Giáo án Bài 16. Hydrocarbon không no

HS nhận ra liên kết đôi C=C khác liên kết đơn ở khả năng tham gia phản ứng cộng; nêu được vấn đề sẽ giải quyết trong bài.

GV chiếu mô phỏng “Ethylene làm mất màu nước bromine” (mô phỏng/video, GV kiểm soát). Câu hỏi: (1) Dung dịch bromine có màu gì và điều gì xảy ra khi ethylene được sục vào? (2) Vì sao ethane không làm mất màu nhanh trong cùng điều kiện? (3) Dự đoán phương trình phản ứng giữa $\mathrm{CH_2{=}CH_2}$ và $\mathrm{Br_2}$.

Dự đoán HS nêu được: dung dịch bromine (nâu đỏ) mất màu khi sục ethylene; ethane chỉ có liên kết đơn bền nên không phản ứng nhanh; phương trình dự đoán $\mathrm{CH_2{=}CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br{-}CH_2Br}$. GV ghi nhận: thời gian mất màu (khoảng 30 s trong mô phỏng) chỉ là minh họa, không phải hằng số. Kết luận sơ bộ: liên kết π của C=C dễ bị mở ra để cộng vào.

HS nêu được khái niệm, công thức chung của alkene và alkyne; gọi tên theo IUPAC; phân biệt đồng phân cấu tạo và đồng phân cis – trans.

HS làm việc nhóm 4 với phiếu học tập số 1, ghi kết quả lên khăn trải bàn chia 4 ô: công thức, danh pháp, đồng phân, kết luận. Nhiệm vụ: (a) Viết CTCT của ethene và ethyne, nêu đặc điểm liên kết bội. (b) Xác định công thức chung của alkene và alkyne mạch hở có một liên kết bội. (c) Gọi tên $\mathrm{CH_3CH{=}CHCH_3}$ và $\mathrm{CH{\equiv}C{-}CH_2CH_3}$ theo IUPAC. (d) Vì sao but-2-ene có đồng phân cis – trans còn propene thì không?

Kết quả nhóm (đáp án chuẩn): (a) $\mathrm{CH_2{=}CH_2}$ (một σ, một π); $\mathrm{HC{\equiv}CH}$ (một σ, hai π). (b) Alkene $C_nH_{2n}$ (n ≥ 2); alkyne $C_nH_{2n-2}$ (n ≥ 2). (c) $\mathrm{CH_3CH{=}CHCH_3}$ là but-2-ene (chọn mạch chứa liên kết đôi, đánh số để vị trí nhỏ); $\mathrm{CH{\equiv}C{-}CH_2CH_3}$ là but-1-yne. (d) But-2-ene: mỗi C của C=C gắn H và CH₃ (hai nhóm khác nhau) nên có cis và trans; propene: một C gắn hai H nên không có đồng phân hình học. Kết luận: đồng phân cấu tạo khác đồng phân hình học; ethene phẳng quanh C=C nên không quay tự do. Lưu ý: công thức $C_nH_{2n}$ chung với cycloalkane nên cần xét thêm cấu tạo.

HS viết được phương trình phản ứng cộng H₂, Br₂, HBr, H₂O của ethene; vận dụng quy tắc Markovnikov xác định sản phẩm chính; nêu phản ứng của alk-1-yne với $AgNO_3/NH_3$.

HS làm việc cặp đôi với phiếu học tập số 2 (bảng cần điền). Nhiệm vụ: (1) Điền sản phẩm của ethene với Br₂, H₂ (Ni, t°), H₂O (H⁺, t°). (2) Điền sản phẩm của propene với HBr ở điều kiện thông thường và giải thích bằng quy tắc Markovnikov. (3) Ethyne cộng tối đa bao nhiêu mol Br₂ và H₂ mỗi mol? (4) Vì sao $\mathrm{HC{\equiv}CH}$ và $\mathrm{CH_3C{\equiv}CH}$ cho kết tủa với $AgNO_3/NH_3$, còn $\mathrm{CH_3C{\equiv}CCH_3}$ thì không?

Đáp án phiếu số 2: $\mathrm{CH_2{=}CH_2 + Br_2 \rightarrow BrCH_2CH_2Br}$; $\mathrm{CH_2{=}CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni,\,t^\circ} C_2H_6}$; $\mathrm{CH_2{=}CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+,\,t^\circ} C_2H_5OH}$; $\mathrm{CH_2{=}CH{-}CH_3 + HBr \rightarrow CH_3CHBr{-}CH_3}$ (2-bromopropane; H gắn vào C1 có nhiều H hơn, Br gắn vào C2). Ethyne: $\mathrm{HC{\equiv}CH + 2Br_2 \rightarrow CHBr_2{-}CHBr_2}$ (2 mol Br₂); $\mathrm{HC{\equiv}CH + 2H_2 \rightarrow C_2H_6}$ (2 mol H₂). Alk-1-yne có H đầu mạch được thế bởi bạc: $\mathrm{HC{\equiv}CH + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow AgC{\equiv}CAg\downarrow + 4NH_3 + 2H_2O}$ (kết tủa vàng nhạt mô tả). But-2-yne không có H đầu mạch nên không phản ứng. Kết luận: quy tắc Markovnikov áp dụng cho phản ứng cộng HX vào alkene bất đối xứng ở điều kiện thông thường.

HS viết được phương trình phản ứng oxi hoá bằng KMnO₄ loãng, phản ứng cháy và trùng hợp của ethene; nêu được phương pháp điều chế và ứng dụng ethylene, acetylene.

GV lần lượt chiếu mô phỏng và video (GV biểu diễn hoặc minh họa) về: (1) ethene làm nhạt màu tím KMnO₄ loãng, tạo MnO₂ nâu; (2) cháy hoàn toàn ethene và acetylene; (3) trùng hợp ethene thành polyethylene; (4) điều chế ethylene từ ethanol với H₂SO₄ đặc ở 170 °C, điều chế acetylene từ CaC₂ và nước. HS trả lời: Vì sao phản ứng với KMnO₄ không xác nhận duy nhất ethene? Ứng dụng nào của ethylene và acetylene dựa trên tính chất vừa học?

Phương trình: $\mathrm{3CH_2{=}CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HOCH_2CH_2OH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH}$ (oxi hoá không hoàn toàn, tạo ethylene glycol); $\mathrm{C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O}$ (cháy hoàn toàn); $\mathrm{nCH_2{=}CH_2 \rightarrow (-CH_2{-}CH_2{-})_n}$ (trùng hợp, cần xúc tác, áp suất, nhiệt thích hợp). Điều chế: $\mathrm{C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4\,đặc,\,170\,^\circ C} CH_2{=}CH_2 + H_2O}$; $\mathrm{CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2 + Ca(OH)_2}$. Ứng dụng: ethylene sản xuất polyethylene, kích thích quả chín; acetylene dùng trong đèn xì hàn cắt kim loại. Lưu ý: khí có thể lẫn tạp chất khử nên mất màu KMnO₄ không xác nhận duy nhất ethene.

HS vận dụng công thức chung, đồng phân, phản ứng cộng và tính số mol để giải bài tập cơ bản.

HS làm cá nhân 3 phút, sau đó đối chiếu theo cặp đôi. Đề gồm: (1) Chất nào thuộc alkyne mạch hở có một liên kết ba: A. C₂H₆; B. C₂H₄; C. C₂H₂; D. C₆H₆? (2) Chất nào có đồng phân cis – trans: A. CH₂=CH₂; B. CH₂=CHCH₃; C. CH₃CH=CHCH₃; D. CH₂=C(CH₃)₂? (3) 0,10 mol ethyne cộng hoàn toàn Br₂ thành tetrabromoethane cần bao nhiêu mol Br₂? (4) Xét đúng (Đ) hay sai (S): a) Ethene cộng H₂ tạo ethane; b) Propene cộng HBr thông thường ưu tiên 1-bromopropane; c) But-2-yne phản ứng bạc–ammonia như ethyne; d) Trùng hợp ethene không tạo phân tử nước.

Đáp án: (1) C, vì $\mathrm{C_2H_2}$ thuộc $C_nH_{2n-2}$ với n = 2, cấu tạo $\mathrm{HC{\equiv}CH}$. (2) C, vì mỗi C của C=C gắn H và CH₃. (3) $0{,}20$ mol Br₂ ($\mathrm{HC{\equiv}CH + 2Br_2 \rightarrow CHBr_2CHBr_2}$; $n_{Br_2} = 2 \times 0{,}10$). (4) a) Đ; b) S (ưu tiên 2-bromopropane); c) S (but-2-yne không có H đầu mạch); d) Đ.

HS vận dụng tính chất của liên kết đôi để đề xuất phép thử phân biệt hai khí, nêu phương trình và giới hạn an toàn.

Tình huống: Trong phòng thí nghiệm ảo, cần phân biệt khí ethane và ethene bằng dung dịch bromine ở bóng tối. Yêu cầu: (1) Nêu hiện tượng quan sát được và phương trình phản ứng. (2) Vì sao không dùng màu mất để khẳng định chắc chắn mẫu là ethene? (3) Nêu giới hạn an toàn khi thao tác bromine trong mô hình.

Gợi ý trả lời (tối đa 3 điểm): (1) Ethene làm mất màu nước bromine do $\mathrm{CH_2{=}CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br{-}CH_2Br}$; ethane không làm mất màu nhanh ở bóng tối (1 điểm cho mỗi ý đúng). (2) Chất khử hoặc chất không no khác cũng có thể làm mất màu bromine. (3) Bromine độc và ăn mòn; chỉ xem mô phỏng hoặc do GV thực hiện trong tủ hút.