Giáo án Bài 21. Phenol

Huy động kiến thức về nhóm chức alcohol và phát hiện vấn đề: vì sao hai chất đều có nhóm OH và vòng benzene nhưng một chất là phenol còn chất kia thì không.

GV trình chiếu hai công thức $C_6H_5OH$ và $C_6H_5CH_2OH$ cùng câu hỏi: (1) Nhóm OH trong hai chất gắn vào đâu? (2) Chất nào được gọi là phenol? Vì sao? (3) Ethanol $C_2H_5OH$ có thuộc nhóm phenol không? HS làm việc cá nhân trong 3 phút, sau đó chia sẻ với bạn cùng bàn.

Kết luận sơ bộ của HS: OH gắn trực tiếp vào carbon của vòng benzene trong $C_6H_5OH$ nên đây là phenol; OH trong $C_6H_5CH_2OH$ gắn vào carbon no của nhánh $CH_2$ nên đây là alcohol thơm, không phải phenol; ethanol là alcohol no, không có vòng benzene. Câu hỏi nêu vấn đề: 'Nhóm OH gắn vào vòng thơm có làm cho phân tử khác với alcohol không?'

Nêu được khái niệm và cấu tạo của phenol $C_6H_5OH$; nêu được tính chất vật lí của phenol và độc tính cơ bản.

HS làm việc nhóm 4 người theo kĩ thuật 'Khăn trải bàn' với Phiếu học tập số 1: (1) Viết công thức cấu tạo phenol, khoanh vùng nhóm OH và vòng benzene. (2) So sánh cấu tạo phenol với ethanol và $C_6H_5CH_2OH$ theo bảng: tên chất, nhóm OH gắn vào đâu, thuộc loại hợp chất nào. (3) Đọc sách trang tính chất vật lí, ghi: phenol tan trong nước lạnh như thế nào, khi đun nóng ra sao; phenol có tính độc và tác động gì lên da. (4) Mỗi thành viên ghi kết quả vào một ô của khăn trải bàn, sau đó thống nhất đáp án nhóm.

Phiếu học tập số 1 hoàn chỉnh gồm: Công thức phenol $C_6H_5OH$: vòng benzene gắn trực tiếp nhóm –OH tại một carbon của vòng. Bảng so sánh: $C_6H_5OH$ – OH gắn vòng thơm – phenol; $C_6H_5CH_2OH$ – OH gắn carbon no – alcohol thơm; $C_2H_5OH$ – OH gắn carbon no, không có vòng – alcohol no. Tính chất vật lí: ít tan trong nước lạnh; tan tốt hơn khi đun nóng; phenol độc và ăn mòn da, không được chạm tay trần. Kiến thức HS rút ra: phenol là hợp chất có nhóm OH gắn trực tiếp vòng benzene, khác với alcohol ở vị trí nhóm OH.

Giải thích được tính acid yếu của phenol qua phản ứng với NaOH và Na; so sánh được với ethanol; nêu được vì sao phenol không làm quỳ tím đổi màu rõ rệt.

GV dùng mô phỏng 3D tương tác trong trang bài học NeoEdu (burette NaOH, ống nghiệm 2 mL dung dịch phenol) hoặc video thí nghiệm: nhỏ NaOH vào dung dịch phenol đục. Câu hỏi cho HS: (1) Dung dịch phenol đục ban đầu do chất gì? (2) Sau khi nhỏ NaOH, dung dịch trong suốt là do đâu? (3) Viết phương trình $C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$. (4) Ethanol có phản ứng đáng kể với NaOH không? (5) Vì sao không nên dùng quỳ tím làm bằng chứng duy nhất cho tính acid của phenol? HS hoàn thành Phiếu học tập số 2 (phần A). GV thông báo: thí nghiệm với Na chỉ trình bày để so sánh, HS không tự làm.

Phương trình phản ứng: $C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$ (tạo sodium phenolate tan). Phenol có tính acid yếu: tác dụng với NaOH và với Na giải phóng $H_2$, nhưng không làm quỳ tím đổi màu rõ như acid mạnh. Ethanol không phản ứng đáng kể với NaOH dung dịch, trong khi phenol phản ứng. Dữ liệu phải đối chứng bằng nước cùng điều kiện, vì phenol ít tan khi nguội có thể gây đục và dung dịch trong hơn do tạo muối tan chứ không phải do pha loãng. Kiến thức HS rút ra: phenol có tính acid yếu, mạnh hơn ethanol nhưng yếu hơn acid carboxylic thông thường; kết luận về tính acid cần ghép nhiều bằng chứng.

Giải thích được ảnh hưởng qua lại giữa nhóm OH và vòng benzene: nhóm OH làm vòng phản ứng thế dễ hơn benzene; viết được phương trình phản ứng với nước bromine và nêu được cách đọc sơ đồ phản ứng với $HNO_3$ mà không tổng hợp.

GV dùng Phòng thí nghiệm hoá học ảo 'Phenol tác dụng với nước bromine' hoặc mô phỏng NeoEdu: nhỏ từng giọt nước bromine vào 2 mL dung dịch phenol, quan sát màu và kết tủa; thay phenol bằng benzene để so sánh. Câu hỏi: (1) Màu nước bromine biến mất nhanh hay chậm? Vì sao? (2) Sản phẩm rắn màu trắng là chất nào? (3) Vì sao phản ứng này được gọi là phản ứng thế, không phải cộng? (4) Vì sao phenol thế dễ hơn benzene? HS hoàn thành Phiếu học tập số 2 (phần B). Với $HNO_3$, GV trình chiếu sơ đồ $C_6H_5OH + 3HNO_3 \rightarrow C_6H_2(NO_2)_3OH + 3H_2O$ để HS chỉ đọc loại phản ứng thế, không thực hiện.

Phương trình: $C_6H_5OH + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3OH \downarrow + 3HBr$. Hiện tượng: nước bromine mất màu nhanh khi nhỏ vào phenol, xuất hiện kết tủa trắng 2,4,6-tribromophenol; với benzene, nước bromine giữ màu. Giải thích: nhóm OH hoạt hoá vòng, làm vòng dễ thế bromine tại vị trí 2, 4, 6 (ortho và para) hơn benzene; ba nguyên tử H trên vòng được thế bằng ba nguyên tử Br, không phải cộng Br₂ vào liên kết đôi. Với $HNO_3$: sơ đồ $C_6H_5OH + 3HNO_3 \rightarrow C_6H_2(NO_2)_3OH + 3H_2O$ là phản ứng thế ở vòng, nhóm OH được giữ nguyên. Kiến thức HS rút ra: phenol có phản ứng thế ở vòng thơm dễ hơn benzene do ảnh hưởng của nhóm OH; một kết tủa trắng đơn lẻ không đủ để xác nhận mọi mẫu chưa biết là phenol.

Củng cố phân loại phenol, phân biệt phenol với ethanol bằng phản ứng acid–base, tính toán theo phương trình và nhận diện đúng/sai các nhận định về phenol.

HS làm việc cặp đôi, giải các câu sau (đề lấy từ bài tập đã cho): (1) Chất nào thuộc loại phenol? A. $C_6H_5OH$; B. $C_6H_5CH_2OH$; C. $C_2H_5OH$; D. $CH_3COOH$. (2) Thuốc thử nào phân biệt phenol với ethanol bằng phản ứng acid–base? A. NaOH dung dịch; B. Na kim loại; C. O₂; D. Nước tinh khiết. (3) 0,05 mol phenol tạo hoàn toàn 2,4,6-tribromophenol cần bao nhiêu mol $Br_2$? (4) Xét các nhận định: a) Phenol có tính acid mạnh hơn ethanol; b) Phenol với Na₂CO₃ giải phóng CO₂ như acetic acid; c) OH làm vòng benzene dễ phản ứng thế hơn; d) Phenol có thể tiếp xúc tay vì ít tan trong nước. (5) 0,12 mol phenol phản ứng vừa đủ với NaOH; tính khối lượng NaOH (M = 40 g/mol). GV chọn 3–4 câu để thực hiện đủ thời gian.

Đáp án: (1) A. Vì OH gắn trực tiếp carbon vòng benzene. (2) A. NaOH dung dịch: phenol tạo muối tan, ethanol không phản ứng đáng kể; cả hai đều phản ứng với Na nên Na không phân biệt được. (3) 0,15 mol $Br_2$, vì tỉ lệ phenol : $Br_2$ = 1 : 3, nên $n_{Br_2} = 3 \times 0{,}05 = 0{,}15$ mol. (4) a) Đúng: phenol có tính acid mạnh hơn ethanol nhưng vẫn là acid yếu. b) Sai: $C_6H_5OH + Na_2CO_3 \rightleftharpoons C_6H_5ONa + NaHCO_3$, không tạo CO₂ theo sơ đồ. c) Đúng: OH hoạt hoá vòng, thế thuận lợi ở ortho/para. d) Sai: phenol độc và ăn mòn da, ít tan không làm nó an toàn. (5) 4,8 g NaOH, vì tỉ lệ phenol : NaOH = 1 : 1, $m_{NaOH} = 0{,}12 \times 40 = 4{,}80$ g.

Nêu được ứng dụng của phenol và độc tính, cách phòng tránh; liên hệ kiến thức về cấu tạo và tính chất để giải thích vì sao phenol được dùng làm nguyên liệu nhưng không tự pha chế, sử dụng tại nhà.

GV nêu tình huống: 'Một nhà máy sản xuất nhựa phenol-formaldehyde yêu cầu công nhân đeo găng, kính bảo hộ khi làm việc với phenol. Vì sao? Nếu có người dùng dung dịch phenol loãng để sát trùng tại nhà thì cần lưu ý gì?' HS thảo luận nhóm 4, lập bảng ngắn: ứng dụng – lí do dựa trên tính chất – biện pháp an toàn. Nhiệm vụ về nhà: tìm hiểu thêm một sản phẩm chứa phenol và viết 5 dòng nêu lợi ích, rủi ro và biện pháp sử dụng an toàn.

Bảng ghi của nhóm: Sản xuất nhựa phenol-formaldehyde, chất diệt nấm, thuốc nổ, dược phẩm – do phenol có nhóm OH hoạt hoá vòng và có khả năng phản ứng; Chất sát trùng nồng độ thấp – có tác dụng nhưng độc và ăn mòn da nên không tự pha chế, không tiếp xúc trực tiếp. Biện pháp an toàn: đeo găng, kính bảo hộ, làm việc trong tủ hút, thu gom chất thải hữu cơ halogen, không chạm tay. Kết luận: phenol có ứng dụng quan trọng nhưng cần kiểm soát chặt chẽ.