Tài liệu Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa hữu cơ Lớp 12

I. OLYMPIC HOÁ HỌC VIỆT NAM: OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN TOÀN QUỐC 2003: 1) Nhà máy khí Dinh Cố xử lý khí thiên nhiên thành hai sản phẩm: khí hóa lỏng chứa trong các bình thép và khí cung cấp cho khu điện - đạm Phú Mĩ.

a) Hãy cho biết thành phần hóa học chính của mỗi sản phẩm đó. b) Vì sao không sản xuất chỉ khí hóa lỏng. 2) Dưới đây cho biết nhiệt độ và entanpi của các phản ứng thuận (từ trái sang phải)

Phản ứng ∆H(kJ)

2CH4 C2H2 + 3H2O +380,4 (1) CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O -890,0 (2) CH4 + 1/2O2 CO + 2H2 -33,4 (3) CH4 + H2O CO + 3H2 +204,8 (4)

CO + H2O CO2 + H2 -46,0 (5)

CO + 2H2 -110,8 (6) CH3OH

1500oC

500oC 900oC

900oC

900oC

400oC

a) Để sản xuất axetilen theo (1) vì sao người ta thêm một lượng nhỏ oxy vào hỗn hợp phản ứng? b) Để có chất đầu cho sản xuất metanol theo phản ứng (6) người ta nhiệt phân hỗn hợp metan và hơi nước theo phản ứng (4). Vì sao trong sản xuất người ta lấy tỉ lệ mol CH4 : H2O = 1 : 2 mà không phải là 1 : 1? Hỗn hợp sản phẩm thu được gồm những khí nào? c) Hãy viết phương trình phản ứng của ankan ở nhiệt độ xấp xỉ 900oC với oxy và với nước. d) Theo dự án nhà máy phân đạm Phú Mĩ, hydro được sản xuất từ khí thiên nhiên. Trong các phản ứng tạo ra hydro đã cho ở trên, nên sử dụng những phản ứng nào?. Không sử dụng những phản ứng nào?, vì sao? e) Có hỗn hợp CO + H2 (sản phẩm phản ứng (3) và (4)). Hãy đề nghị phương pháp tinh chế H2 để có thể đưa vào phản ứng với N2 tạo khí NH3. BÀI GIẢI:

1) a) Khí hóa lỏng: propan và butan.

Khí cho điện đạm: metan b) Metan có nhiệt độ hóa lỏng rất thấp. Muốn hóa lỏng phải làm lạnh sâu, nén ở áp suất cao sẽ không kinh tế bằng để ở dạng khí dẫn bằng đường ống cung cấp cho nhà máy điện đạm. 2) a) Phản ứng (1) thu nhiệt mạnh, ngoài việc cung nhiệt từ bên ngoài cần đốt cháy một ít CH4 theo phản ứng (3) để luôn đạt được và duy trì nhịêt độ cao 1500oC. b) Tăng nồng độ (áp suất riêng phần) của H2O để chuyển dịch cân bằng về phía tạo thành sản phẩm. Nước rẻ tiền hơn metan. Nước còn có tác dụng giảm CO, tăng H2 (phản ứng 5). Hỗn hợp sản phẩm thu được gồm CO, H2, H2O (dư) và CH4 (dư ít). c) CnH2n + 2 + (n/2)O2 → nCO + (n + 1)H2 CnH2n + 2 + nH2O → nCO + 2(2n + 1)H2 d) Không nên dùng phản ứng (1), gía thành sẽ rất cao vì: - Tốn năng lượng → thiết bị chịu nhiệt cao (đắt, mau hỏng) - 2 mol CH4 mới thu được 3 mol H2 (so với phản ứng 3 và 4 đều kém). Axetilen tuy là nguyên liệu qúy, đắt nhưng nếu không có nhà máy hóa chất sử dụng tại chỗ thì chỉ dùng làm nhiên liệu mà thôi, sẽ lãng phí. Nên sử dụng kết hợp đồng thời 3 phản ứng (3); (4) và (5), tức là CH4; H2O; O2 sẽ có lợi và các phản ứng thu nhiệt (4) và toả nhiệt (3); (5) bổ sung cho nhau, đều thực hiện ở 900oC đỡ tốn năng lượng và trang thiết bị. Từ 2 mol CH4, một cách gần đúng cho đến 6 mol H2.

ThuVienDeThi.com

e) Thêm một lượng H2O (có tính theo thành phần của hỗn hợp CO + H2) thực hiện phản ứng (5) ở 900oC biến CO thành CO2, sau đó làm lạnh tách CO2. OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN TOÀN QUỐC 2003: 1) Người ta tiến hành các phản ứng sau đây để xác định công thức cấu tạo của hợp chất thơm A (C9H10O): - Oxy hóa mạnh chất A với KMnO4 đậm đặc thu được hai axit C7H6O2 và C2H4O2. - Cho A phản ứng với metyl magie bromua rồi thuỷ phân thu được ancol bậc ba (B) có một nguyên tử cacbon bất đối. a) Viết công thức cấu tạo và gọi tên A. b) Hãy cho biết góc quay mặt phẳng ánh sáng phân cực của ancol B bằng 0 hay khác 0, vì sao? 2) Cho A tác dụng với metyl iodua dư trong môi trường bazơ mạnh người ta cô lập được C (C11H14O). Hãy cho biết tên cơ chế phản ứng. Viết công thức cấu tạo và gọi tên C. 3) Cho ancol B phản ứng với H2SO4 đặc nóng thu được sản phẩm chính là E (C10H12). Dùng công thức không gian thích hợp biểu diễn cơ chế phản ứng tạo thành E và gọi tên E. BÀI GIẢI 1) a) Ta có: [ ] 2 4 2 2 6 7 O H C O H C A O + ⎯→ ⎯ A có nhân benzen, một mạch nhánh, có 1O và một liên kết đôi axit benzoic axit axetic

C C6H5 CH2CH3

O

1) CH3MgBr 2) H3O+ C C6H5 CH2CH3

OH

CH3

(B)

A: etylphenylxeton b) αB = 0 vì CH3MgBr tấn công như nhau vào hai phía nhóm C = O …