Tóm tắt lý thuyết và các dạng bài tập cơ bản chuyên đề Ancol - Ôn thi THPT QG năm 2020 môn Hóa học

TÓM TẮT LÝ THUYẾT VÀ CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN CHUYÊN ĐỀ ANCOL – ÔN THI THPT QG NĂM 2020

 

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP

1. Định nghĩa

- Ancol là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm –OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C no.

- Bậc ancol là bậc của nguyên tử C liên kết trực tiếp với nhóm –OH. Ví dụ :

CH₃–CH₂–CH₂–CH₂OH :    Ancol bậc I

CH₃–CH₂–CH(CH₃) –OH :   Ancol bậc II

CH₃–C(CH₃)₂–OH :   Ancol bậc III

2. Phân loại

- Ancol no, đơn chức, mạch hở (C_nH_2n+1OH). Ví dụ : CH₃OH . . .

- Ancol không no, đơn chức mạch hở :  CH₂=CH–CH₂OH                     

- Ancol thơm đơn chức : C₆H₅CH₂OH

- Ancol vòng no, đơn chức :     xiclohexanol

- Ancol đa chức: CH₂OH–CH₂OH (etilen glicol), CH₂OH–CHOH–CH₂OH (glixerol)

3. Đồng phân :

Ancol no chỉ có đồng phân cấu tạo (gồm đồng phân mạch C và đồng phân vị trí nhóm –OH). Ví dụ C₄H₁₀O có 4 đồng phân ancol

CH₃CH₂CH₂CH₂OH    CH₃CH₂CH(OH)CH₃       (CH₃)₂CHCH₂OH           (CH₃)₃COH         

ancol butylic                 ancol sec-butylic              ancol isobutylic          ancol tert-butylic

4. Danh pháp :

- Danh pháp thường : Tên ancol = Ancol + tên gốc ankyl + ic

CH₃OH              (CH₃)₂CHOH                CH₂ =CHCH₂OH              C₆H₅CH₂OH

ancol metylic       ancol isopropylic          ancol anlylic                     ancol benzylic

- Danh pháp thay thế :

Tên ancol = Số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh + tên mạch chính + số chỉ vị trí nhóm -OH +  ol

CH₃CH₂CH₂CH₂OH: butan-1-ol         

CH₃-CH₂-CH(OH)-CH₃ : butan-2-ol     

CH₃-CH(CH₃)-CH₂OH : 2-metylpropan-1-ol      

CH₃-C(CH₃)₂-CH₃ : 2-metylpropan-2-ol

CH₂OH-CH₂OH : etan-1,2-điol (etylen glicol)       

CH₂OH-CHOH-CH₂OH : propan-1,2,3-triol (glixerol)              

CH₃-C(CH₃)=CHCH₂CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₂-OH : 3,7-đimetyloct-6-en-1-ol (xitronelol, trong tinh dầu sả)

II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ

- Các ancol có số cacbon từ 1 đến 3 tan vô hạn trong nước. Độ tan trong nước giảm dần khi số nguyên tử C tăng lên. Ancol tan nhiều trong nước do tạo được liên kết  hiđro với nước.

- Liên kết hiđro : Nguyên tử H mang một phần điện tích dương (d⁺) của nhóm –OH này khi ở gần nguyên tử O mang một phần điện tích âm (d^-) của nhóm –OH kia thì tạo thành một liên kết yếu gọi là liên kết hiđro, biểu diễn bằng dấu “…”. Trong nhiều trường hợp, nguyên tử H liên kết cộng hoá trị với nguyên tử F, O hoặc N thường tạo thêm liên kết hiđro với các nguyên tử F, O hoặc N khác.

  

a) Liên kết hiđro giữa các phân tử nước                                                          

b) Liên kết hiđro giữa các phân tử ancol

c) Liên kết hiđro giữa các phân tử nước với các phân tử ancol

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Phản ứng thế H của nhóm –OH

- Phản ứng với kim loại kiềm Na, K...

2C₂H₅OH    +    2Na   →  2C₂H₅ONa     +    H₂ ↑

- Tính chất đặc trưng của ancol đa chức có hai nhóm –OH liền kề

 - Hòa tan được Cu(OH)₂ ở điều kiện thường tạo thành dung dịch màu xanh lam. Phản ứng này dùng để nhận biết ancol đa chức có hai nhóm –OH liền kề.

- Phản ứng với axit hữu cơ (phản ứng este hóa)

CH₃-C(=O)-OH +  C₂H₅ -OH   ⇔ CH₃-C(=O)-O-C₂H₅ +  H₂O

 axit axetic               etanol                      etyl axetat

2. Phản ứng thế nhóm –OH

- Phản ứng với axit vô cơ

C₂H₅ – OH    +    H – Br (đặc)  →  C₂H₅Br   +    H₂O

- Phản ứng với ancol

C₂H₅O- H + HO-C₂H₅ →  C₂H₅-O-C₂H₅    +    H-OH 

                                           đietyl ete

2ROH →  R–O–R     +     H₂O

ROH  +  R’OH  →  R–O–R’    +    H₂O

3. Phản ứng tách nước

C₂H₅OH   →   C₂H₄     +     H₂O

H₂C(H)-CH(OH)-CH(H)-CH₃ → CH3-CH=CH-CH3  +  CH2=CH-CH2-CH3 +  H2O

                                                 but-2-en (sản phẩm chính)      but-1-en (sản phẩm phụ)

- Quy tắc Zai-xép : Nhóm OH ưu tiên tách ra cùng với H ở cacbon bậc cao hơn bên cạnh để tạo thành liên kết đôi C = C mang nhiều nhóm ankyl hơn.                                                       

C_nH_2n+1OH   →   C_nH_2n   +     H₂O

4. Phản ứng oxi hóa

- Oxi hóa không hoàn toàn :

+ Ancol bậc 1 khi bị oxi hóa bởi CuO (t^o) cho ra sản phẩm là anđehit.

RCH₂OH   +    CuO →  RCHO    +    Cu↓     +    H₂O

+ Ancol bậc hai khi bị oxi hóa bởi CuO (t^o) cho ra sản phẩm là xeton.

R–CH(OH)–R’    +   CuO  →   R–COR’    +    Cu↓    +    H₂O

+ Ancol bậc III khó bị oxi hóa.

Oxi hóa hoàn toàn :

C_nH_2n+1OH     +     O₂     →    nCO₂     +     (n+1)H₂O

IV. ĐIỀU CHẾ

1. Điều chế etanol trong công nghiệp

- Hiđrat hoá etilen xúc tác axit                                       

CH₂ = CH₂ + HOH  → CH₃CH₂OH

- Lên men tinh bột (phương pháp lên men sinh hóa)                                                                 

(C₆H₁₀O₅)_n  +  nH₂O →   nC₆H₁₂O₆

 tinh bột                              glucozơ

C₆H₁₂O₆    →  2C₂H₅OH  +  2CO₂ ­

2. Điều chế metanol trong công nghiệp

- Oxi hoá không hoàn toàn metan                                                          

2CH₄   +    O₂  →  2CH₃-OH   

- Từ cacbon oxit và khí hiđro                                                     

CO     +    2H₂ →  CH₃-OH

V. ỨNG DỤNG

1. Ứng dụng của etanol : Etanol là ancol đư­ợc sử dụng nhiều nhất.

- Etanol được dùng làm chất đầu để sản xuất các hợp chất khác như­ đietyl ete, axit axetic, etyl axetat,...

- Một phần lớn etanol được dùng làm dung môi để pha chế vecni, dư­ợc phẩm, nước hoa,...

- Etanol còn được dùng làm nhiên liệu : dùng cho đèn cồn trong phòng thí nghiệm, dùng thay xăng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.

- Để chế các loại rư­ợu uống nói riêng hoặc các đồ uống có etanol nói chung, ngư­ời ta chỉ dùng sản phẩm của quá trình lên men rượu các sản phẩm nông nghiệp nh­ư : gạo, ngô, sắn, lúa mạch, quả nho... Trong một số tr­ường hợp còn cần phải tinh chế loại bỏ các chất độc hại đối với cơ thể. Uống nhiều rư­ợu rất có hại cho sức khoẻ.

2. Ứng dụng của metanol

- Ứng dụng chính của metanol là để sản xuất anđehit fomic (bằng cách oxi hoá nhẹ) và axit axetic (bằng phản ứng với CO). Ngoài ra còn được dùng để tổng hợp các hoá chất khác như metylamin, metyl clorua...

- Metanol là chất rất độc, chỉ cần một lư­ợng nhỏ vào cơ thể cũng có thể gây mù loà, lư­ợng lớn hơn có thể gây tử vong.

B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ ANCOL

I. Phản ứng của ancol với kim loại kiềm (Na, K)

Phương pháp giải

Số mol khí H_2­ = \(\frac{{0,336}}{{22,4}} = 0,015\,\,mol.\)

Đặt công thức phân tử trung bình của ba ancol là .

Phương trình phản ứng :

            2ROH    +   2Na   →   2RONa    + H₂          (1)

mol:                         0,03                      0,015

Cách 1 (sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng):  Theo giả thiết, phương trình phản ứng (1), kết hợp với định luật bảo toàn khối lượng ta có:

\({m_{\overline R ONa}} = {m_{\overline R OH}} + {m_{Na}} - {m_{{H_2}}} = 1,24 + 0,03.23 - 0,015.2 = 1,9\,\,gam.\)

Cách 2 (Sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng):  Theo (1) ta thấy cứ 1 mol  phản ứng với 1 mol Na tạo thành 1 mol RONa thì khối lượng tăng là 23 – 1 = 22. Vậy với 0,03 mol Na phản ứng thì khối lượng tăng là 0,03.22 = 0,66 gam. Do đó \({m_{\overline R ONa}} = {m_{\overline R OH}} + 0,66 = 1,9\,\,gam.\)

Đáp án B.

Trong 0,1 lít cồn etylic 95^o có:

Số ml C₂H₅OH nguyên chất = 0,1.1000.0,95= 95 ml; khối lượng C₂H₅OH nguyên chất = 95.0,8 = 76 gam; số mol C₂H₅OH = \(\frac{{76}}{{46}}\)  mol.

Số ml nước = 5 ml; khối lượng nước = 5.1 = 5 gam; số mol nước = \(\frac{5}{{18}}\) mol.

Phương trình phản ứng của Na với dung dịch ancol :

2H₂O   +  2Na    →  2NaOH   +  H₂              (1)

2C₂H₅OH   +  2Na    →  2C₂H₅ONa   +  H₂   (2)

Theo phương trình (1), (2) và giả thiết ta có : \({n_{{H_2}}} = \frac{1}{2}({n_{{C_2}{H_5}OH}} + {n_{{H_2}O}}) = 21,615\) lít.

Đáp án D.

            2R(OH)_n   +   2Na   →   2R(ONa)_n   +   nH₂             (1)

mol:   \(\frac{{13,8}}{{R + 17n}}\)                         →                        \(\frac{{13,8}}{{R + 17n}}.\frac{n}{2}\)

Theo (1) và giả thiết ta có :

nH₂ = \(\frac{{13,8}}{{R + 17n}}.\frac{n}{2} = \frac{{5,04}}{{22,4}} = 0,225\,\, \Rightarrow R = \frac{{41n}}{3} \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} n = 3\\ R = 41 \end{array} \right.\)

Vậy A có công thức cấu tạo thu gọn là C₃H₅(OH)₃.  

Đáp án D.

Đặt công thức trung bình của hai ancol là

Phản ứng hóa học:  

ROH   +  Na  →  RONa  + 1/2H₂

Áp dụng định luật bảo toàn cho phản ứng, ta có:

\(\begin{array}{l} {{\rm{m}}_{\overline {\rm{R}} {\rm{OH}}}} + {{\rm{m}}_{{\rm{Na}}}} = {{\rm{m}}_{\overline {\rm{R}} {\rm{ONa}}}} + {{\rm{m}}_{{{\rm{H}}_2}}}\\ \to {{\rm{m}}_{{{\rm{H}}_2}}} = 15,6 + 9,2 - 24,5 = 0,3g\\ {{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_2}}} = 0,15mol \to {{\rm{n}}_{\overline {\rm{R}} {\rm{OH}}}} = 0,3\\ \to \overline {\rm{R}} + 17 = \frac{{15,6}}{{0,3}} = 52 \Rightarrow \overline {\rm{R}} = 35 \end{array}\)

Ta thấy 29 < Rtb  < 43  →  Hai ancol là : C₂H₅OH và C₃H₇OH

Đáp án B.

- Cùng lượng ancol phản ứng nhưng ở thí nghiệm 2 thu được nhiều khí H₂ hơn, chứng tỏ ở thí nghiệm 1 ancol còn dư, Na phản ứng hết.

- Ở thí nghiệm 2 lượng Na dùng gấp đôi ở thí nghiệm 1 nhưng lượng H₂ thu được ở thí nghiệm 2 nhỏ hơn 2 lần lượng H₂ ở thí nghiệm 1, chứng tỏ ở thí nghiệm 2 Na dư, ancol phản ứng hết.

 -Đặt công thức phân tử của ancol là ROH, phương trình phản ứng :

                        2ROH   +   2Na  →   2RONa   +   H₂            (1)

Thí nghiệm 1:  0,075                                      0,0375        : mol

Thí nghiệm 2:   2x  < 0,1                                x < 0,05      : mol

Vì ở thí nghiệm 1 ancol dư nên số mol ancol > 0,075, suy ra khối lượng mol của ancol < \(\frac{6}{{0,075}} = 80\) gam/mol. Ở thí nghiệm 2 số mol H₂ thu được không đến 0,05 nên số mol ancol < 0,1, suy ra khối lượng mol của ancol > \(\frac{6}{{0,1}} = 60\) gam/mol. Vậy căn cứ vào các phương án ta suy ra công thức phân tử của ancol là C₄H₇OH (M = 72 gam/mol).

Đáp án D.

Theo giả thiết ta có :

\({n_{{H_2}}} = \frac{{8,96}}{{22,4}} = 0,4\,\,mol;\,\,{n_{Cu(OH){}_2}} = \frac{{9,8}}{{98}} = 0,1\,\,mol.\)

Đặt công thức phân tử của ancol đơn chức A là ROH

Phương trình phản ứng :

            C₃H₅(OH)₃   +   3Na   →   C₃H₅(ONa)₃   +   H₂    (1)

mol:        x                                                               1,5x

            ROH   +   Na    →  RONa   +   H₂                                 (2)

mol:        y                                         0,5y

Hay : 2C₃H₅(OH)₃   +   Cu(OH)₂  → [C₃H₅(OH)₂O]₂Cu    +    2H₂O

Theo (3) ta thấy \({n_{{C_3}{H_5}{{(OH)}_3}}} = 2.{n_{Cu{{(OH)}_2}}} = 0,2\,\,mol \Rightarrow x = 0,2.\) 

Mặt khác tổng số mol khí H₂ là :1,5x + 0,5y = 0,4 y = 0,2

Ta có phương trình : 92.0,2 + (R+17).0,2 = 30,4  R= 43 (R : C₃H₇-  ).

Vậy công thức của A là C₃H₇OH.

Đáp án B.

II. Phản ứng với axit

Phương pháp giải

Hướng dẫn giải

Đặt công thức của ancol là ROH.

Phương trình phản ứng :

ROH    +    HBr  →      RBr    +    H₂O         (1)

 (A)                               (B)

Theo giả thiết trong B brom chiếm 58,4% về khối lượng nên ta có :

\(\frac{{80}}{R} = \frac{{58,4}}{{100 - 58,4}} \Rightarrow R = 57 \Rightarrow \) R là C₄H₉-

Vậy công thức phân tử của ancol là C₄H₉OH.

Đáp án D.

Hướng dẫn giải

Phương trình phản ứng :

NaBr   +   H₂SO₄   →  NaHSO₄    +    HBr            (1)

ROH    +    HBr   → RBr    +    H₂O                     (2)

(A)                           (B)

Theo các phản ứng và giả thiết ta có :

\({n_{RBr}} = {n_{{N_2}}} = \frac{{2,8}}{{28}} = 0,1\,\,mol \Rightarrow {M_{RBr}} = \frac{{12,3}}{{0,1}} = 123\,\,gam/mol \Rightarrow R = 43 \Rightarrow \)  R là C₃H₇^-.

Vậy ancol A là C₃H₇OH. Vì oxi hóa A bằng CuO thu được hợp chất hữu cơ có khả năng làm mất màu nước Br₂ nên công thức cấu tạo của A là CH₃CH₂CH₂OH.

CH₃CH₂CH₂OH   +   CuO   →    CH₃CH₂CHO                         (3)

CH₃CH₂CHO   +   Br₂   +  H₂O   →   CH₃CH₂COOH     +   2HBr    (4)

Đáp án D.

Hướng dẫn giải

\({n_{{C_2}{H_5}OH}} = \frac{{20.0,92.0,8}}{{46}} = 0,32\,\,mol;\,\,{n_{C{H_3}C{\rm{OO}}H}} = 0,3\,\,mol;\,\,{n_{C{H_3}C{\rm{OO}}C{H_3}}} = \frac{{21,12}}{{88}} = 0,24\,\,mol.\)

Phương trình phản ứng :

         CH₃COOH    +    C₂H₅OH   →   CH₃COOCH₃    +    H₂O             (1)

mol:       0,24               0,24                  0,24

Ban đầu số mol ancol nhiều hơn số mol axit nên từ (1) suy ra ancol dư, hiệu suất phản ứng tính theo axit.

Theo (1) số mol axit và ancol tham gia phản ứng là 0,24 mol. Vậy hiệu suất phản ứng là :

\(H = \frac{{0,24}}{{0,3}}.100 = 80\% .\)

Đáp án B.

Đặt công thức của este X là C₂H₄(OOCR)₂.

Theo giả thiết ta có : \({n_{{C_2}{H_4}{{({\rm{OO}}CR)}_2}}} = {n_{{O_2}}} = \frac{{6,4}}{{32}} = 0,2\,\,mol.\)

Phương trình phản ứng :

            C₂H₄(OOCR)₂    +    2NaOH     →   C₂H₄(OH)₂    +    2RCOONa   (1)   

mol:          0,2                                                                              0,4

Theo (1) và giả thiết suy ra : \({M_{RCOONa}} = \frac{{32,8}}{{0,4}} = 82 \Rightarrow R + 67 = 82 \Rightarrow R = 15\,\,\)

→ R là CH₃

Phương trình phản ứng tổng hợp este X :

            C₂H₄(OH)₂    +    2CH₃COOH   →  C₂H₄(OOCCH₃)₂    +    2H₂O           (2)

mol:         0,6                   1,2                         0,6

\({n_{{C_2}{H_4}{{(OH)}_2}\,\,ban\,\,dau}} = \frac{{50}}{{62}} = 0,806\,\,mol;\,\,{n_{C{H_3}COOH\,\,ban\,\,dau}} = \frac{{200}}{{60}} = 3,33\,\,mol.\)

Căn cứ vào tỉ lệ mol trên phương trình (2) suy ra axit dư, hiệu suất phản ứng tính theo ancol.

Theo (2) số mol ancol phản ứng là 0,6 mol nên hiệu suất phản ứng là

\(H = \frac{{0,6.62}}{{50}}.100 = 74,4\% .\)

Đáp án A.