1. HYDROCARBON NO (ALKANE)
Từ khóa/Công thức: \(C_nH_{2n+2}\) (\(n \ge 1\)). Chỉ có liên kết đơn (liên kết \(\sigma\) bền vững).
Tính chất vật lý: Mạch C càng dài \(\rightarrow\) nhiệt độ sôi/nóng chảy càng tăng. Nếu cùng số C, nhánh càng nhiều \(\rightarrow\) nhiệt độ sôi càng giảm (do tương tác van der Waals giảm). Không tan trong nước. Khả năng bắt lửa giảm khi khối lượng phân tử tăng.
Phản ứng đặc trưng: Phản ứng Thế (Halogen hóa). Cần điều kiện ánh sáng. Ưu tiên thế vào C bậc cao (ít H hơn) tạo sản phẩm chính.
Ứng dụng quan trọng:
Cracking: Bẻ gãy mạch dài thành mạch ngắn (Alkane \(\rightarrow\) Alkane mới + Alkene).
Reforming: Chuyển mạch thẳng thành mạch nhánh hoặc vòng (để tăng chỉ số octane cho xăng).
2. HYDROCARBON KHÔNG NO (ALKENE & ALKYNE)
Công thức: Alkene \(C_nH_{2n}\) (\(n \ge 2\)), Alkyne \(C_nH_{2n-2}\) (\(n \ge 2\)).
Bản chất: Có liên kết \(\pi\) kém bền \(\rightarrow\) rất dễ đứt gãy để tham gia Phản ứng Cộng và Oxi hóa.
Dấu hiệu nhận biết:
Làm mất màu nước Bromine (\(Br_2\)) và \(KMnO_4\) ở ngay điều kiện thường.
Riêng Alkyl đầu mạch (Alk-1-yne, vd: \(HC \equiv CH\), \(CH_3-C \equiv CH\)): Tác dụng \(AgNO_3/NH_3\) tạo kết tủa vàng nhạt \(\rightarrow\) Dùng để phân biệt ank-1-in với anken/ankan hoặc các ankin có nối ba ở giữa mạch.
Quy tắc Markovnikov (Phản ứng cộng HX, \(H_2O\) vào Alkene bất đối xứng):
H cộng vào C có nhiều H hơn ("Giàu càng giàu").
X (hoặc OH) cộng vào C có ít H hơn \(\rightarrow\) tạo Sản phẩm chính.
Đồng phân hình học (Cis-trans): Điều kiện bắt buộc là phải có nối đôi C=C và 2 nhóm gắn vào cùng 1 C phải KHÁC NHAU (\(a \neq b\) và \(c \neq d\)). Ethene, Propene, But-1-ene không có đồng phân hình học.
Điều chế phòng thí nghiệm:
Ethene (\(C_2H_4\)): Đun nóng Ethanol (\(C_2H_5OH\)) với \(H_2SO_4\) đặc, 170°C (Phản ứng tách nước).
Ethyne (\(C_2H_2\)): Cho Đất đèn (\(CaC_2\)) + \(H_2O\).
3. HYDROCARBON THƠM (ARENE)
Bản chất "Tính thơm": Dễ thế, khó cộng, bền với chất oxi hóa. Liên kết trong vòng Benzene là hệ liên hợp khép kín, độ dài liên kết nằm ở giữa liên kết đơn và đôi.
Dấu hiệu nhận biết (CỰC KỲ QUAN TRỌNG):
Benzene (\(C_6H_6\)): Không làm mất màu \(Br_2/H_2O\), Không làm mất màu \(KMnO_4\) kể cả đun nóng. Chỉ tác dụng \(Br_2\) khan (xúc tác \(FeBr_3, t^o\)) hoặc \(Cl_2\) (ánh sáng).
Toluene (\(C_6H_5-CH_3\)): Không làm mất màu \(KMnO_4\) ở đk thường, nhưng LÀM MẤT MÀU \(KMnO_4\) khi ĐUN NÓNG (tạo acid benzoic \(C_6H_5COOH\)).
Styrene (\(C_6H_5-CH=CH_2\)): Làm mất màu \(Br_2\) và \(KMnO_4\) ở điều kiện thường (vì có nối đôi ở nhánh giống alkene).
Quy tắc thế vòng Benzene: Nhóm Alkyl (\(-CH_3\)) là nhóm đẩy electron \(\rightarrow\) Định hướng thế vào vị trí ortho (o-) và para (p-). (Ví dụ: Toluene + \(Br_2\) \(\rightarrow\) o-bromotoluene và p-bromotoluene).
Đồng phân \(C_8H_{10}\): Có 4 đồng phân thơm (Ethylbenzene, o-xylene, m-xylene, p-xylene).
4. DẪN XUẤT HALOGEN
Nhiệt độ sôi: Phụ thuộc lực Van der Waals \(\rightarrow\) I > Br > Cl > F (Ví dụ: \(C_2H_5I > C_2H_5Br > C_2H_5Cl > C_2H_5F\)).
2 Phản ứng bắt buộc phải nhớ:
Phản ứng Thủy phân (Tạo Alcohol): Đun với dung dịch kiềm (NaOH/\(H_2O\)). Ví dụ: \(R-Cl + NaOH \rightarrow R-OH + NaCl\).
Phản ứng Tách (Tạo Alkene): Đun với kiềm trong alcohol (NaOH/\(C_2H_5OH\), t°). Tuân theo Quy tắc Zaitsev: Halogen bị tách cùng H ở C bên cạnh có bậc cao hơn (ít H hơn) \(\rightarrow\) tạo nối đôi có nhiều nhánh hơn là sản phẩm chính.
5. MỞ RỘNG
Chỉ số Octane: Đánh giá khả năng chống kích nổ của xăng. Xăng tốt \(\rightarrow\) Chỉ số Octane cao. Alkane mạch hở dài có chỉ số rất THẤP \(\rightarrow\) Phải Reforming để biến thành mạch nhánh hoặc vòng (Arene) để TĂNG chỉ số octane. Thêm chì (lead) vào xăng từng được dùng để tăng octane nhưng giờ CẤM vì ô nhiễm.
Khí Biogas / CNG: Thành phần chính là Methane (\(CH_4\)). (Không phải Butane/Propane như bình gas nấu ăn).
Freon (CFC/HCFC): Dùng làm chất làm lạnh, nhưng làm THỦNG TẦNG OZONE (do liên kết \(C-Cl\) yếu, bị tia UV cắt đứt tạo gốc tự do phá ozone) và GÂY HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH.
Đếm đồng phân Halogen hóa:
Isopentane (\(C_5H_{12}\) nhánh): Cộng \(Cl_2/as\) cho ra tối đa 4 sản phẩm monochloro.
Butane (\(C_4H_{10}\) thẳng): Cho ra 2 sản phẩm.
2-methylpentane: Tối đa 5 sản phẩm.
(Cách làm: Vẽ trục đối xứng, đếm số nguyên tử C có môi trường H khác nhau).
Nhiệt độ nóng chảy/sôi (Trạng thái lỏng/khí):
Chất là KHÍ khi: \(Nhiệt\ độ\ môi\ trường\ (25^\circ C) > Nhiệt\ độ\ sôi\).
Chất là LỎNG khi: \(Nhiệt\ độ\ nóng\ chảy < 25^\circ C < Nhiệt\ độ\ sôi\).
Chất là RẮN khi: \(25^\circ C < Nhiệt\ độ\ nóng\ chảy\).
(Đọc kỹ bẫy này ở Câu 3 - Phần III - Đề 2, người ta hay cho bảng số liệu).
Hình minh hoạ: Hoá chất Toluene
PHẦN TỰ LUẬN (PHẦN IV)
Trong đề này, tự luận xoay quanh 3 dạng chính. Dưới đây là cách tư duy:
Dạng 1: Viết phương trình phản ứng (Dễ lấy điểm nhất)
Lưu ý: Bắt buộc ghi điều kiện phản ứng, thiếu điều kiện trừ nửa số điểm.
Cheat code các điều kiện:
+ \(Cl_2\), \(Br_2\) (thế vào alkane / thế vào nhánh toluene): Ánh sáng (as).
+ \(Cl_2\), \(Br_2\) (thế vào vòng benzene): Bột Fe, đun nóng (\(FeBr_3, t^o\)).
Nitro hóa (Cộng \(HNO_3\)): Dùng hỗn hợp acid \(HNO_3\) đặc + \(H_2SO_4\) đặc, \(t^o\).
Tách \(H_2\) hoặc Cracking: \(xt, t^o\).
Tách nước tạo Alkene: \(H_2SO_4\) đặc, 170°C.
Cộng \(H_2O\) vào Alkyne: \(HgSO_4, H_2SO_4, 80^oC\). (Tạo Aldehyde/Ketone chứ không tạo Alcohol).
Cộng \(H_2\) nhưng chỉ dừng ở Alkene: Xúc tác Lindlar (\(Pd/PbCO_3, t^o\)). NẾU dùng Ni/\(t^o\) sẽ ra thẳng Alkane.
Dạng 2: Tính toán nhiệt lượng - Môi trường (Bài toán thực tế)
Bản chất: Đốt 1 mol khí sẽ tỏa ra 1 lượng nhiệt \(Q\) (gọi là Biến thiên enthalpy \(\Delta_r H^0_{298}\)).
Các bước giải bài Bình Gas (Ví dụ Đề 1 & Đề 4):
1. Đặt số mol của Propane (\(C_3H_8\)) là \(x\), Butane (\(C_4H_{10}\)) là \(y\).
2. Dữ kiện 1: Tỉ lệ thể tích chính là tỉ lệ số mol (VD \(1:2 \rightarrow y = 2x\)). Lập phương trình khối lượng \(m_{gas} = 44x + 58y = M_{tổng}\). Giải ra \(x, y\).
3. Tính tổng nhiệt lượng LÝ THUYẾT: \(Q_{tổng} = x \cdot Q_{propane} + y \cdot Q_{butane}\).
4. Tính nhiệt lượng THỰC TẾ dùng được: \(Q_{thực} = Q_{tổng} \times Hiệu\ suất\ (\%)\).
5. Tính số ngày: Lấy \(Q_{thực}\) chia cho Nhiệt lượng gia đình tiêu thụ 1 ngày.
Dạng 3: Xác định CTPT từ Phổ khối lượng (MS) và phần trăm nguyên tố
Phổ khối MS: Cứ thấy chữ "peak ion phân tử \([M^+]\) có m/z = A" \(\rightarrow\) Suy ra ngay Phân tử khối \(M = A\).
Các bước giải:
1. Tìm phần trăm khối lượng các nguyên tố: \(\%C, \%H, \%O, \%Halogen...\) (Đảm bảo tổng = 100%).
2. Lập tỉ lệ: \(x : y : z = \frac{\%C}{12} : \frac{\%H}{1} : \frac{\%X}{M_X}\).
3. Rút gọn ra tỉ lệ số nguyên đơn giản nhất \(\rightarrow\) Công thức đơn giản nhất.
4. Cho \((CTĐGN)_n = M\) (lấy từ phổ MS) \(\rightarrow\) Tìm ra \(n \rightarrow\) Chốt CTPT.
Dạng 4: Bài toán đốt gas/nhiệt lượng:
Bước 1: Đổi đơn vị (kg \(\rightarrow\) g, hoặc để nguyên nhưng phải ghi rõ mol theo kg). Khuyên dùng: \(12kg = 12000g\).
Bước 2: Gọi \(x, y\) là số mol \(C_3H_8\) và \(C_4H_{10}\). Viết hệ phương trình khối lượng (\(44x + 58y = 12000\)) và tỉ lệ (\(x/y = 1/2 \rightarrow y = 2x\)). Giải ra \(x, y\).
Bước 3: Lời giải 1: "Tổng nhiệt lượng lý thuyết tỏa ra là: \(Q_{lt} = x \cdot \Delta_r H^o_1 + y \cdot \Delta_r H^o_2 = A\ (kJ)\)".
Bước 4: Lời giải 2: "Nhiệt lượng thực tế hộ gia đình thu được (hiệu suất 80%) là: \(Q_{tt} = A \times 0,8 = B\ (kJ)\)".
Bước 5: Lời giải 3: "Số ngày sử dụng hết bình gas là: \(B / 10000 = ...\) ngày". (Luôn làm tròn theo yêu cầu của đề).
Dạng 5: Bài toán tìm CTPT:
Ghi rõ: Gọi CTPT là \(C_xH_yBr_zCl_tF_k\).
Viết biểu thức tỉ lệ \(x:y:z = \frac{\%m_C}{12} : \frac{\%m_H}{1} : ...\)
Ghi chú thích: "Từ phổ MS có m/z của peak ion phân tử là \(M \rightarrow M = ...\)"
Suy ra CTPT và nhớ gọi tên theo danh pháp thay thế nếu đề yêu cầu. (Đánh số ưu tiên nhóm thế Halogen sao cho tổng số chỉ vị trí là nhỏ nhất, đọc tên theo bảng chữ cái: Bromo \(\rightarrow\) Chloro \(\rightarrow\) Fluoro).
Dạng 6: Sơ đồ chuỗi: \(A \xrightarrow{H_1\%} B \xrightarrow{H_2\%} C\).
Hiệu suất tổng (\(H_{tổng}\)): \(H_{tổng} = H_1\% \times H_2\% \times ...\)
Quy tắc "Tiến nhân - Lùi chia":
Tính sản phẩm (từ trái qua phải): Lấy lý thuyết NHÂN cho \(H\%\).
Tính nguyên liệu (từ phải qua trái): Lấy lý thuyết CHIA cho \(H\%\).
Bẫy rẽ nhánh (Đề 5 - Bài PVC): Nếu đề bảo dẫn 40% thể tích đi làm chất A, 60% đi làm chất B. Nhớ phải lấy lượng ban đầu nhân với 0,4 hoặc 0,6 TRƯỚC RỒI MỚI đưa vào phương trình tính toán.
Độ tinh khiết: \(m_{nguyên\ chất} = m_{thực\ tế} \times Độ\ tinh\ khiết\ (\%)\). Luôn nhớ tính theo lượng NGUYÊN CHẤT trong phương trình hóa học.
Dạng 7: Nâng cao phổ MS:
Phổ Khối lượng (MS):
Tín hiệu phân tử \([M^+]\) xa nhất về bên phải \(\rightarrow\) Cho biết Khối lượng phân tử (\(M\)).
Bẫy cực hiểm (Đề 3): Nếu có 2 peak \([M^+]\) ở sát nhau (VD: m/z = 184 và 186) với tỉ lệ 1:1 \(\rightarrow\) Chứng tỏ phân tử có chứa 1 nguyên tử Bromine (\(Br\)). Vì \(Br\) trong tự nhiên có 2 đồng vị là \(^{79}Br\) và \(^{81}Br\) tỉ lệ 1:1.
Phổ Hồng ngoại (IR):
Vùng 3000 - 3100 cm⁻¹: Nối \(C-H\) của \(C=C\) (Alkene) hoặc Vòng Benzene.
Vùng 2850 - 3000 cm⁻¹: Nối \(C-H\) của \(C-C\) no (Alkane/nhánh Alkyl).
Vùng 1620 - 1680 cm⁻¹: Nối \(C=C\) mạch hở (Alkene).
Vùng 1500 - 1600 cm⁻¹: Nối \(C=C\) trong vòng thơm (Benzene).
Vùng 500 - 650 cm⁻¹: Liên kết C-Halogen (\(C-Br, C-Cl\)).
Dạng 8: Nâng cao về thí nghiệm
1. Thí nghiệm điều chế Bromobenzene (\(C_6H_6 + Br_2 \xrightarrow{Fe}\)):
Ống sinh hàn (Phễu úp ngược): Dùng để làm lạnh, ngưng tụ hơi benzene và bromine chưa phản ứng bay lên rớt xuống lại bình. ĐỒNG THỜI, phễu úp ngược sát mặt nước (chứ không nhúng sâu) để chống hút ngược dung dịch NaOH vào bình đun nóng (gây vỡ bình).
Hiện tượng sủi bọt khí "khói trắng": Là khí \(HBr\) sinh ra tiếp xúc với hơi ẩm trong không khí, KHÔNG PHẢI là hơi \(Br_2\) thoát ra (Hơi \(Br_2\) màu nâu đỏ cơ!).
Rửa bằng NaOH: Để trung hòa acid \(HBr\) và \(Br_2\) dư.
Thêm \(CaCl_2\) khan vào cuối: Nhằm mục đích hút nước (làm khô) sản phẩm hữu cơ trước khi chưng cất.
2. Thí nghiệm Nitro hóa Benzene (Tạo TNT hoặc Nitrobenzene):
Hỗn hợp acid (\(HNO_3\) đặc + \(H_2SO_4\) đặc): \(H_2SO_4\) đặc đóng 2 vai trò: (1) Xúc tác tạo ra \(NO_2^+\) (tác nhân thế), (2) Hút nước sinh ra \(\rightarrow\) làm cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (tăng hiệu suất).
3. Thí nghiệm Tách nước Ethanol (\(C_2H_5OH \rightarrow C_2H_4\)):
Nhiệt độ BẮT BUỘC là 170°C. (Nếu đun 140°C sẽ sinh ra Ether \(C_2H_5-O-C_2H_5\), sai sản phẩm).
Khí Ethene sinh ra thường lẫn tạp chất \(SO_2, CO_2\) (do \(H_2SO_4\) đặc oxi hóa). Cần dẫn qua bình đựng \(NaOH\) để làm sạch tạp chất này trước khi thử tính chất (làm mất màu \(KMnO_4, Br_2\)).
⚠️ CÁC LƯU Ý
1. Dung môi của hữu cơ: Quy tắc "Đồng thanh tương ứng" (Chất tương tự hòa tan chất tương tự). Alkane, Alkene, Arene là hợp chất Kém phân cực, do đó chúng Không tan trong nước, chỉ tan trong dung môi hữu cơ (\(CCl_4\), benzene, chloroform...). Khí thiên nhiên (Methane), khí biogas cũng không tan trong nước.
2. Khối lượng riêng: Các Hydrocarbon mạch hở thường nhẹ hơn nước (nổi lên trên).
3. Bẫy Từ ngữ "Sản phẩm thế" vs "Sản phẩm chính":
Hỏi "tối đa bao nhiêu sản phẩm" \(\rightarrow\) Đếm hết các vị trí C khác nhau.
Hỏi "sản phẩm chính" \(\rightarrow\) Áp dụng quy tắc Zaitsev hoặc Markovnikov.
4. Phân biệt Nhiệt độ đun của Dẫn xuất Halogen:
Chữ NaOH/\(H_2O\) \(\rightarrow\) Thế \(-OH\) (Tạo Alcohol).
Chữ NaOH/\(C_2H_5OH\) (Ethanol) \(\rightarrow\) Tách \(HX\) (Tạo Alkene). Bẫy cực mạnh ở đây, nhớ nhìn kỹ mũi tên điều kiện!
5. Bẫy đồng phân cấu tạo vs Đồng phân hình học: Đề hỏi "đồng phân alkene" \(\rightarrow\) Chỉ vẽ cấu tạo. Đề hỏi "Bao gồm cả đồng phân hình học" \(\rightarrow\) Vẽ xong phải check xem chất nào có Cis-trans thì đếm thêm 1.
6. Hiệu suất tổng của Chuỗi phản ứng: Nếu qua nhiều giai đoạn (ví dụ \(A \xrightarrow{H_1} B \xrightarrow{H_2} C\)), thì Hiệu suất chung \(H_{chung} = H_1 \times H_2\). Áp dụng vào tính khối lượng: \(m_{thu\ được} = m_{lý\ thuyết} \times H\%\).
