Trong lĩnh vực hóa học, ngoài những phản ứng cộng và phản ứng tách, phản ứng thế đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu biết kiến thức. Vậy phản ứng thế là gì? Làm thế nào để xác định phương trình phản ứng thế? Cùng khám phá lý thuyết cũng như các ví dụ và bài tập thực hành về phản ứng thế, tất cả sẽ được LaGiNhi.com hướng dẫn chi tiết trong bài viết dưới đây!

Có thể bạn quan tâm

Hình minh họa phản ứng hóa học

Để hiểu rõ hơn về phản ứng thế và tầm quan trọng của nó, hãy cùng LaGiNhi khám phá thêm nhé!

Phản ứng thế là gì?

Phản ứng thế là một quá trình hóa học mà trong đó nguyên tử của một nguyên tố đơn thuần sẽ thay thế nguyên tử của nguyên tố khác trong hợp chất.

Phương trình phản ứng thế

Trong lĩnh vực hóa học vô cơ, quan trọng luôn là sự biến đổi về số oxi hóa của các nguyên tử trong quá trình phản ứng thế. Trong trường hợp này, một nguyên tử có hoạt tính hóa học mạnh hơn (dưới điều kiện cụ thể về nhiệt độ và áp suất) sẽ thế chỗ cho nguyên tử có hoạt tính hóa học yếu hơn trong hợp chất của nguyên tử. Điều này được mô tả qua phương trình: A+BX→AX+B

Đối với hóa học hữu cơ, phản ứng thế được hiểu là quá trình một nhóm từ một hợp chất bị thay thế bằng một nhóm khác.

Ví dụ về phản ứng thế

Trong lĩnh vực hóa học vô cơ:

  • Fe+HCl→FeCl2+H2
  • 2Al+6HCl→2AlCl3+3H2
  • 2C+SiO2→2CO+Si
  • Fe+CuCl2→Cu+FeCl2
  • Fe+H2SO4→H2+FeSO4
  • 2AlCl3+3Mg→2Al+3MgCl2
  • Zn+CuCl2→Cu+ZnCl2
  • 3Cl2+6Fe(NO3)2→4Fe(NO3)3+2FeCl3
  • 3Cl2+2NH3→6HCl+N2
  • 2HCl+Zn→H2+ZnCl2
Đọc thêm:  Canxi là gì? Đóng vai trò quan trọng như thế nào trong cơ thể?

Trong lĩnh vực hóa học hữu cơ:

  • CH4+Cl2→asCH3Cl+HCl

Phản ứng hóa học vô cơ

Phản ứng hóa học trong lĩnh vực vô cơ thường được biết đến thông qua Dãy Beketop, một công cụ so sánh hiệu suất phản ứng hóa học giữa các kim loại và hiđro. Dãy Beketop thường chỉ áp dụng cho các kim loại tiêu biểu dưới điều kiện chuẩn. Tuy nhiên, ở điều kiện nhiệt độ cao, các nguyên tố phi kim như cacbon cũng có khả năng tham gia vào các phản ứng hóa học đặc biệt, thay thế vị trí của kim loại trong hợp chất của chúng.

Ví dụ minh họa: Phản ứng khử oxit sắt (III): 3C + Fe2O3 → 3CO + 2Fe

Phản ứng thế trong hóa học hữu cơ

Các phản ứng thế trong hóa học hữu cơ được phân loại như sau:

  • Phản ứng thế ái lực hạt nhân.
  • Phản ứng thế ái lực điện tử.
  • Phản ứng thế gốc.

Các phản ứng này thường xuất hiện dưới dạng chuỗi và cần sự kích thích từ ánh sáng hoặc các chất dễ phân hủy thành gốc tự do. Chúng thường được tìm thấy trong các hiđrocacbon no, được biểu thị bằng “S”. Ví dụ, phản ứng thế halogen trong phân tử ankan thường diễn ra theo cơ chế gốc (cơ chế SR).

Ví dụ cụ thể: Trong quá trình phản ứng giữa metan và clo, phản ứng diễn ra theo cơ chế gốc và trải qua 3 giai đoạn chính: khơi mào, phát triển mạch, tắt mạch.

Trong giai đoạn khơi mào:

  • Cl2 → Cl′+Cl′ (với điều kiện là ánh sáng khuếch tán).

Trong giai đoạn phát triển mạch:

  • CH4+Cl′ → CH′3+HCl.
  • CH′3+Cl2 → CH3Cl+Cl′.

Trong giai đoạn tắt mạch:

  • Cl′+Cl′ → Cl2.
  • CH′3+Cl′ → CH3Cl.
  • CH′3+CH′3 → CH3−CH3.

Dạng 1: Phản ứng thế halogen của ankan

Nhận xét chung:

Xem thêm : Vang cơ là gì? Ưu điểm, phân loại và vai trò của vang cơ

Với các liên kết đơn bền trong phân tử, ankan ổn định hóa học ở điều kiện thông thường. Ánh sáng, nhiệt độ và xúc tác kích thích ankan tham gia phản ứng thế, tách và oxi hóa.

Phản ứng thế halogen (phản ứng halogen hóa) thường xét với Cl2, Br2. Dưới tác dụng của ánh sáng, các ankan reagiere với halogen thế. Nguyên tử H có thể bị thế bằng các nguyên tử halogen.

  • CH4 + Cl2 → as CH3Cl + HCl
  • CH3Cl + Cl2 → as CH2Cl2 + HCl
  • CH2Cl2 + Cl2 → as CHCl3 + HCl
  • CHCl3 + Cl2 → as CCl4 + HCl
Đọc thêm:  An nhiên tự tại là gì? Cách sống an nhiên tự tại đời thong dong

Quy tắc thế: Trong phản ứng thế, nguyên tử halogen ưu tiên thế vào nguyên tử H của C bậc cao hơn (có ít H hơn).

Ví dụ:

  • CH3-CH2-CH3 + Br2 → as CH3-CHBr-CH3 + HBr

Lưu ý:

  • Chỉ Cl2, Br2 tham gia phản ứng, I2, F2 không tham gia.
  • Số nguyên tử H thay thế phụ thuộc vào tỉ lệ mol ankan và halogen.
  • Nguyên tử H của C bậc cao dễ bị thay thế hơn nguyên tử H của C bậc thấp.
  • Phương pháp giải bài tập thế halogen:

Bước 1: Viết phản ứng ankan với Cl2 hoặc Br2. Nếu không biết sản phẩm thế, viết phản ứng ở dạng tổng quát:

CnH2n+2+xBr2 → as, t°CnH2n+2-xBrx + xHBr hoặc CnH2n+2+xCl2 → as, t°CnH2n+2-xClx + xHCl

Bước 2:

  • Tính khối lượng mol sản phẩm thế hoặc khối lượng mol trung bình của hỗn hợp sản phẩm nhằm xác định số nguyên tử cacbon và số nguyên tử clo, brom trong sản phẩm thế.
  • Xác định số nguyên tử cacbon và nguyên tử clo, brom để tìm công thức cấu trúc của ankan ban đầu và các sản phẩm thế.

Bài 1: Clo hóa ankan X theo tỉ lệ mol 1: 1 tạo sản phẩm dẫn xuất monoclo với 45,223% Clo. Công thức phân tử của X là gì?

Hướng dẫn giải

CnH2n+2 + Cl2 → CnH2n+1Cl + HCl

⇒ 35,5/14n + 36,5.100 = 45,223 ⇒ n = 3

CTPT của X: C3H8

Bài 2: Một ankan A có 83,33% C. Tìm CTPT và CTCT đúng của A khi tác dụng với Clo theo tỉ lệ mol 1: 1 thu được sản phẩm thế monoclo.

Hướng dẫn giải

CTPT của ankan: CnH2n+2

%mC = 12n/12n+2n+2.100% = 83,33%

⇒ n = 5

CTPT của A: C5H12

A tác dụng với Cl2 theo tỉ lệ mol 1: 1 thu được sản phẩm thế monoclo.

Dạng 2: Bài tập phản ứng thế hiđrocacbon

Bài 1: Hiđrocacbon mạch hở X trong phân tử chỉ chứa liên kết σ và có hai nguyên tử cacbon bậc ba trong một phân tử. Đốt cháy hoàn toàn 1 thể tích X sinh ra 6 thể tích CO2 (ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). Khi cho X tác dụng với Cl2 (theo tỉ lệ số mol 1 : 1), số dẫn xuất monoclo tối đa sinh ra là:

  • 3
  • 4
  • 2
  • 5

Hướng dẫn giải

X có 6 cacbon và chỉ gồm toàn liên kết xích ma

Đọc thêm:  Thức khuya là gì? Tác hại của việc thức khuya

⇒ X là: C−C(C)−C(C)−C(2,3−dimetylbutan)

⇒ X có 2 đồng phân.

Vậy số dẫn xuất monoclo tối đa sinh ra là 2.

Bài 2: Hai xicloankan M và N đều có tỉ khối hơi so với metan bằng 5,25. Khi tham gia phản ứng thế clo (ánh sáng, tỉ lệ mol 1:1) M cho 4 sản phẩm thế còn N cho 1 sản phẩm thế. Tên gọi của các xicloankan N và M là:

  • metyl xiclopentan và đimetyl xiclobutan.
  • Xiclohexan và metyl xiclopentan.
  • Xiclohexan và n-propyl xiclopropan.

Cả A, B, C đều đúng.

Hướng dẫn giải

Cả 2 đều có tỷ khối hơi so với metan bằng 5,25 ⇒ công thức phân tử là C6H12

N cho duy nhất 1 đồng phân ⇒ N chỉ có thể là xiclohexan ⇒ Loại A và D

M cho 4 đồng phân ⇒ M là metyl xiclopentan

⇒ Chọn B

FAQs
1. Phản ứng thế là gì?
Phản ứng thế là một phản ứng hóa học mà trong đó dạng đơn chất của nguyên tử nguyên tố này sẽ thay thế nguyên tử của nguyên tố khác trong hợp chất.

  1. Phương trình phản ứng thế như thế nào?
    Trong hóa học vô cơ, sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố trong phản ứng thế. Một nguyên tố có độ hoạt động hóa học mạnh hơn sẽ thay thế nguyên tố có độ hoạt động hóa học yếu hơn trong hợp chất của nguyên tố.

  2. Phản ứng thế trong hóa học vô cơ được phân loại như thế nào?
    Phản ứng thế trong hóa học vô cơ thường được đề cập là dãy Beketop, dùng để so sánh độ hoạt động hóa học của các kim loại.

  3. Phản ứng thế trong hóa học hữu cơ có những dạng nào?
    Phản ứng thế ái lực hạt nhân, phản ứng thế ái lực điện tử, và phản ứng thế gốc là các phân loại của phản ứng thế trong hóa học hữu cơ.

  4. Phản ứng thế halogen của ankan diễn ra như thế nào?
    Ankan tham gia phản ứng thế halogen dưới tác dụng của ánh sáng, trong đó nguyên tử H bị thay thế bằng nguyên tử halogen.

Summary
Trong hóa học, phản ứng thế đóng vai trò quan trọng, đòi hỏi hiểu biết sâu rộng về lý thuyết, phương trình, và ví dụ cụ thể. Việc phân loại và thực hiện các dạng bài tập liên quan đến phản ứng thế giúp củng cố kiến thức và kỹ năng giải quyết vấn đề của học sinh. Hãy thực hành và nắm vững chủ đề này để thành công trong việc học tập và nghiên cứu hóa học. Để biết thêm thông tin chi tiết và hướng dẫn, hãy truy cập website của chúng tôi.

Nguồn: https://laginhi.com
Danh mục: News