Phản ứng thế là gì? Phương trình phản ứng thế và Một số dạng bài tập

Bên cạnh phản ứng cộng và phản ứng tách, phản ứng thế cũng là một phần quan trọng trong chương trình học môn hóa học. Vậy khái niệm về phản ứng như vậy là gì? Phương trình phản ứng là gì? Lý thuyết và các dạng bài tập phản ứng?… Hãy Tip.edu.vn Cùng tìm hiểu thêm về chủ đề “phản ứng đó là gì” qua bài viết dưới đây nhé !.

Thuyết phản ứng là gì?

Khái niệm về một phản ứng như vậy là gì?

Phản ứng thay thế theo định nghĩa là một phản ứng hóa học trong đó nguyên tử của một nguyên tố ở dạng một nguyên tố thay thế nguyên tử của nguyên tố khác trong một hợp chất.

Phương trình phản ứng là gì?

• Trong hóa học vô cơ:
  • Phản ứng thế trong hóa học vô cơ luôn có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố.
  • Phản ứng thay thế về bản chất là một phản ứng hóa học trong đó nguyên tố hoạt động hóa học mạnh hơn (ở các điều kiện nhiệt độ và áp suất cụ thể) thay thế nguyên tố dễ phản ứng hơn. yếu hơn trong các hợp chất của nguyên tố này, chẳng hạn như phản ứng sau: (A + BX rightarrow AX + B )

• Trong hóa học hữu cơ, phản ứng thay thế được gọi là phản ứng hóa học trong đó một nhóm của hợp chất được thay thế bằng nhóm khác.

Một số ví dụ về phản ứng thế thường gặp

Một số phản ứng phổ biến là:

• Trong hóa học vô cơ

(Fe + HCl ngay lập tức FeCl_ {2} + H_ {2} )

(2Al + 6HCl mũi tên phải 2AlCl_ {3} + 3H_ {2} )

(3Cl_ {2} + 2NH_ {3} mũi tên phải 6HCl + N_ {2} )

(Zn + CuCl_ {2} rightarrow Cu + ZnCl_ {2} )

(2HCl + Zn mũi tên phải H_ {2} + ZnCl_ {2} )

(2C + SiO_ {2} rightarrow 2CO + Si )

(Fe + CuCl_ {2} rightarrow Cu + FeCl_ {2} )

(Fe + H_ {2} SO_ {4} rightarrow H_ {2} + FeSO_ {4} )

(2AlCl_ {3} + 3Mg rightarrow 2Al + 3MgCl_ {2} )

(3Cl_ {2} + 6Fe (NO_ {3}) _ {2} rightarrow 4Fe (NO_ {3}) _ {3} + 2FeCl_ {3} )

• Hóa học vô cơ

(CH_ {4} + Cl_ {2} overset {as} { rightarrow} CH_ {3} Cl + HCl )

Phản ứng thay thế trong hóa học vô cơ

• Trong chương trình hóa học THPT, người ta thường nhắc đến dãy số Beketop, đây sẽ là dãy số để so sánh khả năng phản ứng hóa học của một số kim loại với nhau và với hiđro. Tuy nhiên, phạm vi này chỉ dành cho một số kim loại điển hình ở điều kiện tiêu chuẩn. Trên thực tế, ở nhiệt độ cao, một số phi kim, chẳng hạn như cacbon, có thể thay thế kim loại trong hợp chất của chúng.
• Ví dụ, sự khử sắt (III) oxit là một phản ứng thế điển hình: (3C + Fe_ {2} O_ {3} mũi tên phải 3CO + 2Fe )
• Chuỗi phản ứng hóa học (dòng beketop):

Phản ứng thay thế trong hóa học hữu cơ

Phản ứng thế trong các hợp chất hữu cơ được chia thành các loại sau:

• Phản ứng thay thế ái lực hạt nhân.
• Phản ứng thế ái lực của electron.
• Phản ứng thế gốc.

***Ghi chú:

• Phản ứng này thường gặp ở các hiđrocacbon no, ký hiệu là S.
• Phản ứng thế halogen trong phân tử ankan sẽ diễn ra theo cơ chế gốc (cơ chế SR).
• Đây là một phản ứng dây chuyền. Vì vậy, để bắt đầu phản ứng, cần phải chiếu sáng hoặc thêm các chất dễ bị phân hủy thành các gốc tự do hoạt động.

Ví dụ: Xét quá trình phản ứng giữa metan và clo, phản ứng xảy ra theo cơ chế nguyên phân, trải qua 3 giai đoạn: khởi đầu, phát triển mạch và tắt.

• Kích hoạt:
  • (Cl_ {2} rightarrow Cl ‘+ Cl’ ) (điều kiện: ánh sáng khuếch tán).
• Phát triển mạch:
  • (CH_ {4} + Cl ‘ rightarrow CH_ {3}’ + HCl )
  • (CH_ {3} ‘+ Cl_ {2} rightarrow CH_ {3} Cl + Cl’ )
• Tắt mạch:
  • (Cl ‘+ Cl’ rightarrow Cl_ {2} )
  • (CH_ {3} ‘+ Cl’ rightarrow CH_ {3} Cl )
  • (CH_ {3} ‘+ CH_ {3}’ mũi tên phải CH_ {3} -CH_ {3} )

Một số dạng bài tập về sự thay thế

Dạng 1: Phản ứng thế halogen của ankan

• Nhận xét chung :
  • Vì chỉ có liên kết đơn bền trong phân tử nên ankan rất trơ về mặt hóa học ở điều kiện thường. Các ankan không bị oxi hóa bởi các dung dịch sau (H_ {2} SO_ {4} , d, HNO_ {3}, KMnO_ {4},… )
  • Trong điều kiện có ánh sáng, nhiệt độ và xúc tác, ankan tham gia các phản ứng thế, tách và phản ứng oxi hóa.

• Phản ứng thế halogen (phản ứng halogen hóa)
  • Thường xem xét phản ứng với (Cl_ {2}, Br_ {2} )
  • Dưới tác dụng của ánh sáng, ankan sẽ tham gia phản ứng thế halogen. Các nguyên tử H có thể được thay thế lần lượt đến tận cùng bằng các nguyên tử halogen.
    • (CH_ {4} + Cl_ {2} overset {as} { rightarrow} CH_ {3} Cl + HCl )
    • (CH_ {3} Cl + Cl_ {2} overset {as} { rightarrow} CH_ {2} Cl_ {2} + HCl )
    • (CH_ {2} Cl_ {2} + Cl_ {2} overset {as} { rightarrow} CHCl_ {3} + HCl )
    • (CHCl_ {3} + Cl_ {2} overset {as} { rightarrow} CCl_ {4} + HCl )

• Quy tắc thế: Khi tham gia phản ứng thế, nguyên tử halogen sẽ ưu tiên tham gia thế nguyên tử H có bậc cao hơn C (có ít H hơn).

Ví dụ:

(CH_ {3} – CH_ {2} -CH_ {3} + Br_ {2} overset {as} { rightarrow} CH_ {3} -CHBr-CH_ {3} + HBr )

Ghi chú:

• Chỉ (Cl_ {2}, Br_ {2} ) tham gia phản ứng, (I_ {2}, F_ {2} ) không tham gia phản ứng.
• Số nguyên tử H bị thay thế phụ thuộc vào tỉ lệ số mol của ankan và halogen.
• Nguyên tử H của C cao hơn dễ bị thay thế hơn nguyên tử H của C thấp hơn.

Phương pháp giải các bài toán về sự thay thế halogen

• Bước 1: Viết phương trình phản ứng của ankan với (Cl_ {2} ) hoặc (Br_ {2} ). Nếu bài toán không cho biết sản phẩm là monohalogen, dihalogen, … thì ta phải viết phản ứng ở dạng tổng quát:
  • (C_ {n} H_ {2n + 2} + xBr_ {2} overset {as, t ^ { circle}} { rightarrow} C_ {n} H_ {2n + 2-x} Br_ {x} + xHBr )
  • hoặc (C_ {n} H_ {2n + 2} + xCl_ {2} overset {as, t ^ { circle}} { rightarrow} C_ {n} H_ {2n + 2-x} Cl_ {x} + xHCl )
• Bước 2: Tính khối lượng mol của sản phẩm thay thế hoặc khối lượng mol trung bình của hỗn hợp sản phẩm để tìm số nguyên tử cacbon trong ankan hoặc mối quan hệ giữa số nguyên tử cacbon với số nguyên tử clo và brom trong sản phẩm thay thế. Qua đó sẽ xác định được số nguyên tử cacbon cũng như số nguyên tử clo và brom trong sản phẩm thay thế. Từ đó tìm công thức cấu tạo của ankan ban đầu và công thức cấu tạo của các sản phẩm thay thế.

Bài 1: Clo hoá ankan X theo tỉ lệ mol 1: 1 thu được sản phẩm dẫn xuất đơn chức có thành phần khối lượng là 45,23% clo. Vậy công thức phân tử của X là gì?

Hướng dẫn giải pháp

Ta có: (C_ {n} H_ {2n + 2} + Cl_ {2} rightarrow C_ {n} H_ {2n + 1} Cl + HCl )

( Rightarrow frac {35,5} {14n + 36,5} .100 = 45,223 Rightarrow n = 3 )

Vậy CTPT của X là: (C_ {3} H_ {8} )

Bài 2: Một ankan có thành phần phần trăm C là 83,33%. Tìm CTPT và xác định CTCT đúng của A biết rằng khi cho A phản ứng với Clo theo tỉ lệ mol 1: 1 thì ta chỉ thu được 1 sản phẩm thế là monoloro.

Hướng dẫn giải pháp

Gọi CTPT của ankan là: (C_ {n} H_ {2n + 2} )

% (m_ {C} = frac {12n} {12n + 2n + 2} .100 )% = 83,33%

( Rightarrow n = 5 )

Vậy CTPT của A là (C_ {5} H_ {12} )

A phản ứng với (Cl_ {2} ) theo tỉ lệ số mol 1: 1, ta chỉ nhận được 1 sản phẩm thế đơn chức.

( Rightarrow ) CTCT đúng của A là:

Dạng 2: Bài tập về phản ứng thế của hiđrocacbon

Bài 1: Hiđrocacbon X mạch hở trong phân tử chỉ chứa liên kết ( sigma ) và có hai nguyên tử cacbon bậc ba trong phân tử. Đốt cháy hoàn toàn 1 thể tích X sinh ra 6 thể tích (CO_ {2} ) (ở cùng nhiệt độ và áp suất). Khi cho X phản ứng với (Cl_ {2} ) (theo tỉ lệ mol 1: 1), số dẫn xuất đơn chức tối đa tạo ra là:

1. 3
2. 4
3. 2
4. 5

Hướng dẫn giải pháp

X có 6 nguyên tử và chỉ được tạo thành từ các liên kết nhiễm sắc thể

( Rightarrow ) X là: (CC (C) -C (C) -C , (2,3-đimetylbutan) )

( Rightarrow ) X có 2 đồng phân.

Vậy số dẫn xuất monoclo tối đa được tạo ra là 2.

Bài 2: Hai xicloan M và N đều có tỉ khối so với khí metan là 5,25. Khi tham gia phản ứng thế clo (nhẹ, tỉ lệ mol 1: 1) M cho 4 sản phẩm thay thế và N cho 1 sản phẩm thế. Tên của xicloalkanes N và M là:

1. metyl xiclopentan và đimetyl xiclobutan.
2. Xiclohexan và metyl xiclopentan.
3. Xiclohexan và n-propyl xiclopropan.
4. Cả a, b, c đều đúng.

Hướng dẫn giải pháp

Cả hai đều có tỉ lệ hơi khí trên metan là 5,25 ( Rightarrow ) với công thức phân tử (C_ {6} H_ {12} )

N chỉ cho 1 đồng phân ( Rightarrow ) N chỉ có thể là cyclohexane ( Rightarrow ) Loại A và D

M cho 4 đồng phân ( Rightarrow ) M là metyl xiclopentan

( Rightarrow ) Chọn XÓA

Như vậy bài viết trên của Tip.edu.vn đã giúp các bạn tổng hợp chuyên đề Phản ứng thế là gì cũng như một số dạng bài tập. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc nhận xét nào về bài viết, đừng quên để lại ở phần bình luận bên dưới. Chúc may mắn với các nghiên cứu của bạn!.

Xem video để biết chi tiết:

Xem thêm:

• Phản ứng xà phòng hóa: Lý thuyết và bài tập áp dụng
• Phản ứng trung hòa là gì? Định nghĩa, Phân loại và Bài tập
• Phản ứng nhiệt quang là gì? Các phản ứng thu nhiệt nhôm phổ biến