50 bài tập về Phản ứng thế, phản ứng cộng của các hiđrocacbon thơm (có đáp án 2024) và cách giải

Dạng 1: Bài tập về phản ứng thế, phản ứng cộng của các hiđrocacbon thơm và cách giải – Hóa học lớp 11

A. Lý thuyết và phương pháp giải

1. Phản ứng thế (phản ứng clo hóa, brom hóa, nitro hóa)

- Một số phản ứng hay gặp:

C₆H₆ + Br₂ $\stackrel{Fe,t^o}{\to }$ C₆H₅Br + HBr

C₆H₆ + HNO₃ $\stackrel{H_{2}S{O}_4,t^o}{\to }$ C₆H₅NO₂ + H₂O

- Do ảnh hưởng của nhân thơm đối với mạch nhánh, nên khi chiếu sáng toluen tham ra phản ứng thế nguyên tử hiđro ở nhóm CH₃.

- Toluen tham gia phản ứng brom khi có mặt bột sắt tạo thành hỗn hợp sản phẩm:

- Phản ứng clo hóa, brom hóa (t^o, Fe) hoặc phản ứng nitro hóa (t^o, H₂SO_{4 đặc}) đối với hiđrocacbon thơm phải tuân theo quy tắc thế trên vòng benzen.

- Quy tắc thế vào vòng benzen:

+ Nếu vòng benzen đã có sẵn nhóm thế loại I (-OH, ankyl, -NH₂ …) thì phản ứng thế xảy ra dễ hơn so với benzen và ưu tiên thế vào vị trí o- và p-.

+ Nếu vòng benzen đã có sẵn nhóm thế loại II (-COOH, -CHO, -CH=CH₂) thì phản ứng thế xảy ra khó hơn so với benzen và ưu tiên thế vào vị trí m-.

- Phản ứng clo hóa, brom hóa có thể xảy ra ở phần mạch nhánh no của vòng benzen trong điều kiện có ánh sáng và nhiệt độ.

2. Phản ứng cộng

$C_6{H}_6+3H_2\stackrel{t^o,Ni}{\to }{C}_6{H}_{12}$

$C_6{H}_6+3C{l}_2\stackrel{\text{as}}{\to }{C}_6{H}_{6}C{l}_6$

- Đối với một số hợp chất có phần mạch nhánh không no có thể tham gia phản ứng cộng ở nhánh.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Lượng clobenzen thu được khi cho 15,6 gam C₆H₆ tác dụng hết với clo (có mặt bột Fe) với hiệu suất đạt 80% là

A. 14 gam.

B. 16 gam.

C. 18 gam.

D. 20 gam.

Hướng dẫn giải:

$n_{C_6{H}_{6}pu}=\frac{15,8}{78}.80\%=0,16mol$

Phương trình phản ứng:

$\begin{array}{l}{C}_6{H}_6+C{l}_2\stackrel{t^0,Fe}{\to }{C}_6{H}_{5}Cl+HCl\\ 0,16\to 0,16mol\end{array}$

$m_{C_6{H}_{5}Cl}=0,16.112,5=18g$

Đáp án C

Ví dụ 2: Hỗn hợp C₆H₆ và Cl₂ có tỉ lệ số mol 1:1,5. Trong điều kiện có mặt bột Fe, t^o và hiệu suất 100%. Sau phản ứng thu được chất gì với số mol bao nhiêu?

A. 1 mol C₆H₅Cl; 1 mol HCl; 1 mol C₆H₄Cl₂.

B. 1,5 mol C₆H₅Cl; 1,5 mol HCl; 0,5 mol C₆H₄Cl₂.

C. 1 mol C₆H₅Cl; 1,5 mol HCl; 0,5 mol C₆H₄Cl₂.

D. 0,5 mol C₆H₅Cl; 1,5 mol HCl; 0,5 mol C₆H₄Cl₂.

Hướng dẫn giải:

Tỉ lệ số mol:$\frac{n_{C{l}_2}}{n_{C_6{H}_6}}=1,5$_→ Phản ứng tạo ra hỗn hợp hai sản phẩm là C₆H₅Cl và C₆H₄Cl₂.

Phương trình phản ứng:

$\begin{array}{l}{C}_6{H}_6+C{l}_2\stackrel{t^0,Fe}{\to }{C}_6{H}_{5}Cl+HCl\\ x \to x\to x\to xmol\end{array}$(1)

$\begin{array}{l}{C}_6{H}_6+2C{l}_2\stackrel{t^0,Fe}{\to }{C}_6{H}_{5}C{l}_2+2HCl\\ y\to 2y\to y\to 2ymol\end{array}$(2)

Giả sử có 1 mol C₆H₆ và 1,5 mol Cl₂

Ta có: $\left\{\begin{array}{c}x+y=1\\ x+2y=1,5\end{array}\Rightarrow \left\{\begin{array}{c}x=0,5\\ y=0,5\end{array}\right.\right.$

Vậy sau phản ứng thu được 0,5 mol C₆H₅Cl; 1,5 mol HCl; 0,5 mol C₆H₄Cl₂.

Đáp án D

Ví dụ 3: Hiđro hóa 49 gam hỗn hợp A gồm benzen và naphtalen bằng H₂ xúc tác thích hợp thu được 39,72 gam hỗn hợp sản phẩm B gồm xiclohexan và đecalin. Biết hiệu suất hiđro hóa benzen và naphtalen lần lượt bằng 70% và 80%. Thành phần % khối lượng của xiclohexan trong B là

A. 29,6%.

B. 33,84 %.

C. 44,41 %.

D. 50,76%.

Hướng dẫn giải:

Gọi số mol benzen và naphtalen lần lượt là x và y

Phương trình phản ứng:

$\begin{array}{l}{C}_6{H}_6+3H_2\stackrel{t^o,Ni}{\to }{C}_6{H}_{12}\\ xxmol\end{array}$

Do hiệu suất của phản ứng là 70% nên số mol xiclohexan là 0,7x (mol)

$\begin{array}{l}{C}_{10}{H}_8+5H_2\stackrel{xt,t^o}{\to }{C}_{10}{H}_{18}\\ yymol\end{array}$

Do hiệu suất của phản ứng là 80% nên số mol đecalin là 0,8y (mol)

Ta có hệ phương trình:

$\left\{\begin{array}{c}78x+128y=49\\ 0,7x.84+0,8y.138=39,72\end{array}\right.\Rightarrow \left\{\begin{array}{c}x=0,3\\ y=0,2\end{array}\right.$

m_xiclohexan = 0,3.0,7. 84 = 17,64 g

% xiclohexan = $\frac{17,64}{39,72}.100\%=44,41\%$

Đáp án C

C. Bài tập tự luyện

Câu 1: TNT (2,4,6- trinitrotoluen) được điều chế bằng phản ứng của toluen với hỗn hợp gồm HNO₃ đặc và H₂SO₄ đặc, trong điều kiện đun nóng. Biết hiệu suất của toàn bộ quá trình tổng hợp là 80%. Tính lượng TNT (2,4,6- trinitrotoluen) tạo thành từ 230 gam toluen?

A. 454 gam.

B. 567,5 gam.

C. 397,25 gam.

D. 227 gam.

Hướng dẫn giải:

Số mol toluen tham gia phản ứng: n_toluen = 230 : 94 = 2,5 mol

Phương trình phản ứng:

Lượng TNT (2,4,6- trinitrotoluen) tạo thành từ 230 gam toluen:

m_TNT = $2,\mathrm{5.227.}\frac{80}{100}$ = 454 gam

Đáp án A

Câu 2: Một hợp chất hữu cơ X có vòng benzen có CTĐGN là C₃H₂Br và M = 236. Gọi tên hợp chất này biết rằng hợp chất này là sản phẩm chính trong phản ứng giữa C₆H₆ và Br₂ (có mặt Fe).

A. o- hoặc p-đibrombenzen.

B. o- hoặc p-đibromuabenzen.
C. m-đibromuabenzen.

D. m-đibromben

Hướng dẫn giải:

Đặt CTPT của hợp chất X là (C₃H₂Br)_n suy ra (12.3+2+80).n = 236 → n = 2.

Do đó công thức phân tử của X là C₆H₄Br₂.
Vì hợp chất X là sản phẩm chính trong phản ứng giữa C₆H₆ và Br₂ (xúc tác Fe) nên theo quy tắc thế trên vòng benzen ta thấy X có thể là o- đibrombenzen hoặc p-đibrombenzen.
Đáp án A
Câu 3: Cho benzen vào 1 lọ đựng clo dư rồi đưa ra ánh sáng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 5,82 kg chất sản phẩm. Tên của sản phẩm và khối lượng benzen tham gia phản ứng là

A. clohexan; 1,56 kg.

B. hexacloran; 1,56 kg.

C. hexaclobenzen; 6,15kg.

D. hexaclobenzen; 1,65 kg.

Hướng dẫn giải:

Sản phẩm thu được là hexacloran; n_hexacloran = 0,02 mol

$\begin{array}{l}{C}_6{H}_6+3C{l}_2\stackrel{\text{as}}{\to }{C}_6{H}_{6}C{l}_6\\ 0,02 0,02mol\end{array}$

Suy ra khối lượng của benzen là 0,02.78 = 1,56 g

Đáp án B

Câu 4: Đề hiđro hóa etylbenzen ta được stiren; trùng hợp stiren ta được polistren với hiệu suất chung 80%. Khối lượng etylbenzen cần dùng để sản xuất 10,4 tấn polisitren là

A. 8,48 tấn.

B. 10,6 tấn.

C. 13,25 tấn.

D. 13, 52 tấn.

Hướng dẫn giải:

Sơ đồ phản ứng:

$n{C}_6{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_3\stackrel{-H_2,t^o,xt}{\to }$$n{C}_6{H}_{5}CH=C{H}_2\stackrel{t^o,xt,p}{\to }-\left(CH\right(C_6{H}_5)-C{H}_2){-}_n$

106n 104n gam

x.80% 10,4 tấn

Vậy khối lượng etylbenzen cần dùng là $x=\frac{10,4.106n}{104n.80\%}=13,25$ tấn

Đáp án C

Câu 5: A là hiđrocacbon thơm có %C (theo khối lượng) là 92,3%. A tác dụng với dung dịch brom dư cho sản phẩm có %C (theo khối lượng) là 36,36%. Biết M_A < 120. Vậy A có công thức phân tử là

A. C₂H₂.

B. C₄H₄.

C. C₆H₆.

D. C₈H₈.

Hướng dẫn giải:

CTĐGN là CH ⟹ CTPT có dạng C_nH_n

Theo đề bài, M_A < 120 ⟹ 13n < 120 ⟹ n < 9,23

Mặt khác A là hiđrocacbon thơm nên có tối thiểu 6C ⟹ 6 ≤ n < 9,23

Trong phân tử hiđrocacbon, số nguyên tử H là số chẵn nên n = 6 hoặc n = 8

- Nếu n = 6 ⟹ A là C₆H₆

C₆H₆ + nBr₂ → C₆H_6-nBr_n + nHBr

Ta có phương trình: $\%C_{sp}=\frac{12.6}{12.6+6-n+80n}=0,3636$

$\to$n=1,52 (loại)

- Nếu n = 8 ⟹ A là C₈H₈

C₆H₅CH=CH₂ + Br₂ → C₆H₅CHBr-CH₂Br

Ta có phương trình: $\%C_{sp}=\frac{12.8}{12.8+8+80.2}=36,36\%$ → Thỏa mãn

Vậy A là C₈H₈.

Đáp án A

Câu 6: Khi cho clo tác dụng với 78 gam benzen (có mặt bột sắt) người ta thu được 78 gam clobenzen. Hiệu suất của phản ứng là

A. 69,33%.

B. 71%.

C. 72,33%.

D. 79,33.

Hướng dẫn giải:

n_benzen= 1 mol; n_clobenzen mol

Hiệu suất của phản ứng là

$H=\frac{0,6933}{1}.100\%=69,33\%$

Đáp án A

Câu 7: Hiđrocacbon X là đồng đẳng của benzen có phần trăm khối lượng cacbon bằng 90,56%. Biết khi X tác dụng với brom có hoặc không có mặt bột sắt trong mỗi trường hợp chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất. Tên của X là:
A. Toluen.

B. 1,3,5-trimetyl benzen.
C. 1,4-đimetylbenzen.

D. 1,2,5-trimetyl benzen.
Hướng dẫn giải:

Đặt công thức phân tử của X là C_nH_2n-6 (n>6)

Theo giả thiết ta có: %mC = $\frac{12n}{14n-6}.100\%=90,56\%$. Suy ra n = 8

Vậy X có công thức phân tử là C₈H₁₀.

Vì X tác dụng với brom có hoặc không có mặt bột sắt trong mỗi trường hợp chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất nên tên của X là: 1,4-đimetylbenzen.

Đáp án C

Câu 8: A là dẫn xuất benzen có công thức đơn giản nhất là CH. 1 mol A cộng tối đa 4 mol H₂ hoặc 1 mol dung dịch Br₂. Tên gọi của A là

A. etylbenzen.

B. metylbenzen.

C. vinylbenzen.

D. ankylbenzen.

Hướng dẫn giải:

A là etylbenzen.

$\begin{array}{l}{C}_6{H}_5-CH=C{H}_2+4H_2\to C_6{H}_{11}-C{H}_2-C{H}_3\\ C_6{H}_5-CH=C{H}_2+B{r}_2\to C_6{H}_5-CHBr-C{H}_{2}Br\end{array}$

Đáp án A

Câu 9: Hai hiđrocacbon A và B đều có công thức phân tử C₆H₆ và A có mạch cacbon không nhánh. A làm mất màu dung dịch nước brom và dung dịch thuốc tím ở điều kiện thường. B không tác dụng với 2 dung dịch trên ở điều kiện thường nhưng tác dụng được H₂ dư tạo ra D có công thức C₆H₁₂. A tác dụng với dung dịch AgNO₃ trong NH₃ dư tạo ra C₆H₄Ag₂. A và B là

A. hex-1,4-điin và benzen.

B. hex-1,4- điin và toluen.

C. benzen và hex-1,5-điin.

D. hex-1.5-điin và benzen.

Hướng dẫn giải:

- C₆H₆ có độ bất bão hòa $k=\frac{2+6.2-6}{2}=4$

- A làm mất màu dd brom và dd thuốc tím ở đk thường nên A có cấu trúc mạch hở và các liên kết bội.

- A tác dụng với AgNO₃ trong NH₃ dư tạo ra C₆H₄Ag₂ nên A có 2 liên kết 3 ở đầu mạch.

- Vì A có cấu tạo mạch không phân nhánh nên CTCT của A là $HC\equiv C-{\text{[}C{H}_2\text{]}}_2-C\equiv CH$

- B không tác dụng với các dung dịch trên và có thể tác dụng với H₂ nên B là benzen.

Đáp án D

Câu 10: Cho 100 ml benzen (d=0,879 g/ml) tác dụng với một lượng vừa đủ brom lỏng (có mặt bột sắt, đun nóng) thu được 80 ml brombenzen (d=1,495g/ml). Hiệu suất brom hóa đạt là

A. 65,35%.

B. 67,6%

C. 73,49%.

D. 85,3%.

Hướng dẫn giải:

$n_{C_6{H}_6}=\frac{V_{C_6{H}_6}.d_{C_6{H}_6}}{78}\approx 1,13mol$

$n_{C_6{H}_{5}Br}=\frac{V_{C_6{H}_{5}Br}.d_{C_6{H}_{5}Br}}{157}\approx 0,76mol$

Phương trình phản ứng:

$\begin{array}{l}{C}_6{H}_6+B{r}_2\stackrel{t^0,Fe}{\to }{C}_6{H}_{5}Br+HBr\\ 1,130,76mol\end{array}$

$\to H=\frac{0,76}{1,13}.100\%\approx 67,6\%$

Đáp án B

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học lớp 11 có đáp án và lời giải chi tiết khác:

Dạng 2: Bài tập về phản ứng oxi hóa của các hiđrocacbon thơm và cách giải

Các dạng toán về Hidrocacbon thơm và cách giải

Phương pháp tăng giảm số mol trong giải toán hiđrocacbon và cách giải

Bảo toàn mol pi trong giải toán hiđrocacbon và cách giải

Bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố trong giải toán hiđrocacbon và cách giải