12KMnO 18H SO 5HOOC C H COOH
6K SO 12MnSO 28H O
KMnO4 o xylen
n 12n 0, 24mol
5
KMnO4
n dùng = 0,24.20% = 0,288 mol VddKMnO4 = 0,288 : 0,5 = 0,576 lít Đáp án D
C. Bài tập tự luyện
Câu 1: Nitro hóa benzen được 14,1 gam hỗn hợp hai chất nitro có khối lượng phân tử hơn kém nhau 45 đvC. Đốt cháy hỗn hợp hai chất nitro này thu được 0,07 mol nitơ. Hai chất nitro đó là
A. C6H5NO2 và C6H4(NO2)2. B. C6H4(NO2)2 và C6H3(NO2)3. C. C6H3(NO2)3 và C6H2(NO2)4. D. C6H2(NO2)4 và C6H(NO2)5. Hướng dẫn giải:
Gọi công thức phân tử trung bình của 2 chất là: C H6 6 n (NO )2 n Ta có sơ đồ:
O ,t2
6 6 n 2 n 2 2 2
6 n n
C H (NO ) 6CO H O N
2 2
14.2 n 14.2
2.
78 45n 78 45n
Từ đây suy ra: n
2. 14.2
7845n = 0,07 n 1,4
Theo giả thuyết 2 chất hơn nhau 45 đvC nên phân tử của chúng hơn kém nhau 1 nhóm NO2. Suy ra 2 chất là C6H5NO2 và C6H4(NO2)2.
Đáp án A
Câu 2: Đốt cháy hết 2,295 gam 2 đồng đẳng của benzen A, B thu được 2,025 gam H2O và CO2. Dẫn toàn bộ lượng CO2 vào 250 ml dung dịch NaOH 1M thu được m gam muối. Giá trị của m và thành phần của muối là
A. 16,195; 2 muối.
B. 16,195; Na2CO3.
C. 7,98; NaHCO3. D. 10,6; Na2CO3. Hướng dẫn giải:
H O2
n 0,1125mol
Gọi công thức 2 đồng đẳng benzen là C Hn 2n 6
to
n 2n 6 2 2 2
3n 3
C H O nCO (n 3)H O
2
1 .0,1125 0,1125mol
n 3
Mặt khác:
n 2 n 6
C H
2, 295 n 14n 6
Suy ra
n 2 n 6
C H
2, 295 n 14n 6
= 1
.0,1125
n3 n 8,625 Suy ra A, B là C8H10 và C9H12
Suy ra số mol CO2 là 0,1725 mol Ta có
2
OH CO
1 n 1, 44 2 n
nên phản ứng trên tạo 2 muối là muối trung hòa và muối axit.
Gọi số mol Na2CO3 và NaHCO3 lần lượt là x và y Ta có hệ phương trình:
x y 0,1725 x 0,775 2x y 0, 25 y 0,095
mmuối = 16,195 g Đáp án A
Câu 3: Đốt cháy m gam 2 đồng đẳng của benzen A, B thu được 4,05 gam H2O và 7,728 CO2 (đktc). Giá trị của m và tổng số mol của A, B là
A. 4,59 và 0,04 B. 4.59 và 0,08 C. 9,14 và 0,04 D. 9,18 và 0,08 Hướng dẫn giải:
2 2
H O CO
n 0,225mol;n 0,345mol
m = mC + mH = 0,345.12 + 0,225.2 = 4,59 g Ta có: A,B nCO2 nH O2
n 0,04mol
3
Đáp án A
Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol CxHy thu được 20,16 lít CO2 (đktc) và 10,8 gam H2O. Công thức của CxHy là
A. C7H8. B.C8H10. C.C9H12. D. C10H14.
Hướng dẫn giải:
2 2
CO H O
n 0,9mol;n 0,6mol
CO2
n 0,6.2
x 9; y 12
0,1 0,1
Công thức là C9H12
Đáp án C
Câu 5: Đốt cháy 0,13 gam mỗi chất A và B đều thu được 0,01 mol CO2 và 0,09 mol H2O. Tỉ khối hơi của A so với B là 3; tỉ khối của B so với H2 là 13. Công thức của A và B lần lượt là
A. C2H2 và C6H6. B. C6H6 và C2H2. C. C2H2 và C4H4. D. C6H6 và C8H8. Hướng dẫn giải:
MB = 13.2 = 26 nên B là C2H2.
Dựa vào đáp án, ta có thể chọn luôn đáp án B Đáp án B
Câu 6: Đốt cháy hoàn toàn 2,34 gam hiđrocacbon X, cho sản phẩm qua nước vôi trong dư thu được 18 gam kết tủa trắng. Biết MX = 78 và X không làm mất màu dung dịch nước brom. CTPT của X là
A. benzen.
B. CH C CH2 C CH
C. CH3 C C C C CH3 D. CH C C C CH2CH3 Hướng dẫn giải:
nkết tủa = 0,18 mol; nX = 0,03 mol
C H
m m 2,34 0,18.12
n 0,18mol
1 1
Gọi công thức của hiđrocacbon là CxHy
x 0,18 6
0,03 ; y = 6C6H6
X không làm mất màu dung dịch nước brom nên X là benzen Đáp án A
Câu 7: Đốt cháy hoàn toàn 26,5 gam một ankylbenzen X cần 294 lít không khí (đktc). Oxi hóa X thu được axit benzoic. Giả thiết không khí chứa 20% oxi và 80%
nitơ. X là A. toluene.
B. o-metyltoluen.
C. etylbenzen.
D. o-etylbenzen.
Hướng dẫn giải:
Gọi công thức của X là CnH2n-6. Ta có Voxi = 294.20% = 58,8 lít
O2
n 2,625mol
to
n 2n 6 2 2 2
3n 3
C H O nCO (n 3)H O
2
2 .2,625 2,625 mol 3n 3
Mặt khác nX = 26,5 : (14n -6) nên ta có 2 .2,625
3n3 = 26,5 : (14n - 6) n 8 X là C8H10
Đáp án C
Câu 8: Đốt cháy hết 9,18 gam 2 đồng đẳng của benzen A, B thu được 4,05 gam H2O và V lít CO2 (đktc). Giá trị của V là
A. 15,654
B. 15,465.
C. 15,546.
D. 15,456.
Hướng dẫn giải:
H O2 H
n 8,1 0, 45mol n 0,9mol
18 Ta có
2
A,B H
C
CO C
m m 9,18 0,9.1
n 0,69mol
12 12
n n 0,69mol
V = 0,69. 22,4 = 15,456 lít Đáp án D
Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn A (CxHy) thu được 8 lít CO2 và cần dùng 10,5 lít oxi.
Công thức phân tử của A là A. C7H8.
B.C8H10. C.C9H12. D. C10H14.
Hướng dẫn giải:
Coi tỉ lệ về thể tích cũng chính là tỉ lệ về số mol Bảo toàn nguyên tố oxi: VH2 = 2. 10,5 - 2.8 = 5 lít
x : y 8: (5.2) 8:10
Đáp án B
Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn một thể tích hơi hợp chất hữu cơ A cần 10 thể tích oxi (đo cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất), sản phẩm thu được chỉ gồm CO2 và H2O với mCO2: mH O2 44 : 9.Biết MA <150. A có công thức phân tử là
A. C4H6O.
B. C8H8O.
C. C8H8. D. C2H2.
Hướng dẫn giải:
Từ giả thiết
2 2
CO H O
m : m 44 : 9suy ra
2 2
CO H O C H
n : n 1: 0,5n : n 1:1
A có thể có hoặc không có oxi, đặt công thức của A là CxHxOy
Phương trình phản ứng:
to
x x y 2 2 2
5x y x
C H O O xCO H O
4 2 2
5x y
1 mol
4 2
Suy ra 5x y
4 2
= 10 và x = 8; y = 0 Vậy X là C8H8.
Đáp án C
