Tính chất hoá học chung của dẫn xuất halogen thể hiện qua 2 loại phản ứng thế halogen bởi nhóm hydroxy và phản ứng tách hydrogen halide. Trong đó, độ dài liên kết và năng lượng liên kết ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phản ứng của 2 loại phản ứng này. Quan sát biểu đồ bên dưới và trả lời câu hỏi.

Tương quan giữa độ dài liên kết

với năng lượng liên kết C-X trong dẫn xuất halogen

a) Nhận xét sự tương quan giữa độ dài liên kết và năng lượng liên kết C-X trong dẫn xuất halogen của hydrocarbon.

b) Độ dài liên kết và năng lượng liên kết ảnh hưởng như thế nào đến khả năng phản ứng của dẫn xuất halogen. Lấy ví dụ cụ thể cho 2 hợp chất iodoethane và bromoethane.

Tiến hành thí nghiệm nghiên cứu khả năng phản ứng của dẫn xuất tert-butyl chloride với dung dịch ethanol 80% ở 25 °C. Kết quả thí nghiệm thể hiện trong sơ đồ:

Xác định loại phản ứng (1) và (2). Cho biết phản ứng nào chiếm ưu thế trong thí nghiệm trên.

Biểu đồ dưới đây biểu diễn nhiệt độ sôi (°C) của một số loại dẫn xuất halogen. Quan sát và trả lời các câu hỏi:

Nhiệt độ sôi của dẫn xuất halogen

a) Trong điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar), liệt kê tên hoặc công thức một số dẫn xuất halogen ở thể khí.

b) Nhận xét nhiệt độ sôi các dẫn xuất halogen của hydrocarbon. Giải thích nguyên nhân dẫn đến xu hướng biến đổi nhiệt độ sôi các dẫn xuất.

So sánh nhiệt độ sôi của methane và các dẫn xuất halogen của methane: CH₄, CH₃Cl, CH₂Cl₂, CHCl₃ và CCl₄. Giải thích.

a) Các nhà hoá học đã tìm ra một số dẫn xuất halogen không chứa chlorine như: CF₃CH₂F, CF₃CH₂CF₂CH₃,... đang được sử dụng trong công nghiệp nhiệt lạnh, vì sự phân huỷ các hợp chất này nhanh chóng sau khi phát tán vào không khí nên ảnh hưởng rất ít đến tầng ozone hay sự ấm lên toàn cầu thấp. Gọi tên theo danh pháp thay thế 2 hợp chất đó.

b) Vẽ công thức cấu tạo của hợp chất có tên: 4-chloro-3,4-dimethylpent-2-ene.

c) Viết đồng phân và gọi tên các dẫn xuất halogen bậc I của hợp chất có công thức C₄H₉Br.

Trong thể thao, khi các vận động viên bị chán thương do va chạm, không gây ra vết thương hở, gãy xương, ... thường được nhân viên y tế dùng loại thuốc xịt, xịt vào chỗ bị thương để gây tê cục bộ và vận động viên có thể quay trở lại thi đấu. Hợp chất chính có trong thuốc xịt là:

A. carbon dioxide.       B. hydrogen chloride.

C. chloromethane.       D. chloroethane.

Sản phẩm chính của phản ứng nào sau đây không đúng?

A. CH₃CH(Cl)CH₃ + NaOH → CH₃CH(OH)CH₃ + NaCl

B. CH₃CH₂Cl + KOH → CH₂ = CH₂ + KCl + H₂O

C. CH₃Br + KOH → CH₃OH + KBr

D. CH₃CH₂CH(Br)CH₃ + KOH _(ethanol) → CH₃CH = CHCH₃ + KBr + H₂O

Phát biểu nào sau đây không phù hợp với tính chất vật lí của dẫn xuất halogen?

A. Trong điều kiện thường, dẫn xuất halogen tồn tại ở 3 thể rắn, lỏng hoặc khí.

B. Dẫn xuất halogen không tan trong nước và các dung môi hữu cơ.

C. Một số dẫn xuất halogen có hoạt tính sinh học.

D. Các dẫn xuất halogen có khối lượng phân tử nhỏ thường là chất khí ở điều kiện thường.

Nhiệt độ sôi của các dẫn xuất halogen được sắp xếp theo thứ tự: CH₃F < CH₃CI < CH₃Br < CH₃I. Nguyên nhân dẫn đến sự tăng dần nhiệt độ sôi từ CH₃F đến CH₃I là do

A. sự phân cực của liên kết carbon - halogen giảm dần từ CH₃F đến CH₃I.

B. độ âm điện của các halogen trong dẫn xuất giảm dần từ F đến I.

C. tương tác van der Waals tăng dần từ CH₃F đến CH₃I.

D. độ dài liên kết carbon - halogen tăng dần từ CH₃F đến CH₃I.

Công thức cấu tạo nào sau đây ứng với tên gọi không đúng?

A. CH₃Cl: chloromethane.

B. ClCH₂Br: chlorobromomethane.

C. CH₃CH₂I: iodoethane.

D. CH₃CH(F)CH₃: 2-fluoropropane.

Dẫn xuất halogen bậc II có tên và công thức cấu tạo phù hợp là

A. 1,2-dichloroethane: Cl —CH₂ — CH₂ — Cl.

B. 2-iodopropane: CH₂ — CHI —CH₃.

C. 1-bromo-2-methylpropane: CH₃ —CH(CH₃) — CH₂—Br.

D. 2-fluoro-2-methylpropane: (CH₃)₃-F

Bậc của dẫn xuất halogen là bậc của nguyên tử carbon liên kết với nguyên tử halogen. Bậc của dẫn xuất halogen nào sau đây là không phù hợp?

A. Dẫn xuất halogen bậc I.

B. Dẫn xuất halogen bậc II.

C. Dẫn xuất halogen bậc III.

D. Dẫn xuất halogen bậc IV.

Số liên kết của nguyên tử halogen trong phân tử dẫn xuất halogen của hydrocarbon là

A. 1.           B. 2.                       C. 3.                                 D. 4.

Hợp chất thuộc loại dẫn xuất halogen của hydrocarbon là

A. HIO₄.          B. C₃H₃N.               C. CH₂BrCl.                D. C₆H₆O.

Giải thích tại sao m-xylene tham gia phản ứng nitro hoá nhanh hơn p-xylene 100 lần.

So sánh điều kiện và khả năng phản ứng thế bromine vào vòng benzene của toluene với anisole (C₆H₅OCH₃). Giải thích.

(H) và (K) là 2 hydrocarbon có cùng công thức phân tử C₁₀H₁₄ và đều không làm mất màu nước bromine, nhưng cả hai chất này đều làm mất màu dung dịch thuốc tím đã được acid hoá (ví dụ dung dịch KMnO₄ trong H₂SO₄), trong đó (H) tạo terephthalic acid là sản phẩm hữu cơ duy nhất, (K) tạo 2 sản phẩm hữu cơ là terephthalic acid và chất (X). Xác định công thức cấu tạo của (H), (K), (X) và viết các phương trình phản ứng xảy ra.

a) Gọi tên hydrocarbon sau theo danh pháp thay thế:

CH≡C-CH₂-CH=CH₂

b) Khi cho hydrocarbon trên tác dụng với bromine trong CCl₄ ở -20 °C thu được 4,5-dibromopent-1-yne theo phương trình phản ứng:

$CH\equiv C-C{H}_2-CH=C{H}_2+B{r}_2\stackrel{CC{l}_4,-{20}^{o}C}{\to }CH\equiv C-C{H}_2-CH\left(Br\right)-C{H}_{2}Br$ 

4,5-dibromopent-1 -yne

Nhận xét về tốc độ phản ứng cộng bromine vào liên kết đôi và liên kết ba. Rút ra kết luận.

Gọi tên các hợp chất sau theo danh pháp thay thế:

Cục Quản Lí Thực Phẩm và Dược Phẩm Hoa Kì (FDA) đã công nhận ethylene là an toàn trong việc kích thích trái cây mau chín. Tuy nhiên khi vượt quá nồng độ cho phép, ví dụ đối với nồng độ 27 000 ppm, tức gấp khoảng 200 lần mức cần thiết để kích thích quá trình chín, một tia lửa điện có thể đốt cháy ethylene và gây ra vụ nổ chết người.

Trong phòng ủ chín, ethylene được sử dụng ở nồng độ 100 ppm-150 ppm. Khối lượng ethylene cần thiết sử dụng để phòng ủ chín có thể tích 50m³ đạt nồng độ 140 ppm ở 25^oC và 1 bar là bao nhiêu?

Khi đốt cháy 1 mol propane toả ra lượng nhiệt là 2 220 kJ. Để đun nóng 1 gam nước tăng thêm 1°C cần cung cấp nhiệt lượng là 4,2 J. Tính khối lượng propane cần dùng để đun 1 L nước từ 25 °C lên 100 °C. Cho biết 75% nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy propane dùng để nâng nhiệt độ của nước. Khối lượng riêng của nước là 1 g/mL.

Quan sát biểu đồ thể hiện nhiệt độ sôi của 6 alkane đầu tiên.

Ở các nước Mỹ, Úc và một số quốc gia khác, khí hoá lỏng (LPG - Liquefied Petroleum Gas) được sử dụng nhiều làm nhiên liệu là propane hoá lỏng. Em hãy tính xem một bình khí hoá lỏng chứa 12 kg propane có thể cung cấp bao nhiêu lít khí propane ở 25 °C, 1 bar.

Hoá lỏng một alkane ở thể khí là cách để tối ưu hoá khả năng lưu trữ alkane trong các thiết bị. Để hoá lỏng một alkane ở thể khí, người ta có thể tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của alkane. Ví dụ chúng ta có thể hoá lỏng propane ở nhiệt độ thấp hơn -42 °C hay methane xuống thấp hơn nhiệt độ -162 °C.

Tuy nhiên cách làm này rất tốn kém, không đạt hiệu quả kinh tế nên ít được áp dụng, mà thay vào đó người ta hoá lỏng alkane bằng cách nén chúng dưới áp suất cao. Để propane là chất lỏng ở nhiệt độ phòng, propane phải được giữ trong bình ở áp suất khoảng 850 kPa, tức khoảng 8,5 atm. Với methane phải khoảng 32 000 kPa, tức khoảng 320 atm và butane khoảng 230 kPa, tức khoảng 2,3 atm.

a) Alkane nào trong số 3 alkane đã nêu dễ hoá lỏng hơn?

b) Khí hoá lỏng nào trong số 3 khí hoá lỏng trên cần phải lưu trữ trong thiết bị thép cực bền? Vì sao?

Arene (B) có công thức phân tử C₈H₈. Khi có mặt bột sắt, (B) tác dụng với bromine tạo một sản phẩm thế monobromo duy nhất, số công thức cấu tạo phù hợp với (B) là

A. 3.              B. 4.              C. 1.                            D. 2.

Cho các alkene sau: CH₂=CH-CH₃; (CH₃)₂C=C(CH₃)₂; CH₃CH=CHCH₃ và CH₃CH=CHC₂H₅. Số alkene có đồng phân hình học là

A. 2.              B. 4.              C. 1.                            D. 3.

Alkane (A) có công thức phân tử C₈H₁₈. (A) tác dụng với chlorine đun nóng chỉ tạo một dẫn xuất monochloro duy nhất. Tên gọi của (A) là

A. octane.                           B. 2-methylheptane.

C. 2,2-dimethylhexane.      D. 2,2,3,3-tetramethylbutane.

Với cách viết công thức cấu tạo gồm 3 liên kết đôi xen lẫn 3 liên kết đơn trong vòng 6 cạnh, có thể gọi tên benzene là cyclohexe-1,3,5-triene được không? Vì sao?

Toluene có giá trị thương mại thấp hơn nhiều so với benzene. Chính vì lí do đó nên người ta đã tiến hành loại bỏ nhóm methyl khỏi toluene bằng một quá trình gọi là dealkyl hoá. Toluene được trộn với hydrogen ở nhiệt độ từ 550 °C đến 650 °C và áp suất từ 30 atm đến 50 atm, với hỗn hợp gồm silicon dioxide (SiO₂) và aluminium oxide (AI₂O₃) làm xúc tác.

Viết phương trình phản ứng dealkyl hoá toluene thành benzene.

Benzene là một hoá chất công nghiệp được sử dụng rất rộng rãi. Benzene được sử dụng để sản xuất chất dẻo, nhựa, sợi tổng hợp, chất bôi trơn cao su, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, dược phẩm và thuốc trừ sâu,...

Benzene có thể được tìm thấy trong keo dán, chất kết dính, sản phẩm tẩy rửa, dung cụ tầy sơn, khói thuốc lá và xăng. Trong tự nhiên, khi các ngọn núi lửa hoạt động hay cháy rừng, người ta phát hiện ra sự có mặt của benzene. Ngoài ra, benzene còn được tìm thấy trong dầu thô và là thành phần không thể thiếu của xăng. Vì benzene dễ bay hơi nhanh khỏi nước hoặc đất nên việc benzene rò rỉ từ các bể chứa hoặc bãi chôn lấp sẽ làm ô nhiễm các giếng nước sinh hoạt lân cận.

Cách tiếp xúc phổ biến nhất với benzene là khi chúng ta đổ xăng. Ngoài ra, khi sử dụng các sản phẩm có chứa benzene nêu trên hoặc khi tiếp xúc với nguồn nước ô nhiễm có chứa benzene, chúng ta đã vô tình đưa benzene vào cơ thể.

Em hãy đề nghị cách để giảm thiểu sự tiếp xúc với benzene trong đời sống.

Cũng từ dữ liệu đã cho trên, hãy cho biết:

a) Phần trăm sản phẩm thế ở các vị trí ortho, meta, para khi nitro hoá chlorobenzene và methyl benzoate,

So sánh khả năng nitro hoá của chlorobenzene và methyl benzoate với khả năng nitro hoá của toluene và tert-butylbenzene. Rút ta kết luận.

c) Phát biểu quy luật thế vào vòng benzene.

Học sinh đọc thông tin sau để trả lời các câu 14.18 và 14.19.

Trong phản ứng nitro hoá benzene và các hợp chất có vòng benzene, nếu quy ước tốc độ phản ứng tại một trong các carbon bất kì củạ benzene là 1,0 thì tỉ lệ tốc độ phản ứng tương đối của các vị trí trong vòng benzene ở một số hợp chất được cho như sau:

Từ dữ liệu tỉ lệ tốc độ phản ứng tương đối của các vị trí trong vòng benzene của một số hợp chất đã cho trên, hãy cho biết:

a) Nhóm thế nào làm tăng hoạt và giảm hoạt trong vòng benzene ở trên.

b) Nitro hoá toluene thu được hỗn hợp 3 sản phẩm là o-nitrotoluene,m-nitrotoluene và p-nitrotoluene với tỉ lệ phần trăm mỗi sản phẩm là bao nhiêu?

c) Câu hỏi tương tự khi nitro hoá tert-butylbenzene thu được hỗn hợp 3 sản phẩm ở các vị trí ortho, meta và para?

d) Vì sao sản phẩm thế ở vị trí ortho trong phản ứng nitro hoá tert-butylbenzene lại giảm hẳn so với trong phản ứng nitro hoá toluene?

e) Nhận xét tỉ lệ phần trăm sản phẩm thế meta trong các phản ứng nitro hoá toluene và tert-butylbenzene. Rút ra kết luận.

(H) là hydrocarbon có công thức phân tử là C₉H₁₂. (H) không làm mất màu nước bromine nhưng (H) làm mất màu dung dịch thuốc tím đã được acid hoá (ví dụ dung dịch KMnO₄ trong H₂SO₄), thu được sản phẩm là terephthalic acid. Xác định công thức cấu tạo của (H) và viết phương trình phản ứng xảy ra. Cho biết công thức cấu tạo của terephthalic acid là: 

Với sự hiện diện của bột nhôm, có bao nhiêu sản phẩm monobromo dự kiến thu được do quá trình bromine hoá p-xylene, o-xylene và m-xylene. Viết các phương trình phản ứng minh hoạ.

Dùng công thức cấu tạo, hãy viết phương trình hoá học ở các phản ứng sau:

a) styrene + Br₂ (trong CCl₄)  →

b) ethylbenzene + Cl₂  $\stackrel{Fe}{\to }$ 

c) ethylbenzene + HNO₃ (đặc)  $\stackrel{H_{2}S{O}_{4}dac,{60}^{o}C}{\to }$

d) cumene + H₂  $\stackrel{Ni,t^o}{\to }$

e) ethylbenzene + KMnO₄ + H₂SO₄  $\stackrel{{80}^{o}C}{\to }$ 

g) tert-butylbenzene + KMnO₄ + H₂SO₄  $\stackrel{{80}^{o}C}{\to }$ 

a) Tính khối lượng cumene tối đa phát thải từ 1 000 000 xe ô tô chạy động cơ xăng (cỏ bộ chuyển đổi xúc tác) trong 1 năm. Giả sử bình quân một tháng, mỗi xe ô tô chạy 3 000 km.

b) Một cửa hàng có 10 máy photocopy. Bình quân mỗi máy sử dụng liên tục 12 giờ/ngày. Trong một tháng (30 ngày), khối lượng cumene tối đa phát thải từ 1 000 cửa hàng có quy mô trên là bao nhiêu?

Học sinh đọc thông tin sau để trả lời các câu 14.13 và 14.14.

Cumene (isopropylbenzene) là một arene ở thể lỏng trong điều kiện thường, có mùi dễ chịu. Cumene được sản xuất từ quá trình chưng cất nhựa than đá và các phân đoạn dầu mỏ hoặc bằng cách alkyl hoá benzene với propene, xúc tác là acid.

Khoảng 95% cumene được sử dụng làm chất trung gian trong sản xuất phenol và acetone. Các ứng dụng khác như trong sản xuất styrene, a-methylstyrene, acetophenone, chất tẩy rửa; làm chất pha loãng cho sơn; làm dung môi cho chất béo và nhựa; in ấn và sản xuất cao su. Một lượng nhỏ được sử dụng trong pha chế xăng và là thành phần của nhiên liệu hàng không có chỉ số octane cao.

Đã có bằng chứng rõ rệt về khả năng gây ung thư của cumene đối với chuột, ở người, cumene thuộc nhóm có thể gây ung thư. Cumene được thải ra từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu hoá thạch từ các phương tiện giao thông, dầu tràn, vận chuyển và phân phối nhiên liệu hoá thạch hoặc bốc hơi từ các trạm xăng. Ngoài ra, các nguồn thải khác từ việc sử dụng cumene làm dung môi, từ các nhà máy dệt và kể cả từ khói thuốc lá,... cũng là một trong những nguyên nhân gây nên bệnh ung thư ở người.

Bảng sau đây thống kê một số nguồn sản sinh cumene trong đời sống, sinh hoạt, sản xuất.