Phản ứng thế là gì? Đây là câu hỏi được rất nhiều bạn học sinh thắc mắc, ngoài các phản ứng như phản ứng tách, phản ứng cộng thì loại phản ứng này cũng là một kiến thức quan trọng trong chương trình học hiện nay. Để làm rõ khái niệm của phản ứng này cũng như các dạng của nó, mọi người hãy cùng theo dõi bài viết dưới đây.
Định nghĩa về phản ứng thế
Phản ứng thế hay còn gọi là phản ứng thay thế được định nghĩa là một dạng phản ứng hóa học giữa hợp chất và đơn chất. Trong đó nguyên tử của một nguyên tố trong đơn chất sẽ thay thế nguyên tử của một nguyên tố trong hợp chất.
Để có thể hiểu sâu xa các vấn đề khác có liên quan đến dạng phản ứng này, đầu tiên mọi người cần phải nắm rõ khái niệm. Đây chính là điều kiện đầu tiên để mỗi học sinh có thể nắm chắc được kiến thức.
Phân loại phản ứng thế
Trong dạng phản ứng thế sẽ được chia ra làm 2 dạng đó là phản ứng trong hóa học vô cơ và phản ứng trong hóa học hữu cơ. Cụ thể đặc điểm của từng dạng phản ứng như sau.
Trong hóa học vô cơ
Trong dạng phản ứng này sẽ luôn luôn có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố. Bản chất thì đây là một phản ứng hóa học mà trong đó các nguyên tố sẽ hoạt động mạnh mẽ hơn sẽ thay thế các nguyên tố dễ phản ứng hơn trong các điều kiện áp suất và nhiệt độ cụ thể. Sau đây là một số ví dụ phản ứng thay thế trong hóa học vô cơ.
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2
3Cl2 + 2NH3 → 6HCl + N2
Zn + CuCl2 → Cu + ZnCl2
2HCl + Zn → H2 + ZnCl2
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Fe + H2SO4→ FeSO4 + H2
Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu
Trong hóa học hữu cơ
Phản ứng thay thế là dạng phản ứng hóa học mà trong đó có một nhóm của hợp chất sẽ được thay thế bởi một nhóm khác. Trong các loại hợp chất hữu cơ có 3 loại cụ thể như sau:
- Phản ứng thế ái lực hạt nhân.
- Phản ứng thế ái lực điện tử.
- Phản ứng thế gốc.
Các dạng phản ứng này thường gặp trong các Hiđrocacbon no, được ký hiệu là S. Dạng phản ứng này là dạng phản ứng dây chuyền, nếu muốn xảy ra phản ứng thì ta cần phải bổ sung thêm các chất dễ dàng phân hủy thành các gốc tự do hoạt động hoặc chiếu sáng.
Cách để điều chế hidro trong phản ứng thế là gì?
Để có thể điều chế hidro bằng phản ứng thay thế, người ta có thể điều chế trong phòng thí nghiệm hoặc trong công nghiệp. Dưới đây là chi tiết cách để điều chế hidro trong hai trường hợp trên.
Cách thức điều chế hidro trong phòng thí nghiệm
Trong sách giáo khoa Hóa học lớp 8 của nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, đã chỉ ra phương pháp để điều chế hidro trong phòng thí nghiệm bằng phản ứng thay thế, đó là sử dụng axit (H2SO4 hoặc HCl) tác dụng với kim loại kẽm hay sắt, nhôm để tạo ra phản ứng. Chi tiết quá trình diễn ra như sau:
- Lấy 2, 3 hạt kẽm hoặc 1 mảnh kẽm nhỏ (Zn) vào trong ống nghiệm.
- Rót từ từ 2-3ml dung dịch Axit Clohidric (HCl) vào trong ống nghiệm chứa kẽm.
- Đậy ống nghiệm bằng nút cao su chứa ống dẫn khí, sau khi đã khử độ tinh khiết và chắc chắn dòng khí hidro không còn lẫn oxi. Ta bắt đầu đưa que đóm đã tắt lửa chỉ còn tàn đỏ vào ống dẫn khí và xảy ra hiện tượng que đóm cháy.
- Nhỏ lên mặt kính một giọt dung dịch có ở trong ống nghiệm và cô cạn.
- Các bọt khí xuất hiện trên mặt kẽm và thoát ra bên ngoài chất lỏng, mảnh kẽm bắt đầu tan dần. Đưa que đóm còn tàn đỏ vào ống dẫn khí nhưng không làm tàn lửa bùng cháy.
- Tiếp tục đưa que đóm vào đầu ống dẫn khí, khi khí thoát ra sẽ cháy trong không khí với màu xanh nhạt và đây chính là khí hidro.
- Đem cô cạn dung dịch ra sẽ thu được chất rắn màu trắng, đây chính là kẽm clorua (ZnCl2).
Từ đó ta rút ra được phương trình hóa học để điều chế ra khí Hidro trong phòng thí nghiệm như sau: Zn + 2HCl ⟶ ZnCl2 + H2. Ta cũng có thể sử dụng H2SO4 loãng thay cho HCl và có thể dùng Fe hoặc Al thay cho Zn.
Cách thức điều chế hidro trong công nghiệp
Với sản xuất trong công nghiệp, người ta có thể điều chế lượng lớn khí hidro bằng 3 phương pháp khác nhau đó là: Điện phân nước, dùng than để khử oxi của H20 trong lò khí than và điều chế Hidro bằng khí dầu mỏ, khí tự nhiên.
Ngoài việc biết cách điều chế hidro trong công nghiệp bằng phản ứng thay thế Mọi người cũng cần phải chú ý đến an toàn lao động khi sử dụng 3 phương pháp điều chế trên trong môi trường công nghiệp.
Điều kiện để xảy ra phản ứng thế là gì?
Các phản ứng hóa học nói chung hay phản ứng thay thế nói riêng đều có thể xảy ra một cách tức thời. Có nghĩa là phản ứng sẽ xảy ra mà không cần bất kỳ sự cung cấp năng lượng nào khác.
Đồng thời cũng có các phản ứng không tức thời, đó là khi các phản ứng này cần cung cấp thêm năng lượng ban đầu với nhiều dạng khác nhau như ánh sáng, nhiệt, điện,… để xảy ra phản ứng. Do vậy mà phản ứng thế có thể tự xảy ra trong đời sống hoặc phản ứng khi có thêm sự tác động của các yếu tố đã kể trên.
Một vài dạng bài tập phổ biến về phản ứng thế
Các dạng bài tập về phản ứng thay thế được đánh giá là khá phổ biến trong chương trình học hiện nay. Với phản ứng thay thế chúng ta sẽ có 2 dạng bài tập thường gặp đó là dạng bài tập về phản ứng thay thế Halogen của Ankan và phản ứng thay thế của Hiđrocacbon. Dưới đây là một số bài tập minh họa các bạn có thể tham khảo.
Dạng bài phản ứng thế Halogen của Ankan
Với dạng phản ứng thế Halogen của Ankan, ta có một nhận xét chung
Bài 1: Cho một lượng Clo hóa Ankan X theo tỉ lệ mol là 1:1, thu được sản phẩm dẫn xuất đơn chức và có thành phần khối lượng là 45,23% Clo. Tìm công thức phân tử của X sau phản ứng.
Ta có : CnH2n+2 + Cl2 ⟶ CnH2n+1Cl + HCl.
Suy ra: [35,5 : (14n + 36,5)] . 100 = 45,223 với n = 3.
Từ đó ta có thể biết được phương trình phân tử của X là C3H8.
Bài 2: Ta có phần trăm Cacbon có trong một Ankan là 83,33%. Biết khi cho Ankan phản ứng với Clo theo tỉ lệ mol là 1:1 chỉ thu được một sản phẩm là Monoloro. Hãy xác định công thức cấu tạo và công thức phân tử của Ankan.
Ta gọi công thức phân tử của Ankan là CnH2n+2.
Suy ra %mC = [12n : (12n + 2n +2)] . 100% = 83,33% với n = 5.
Vậy công thức phân tử của Ankan là C5H12.
Biết A phản ứng với Cl2 theo tỉ lệ mol là 1:1 và nhận được một sản phẩm đơn chức, từ đó ta cũng suy ra được công thức cấu tạo của A.
Dạng bài phản ứng thế của Hiđrocacbon
Bài 1: Hidrocacbon X mạch hở có trong phân tử chứa liên kết sigma và 2 nguyên tử bậc ba. Đốt cháy hết một lượng thể tích X để sinh ra 6 thể tích C02 trong cùng một nhiệt độ và áp suất. Hỏi số dẫn xuất monoclo tối đa được sinh ra là bao nhiêu khi cho X tác dụng với Cl2 theo tỉ lệ mol 1:1.
Ta biết X gồm 6 nguyên tử và chúng chỉ được hình thành bởi các liên kết nhiễm sắc thể.
Suy ra X là (CC ( 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 Xicloan M và N so với khí metan có tỉ lệ khối là 5,25, khi tham gia vào phản ứng thay thế Clo với tỉ lệ mol là 1:1. M và N cho ra số sản phẩm thay thế lần lượt là 4 và 1 sản phẩm. Hỏi tên của Xicloankan M và N là:
- Đimetyl Xiclobutan và Metyl Xiclopentan.
- Metyl Xiclopentan và Xiclohexan.
- N-Propyl Xiclopropan và Xiclohexan.
- Cả 3 ý trên đều đúng.
Ta thấy cả hai đều có tỷ lệ khí trên metan là 5,25 có công thức phân tử là C6H12.
N cho 1 đồng phân ⟶ N chỉ có thể là Xiclohexan loại A và D.
M cho 4 đồng phân ⟶ M là Metyl Xiclopentan.
Đáp án: B
Một số bài tập trong sách giáo khoa về phản ứng thế là gì?
Những dạng bài tập liên quan đến phản ứng thay thế có trong sách giáo khoa Hóa học lớp 8, là những bài tập cơ bản nhất mà các bạn học sinh cần biết. Dưới đây là hướng dẫn giải chi tiết một số dạng bài tập được tổng hợp từ sách giáo khoa Học học 8.
Bài 1 (Bài tập 1, Sách giáo khoa Hóa học 8, trang 117)
Trong những phản ứng hóa học sau đây, phản ứng nào có thể dùng để điều chế Hidro ở trong phòng thí nghiệm?
Zn + H2SO4 ⟶ ZnSO4 + H2
2H2O ⟶ 2H2 + O2
2Al + 6HCl ⟶ 2AlCl3 + 3H2
Hướng dẫn giải : Dựa vào những nội dung đã được học về điều chế Hidro, khi xem xét các phản ứng thế ở trên ta có thể dễ dàng nhận ra phương trình 1 và 3 dùng để điều chế hidro tại phòng thí nghiệm. Hidro ở đây được điều chế từ Al hoặc Zn tác dụng với H2SO4 loãng hoặc HCl.
Bài 2 ( Bài tập 4, Sách giáo khoa Hóa học 8, trang 117)
Trong phòng thí nghiệm có các kim loại sắt, kẽm, dung dịch HCl và axit H2SO4. Câu hỏi đặt ra là:
- Viết những phương trình hóa học để điều chế được hidro.
- Hỏi phải sử dụng bao nhiêu gam sắt, bao nhiêu gam kẽm để có thể điều chế ra được 2,24l khí hidro trong điều kiện tiêu chuẩn?
Hướng dẫn giải:
- Các phương trình hóa học có khả năng điều chế được hidro là:
Zn + H2SO4 ⟶ ZnSO4 + H2
Zn + 2HCl ⟶ ZnCl2 + H2
Fe + H2SO4 ⟶ FeSO4 + H2
Fe + 2HCl ⟶ FeCl2 + H2
- Tính toán khối lượng gam Zn, Fe cần dùng để điều chế ra được 2,24l khí hidro là:
Ta có nH2 = 2,24 : 22,4 = 0,1 mol
Khối lượng Fe dùng để điều chế là mFe = 56 . 0,1 = 5,6g
Khối lượng Zn dùng để điều chế là mZn = 65 . 0,1 = 6,5g
Kết luận
Phản ứng thế là gì? Cùng với một số kiến thức liên quan đến phản ứng thay thế, các dạng bài tập đã được chia sẻ đến tất cả mọi người trong bài viết trên. Hy vọng với những chia sẻ trên đây có thể giúp mọi người có tài liệu tham khảo, hỗ trợ được các bạn học sinh trong quá trình học tập.
Để xây dựng kiến thức học đường trong môi trường hiện nay cần phải có sự tác động nhiều chiều, từ nhiều chủ thể khác nhau.
Cùng theo dõi giaoduchocduong24h.net để có những thông tin đáng đọc nhé.
