Hôm nay, cô sẽ hướng dẫn các em giải một bài tập chuỗi phản ứng rất điển hình trong chương trình Hóa học 11. Dạng bài này giúp chúng ta củng cố kiến thức về mối liên hệ giữa các loại hiđrocacbon, đặc biệt là từ hiđrocacbon không no đến hiđrocacbon thơm và các dẫn xuất của chúng.

Chúng ta sẽ đi vào chi tiết từng chuỗi phản ứng nhé.

1. Chuỗi: Đất đèn → C₂H₂ → C₆H₆ → Thuốc trừ sâu 666

Bước 1: Từ Đất đèn điều chế Axetilen (\(C_2H_2\))
Trong công nghiệp và phòng thí nghiệm, người ta điều chế axetilen bằng cách cho đất đèn (thành phần chính là canxi cacbua – \(CaC_2\)) tác dụng với nước.
Phương trình hóa học:
\[CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2 \uparrow + Ca(OH)_2\]
Phản ứng này xảy ra ngay ở nhiệt độ thường. Khí axetilen sinh ra không màu, không mùi (mùi hôi của đất đèn là do tạp chất).

Bước 2: Từ Axetilen (\(C_2H_2\)) điều chế Benzen (\(C_6H_6\))
Đây là phản ứng trime hóa (hay còn gọi là tam hợp) axetilen. Khi cho luồng khí axetilen đi qua bột than hoạt tính nung nóng ở \(600^\circ C\), ba phân tử axetilen sẽ kết hợp với nhau tạo thành một phân tử benzen.
Phương trình hóa học:
\[3C_2H_2 \xrightarrow{600^\circ C, \text{bột } C} C_6H_6\]

Bước 3: Từ Benzen (\(C_6H_6\)) điều chế Thuốc trừ sâu 666
Mặc dù benzen có tính thơm đặc trưng là dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng, nhưng trong điều kiện có ánh sáng mặt trời khuếch tán (hoặc chiếu sáng bằng tia UV), benzen có thể cộng hợp với clo để tạo ra hexacloran (còn gọi là hexacloxiclohexan). Sản phẩm này có công thức là \(C_6H_6Cl_6\) và được biết đến với tên thương mại là thuốc trừ sâu 666 (do có 6 nguyên tử C, 6 nguyên tử H, 6 nguyên tử Cl).
Phương trình hóa học:
\[C_6H_6 + 3Cl_2 \xrightarrow{\text{ánh sáng}} C_6H_6Cl_6\]
Lưu ý: Phản ứng này là phản ứng cộng, khác với phản ứng thế của benzen với halogen khi có bột sắt làm xúc tác.

2. Chuỗi: C₆H₆ → C₆H₅Br

Đây là phản ứng halogen hóa benzen, một phản ứng thế nguyên tử hiđro trên vòng benzen.
Khi cho benzen tác dụng với brom lỏng nguyên chất, có mặt bột sắt làm xúc tác và đun nóng, một nguyên tử hiđro trong vòng benzen sẽ được thay thế bởi một nguyên tử brom.
Phương trình hóa học:
\[C_6H_6 + Br_2 \xrightarrow{Fe, t^\circ} C_6H_5Br + HBr\]
Sản phẩm tạo thành là brombenzen (\(C_6H_5Br\)). Bột sắt ở đây đóng vai trò xúc tác, nó tác dụng với brom để tạo ra \(FeBr_3\), chất xúc tác thực sự cho phản ứng thế này.

3. Chuỗi: C₆H₆ → C₆H₅CH₃ → TNT

Bước 1: Từ Benzen (\(C_6H_6\)) điều chế Toluen (\(C_6H_5CH_3\))
Đây là phản ứng ankyl hóa benzen (phản ứng Friedel-Crafts). Ta có thể cho benzen tác dụng với metyl clorua (\(CH_3Cl\)) với xúc tác là nhôm clorua khan (\(AlCl_3\)).
Phương trình hóa học:
\[C_6H_6 + CH_3Cl \xrightarrow{AlCl_3, t^\circ} C_6H_5CH_3 + HCl\]
Sản phẩm thu được là metylbenzen, hay còn gọi là toluen.

Bước 2: Từ Toluen (\(C_6H_5CH_3\)) điều chế TNT
TNT là tên viết tắt của 2,4,6-trinitrotoluen. Đây là sản phẩm của phản ứng nitro hóa toluen bằng hỗn hợp axit nitric đặc (\(HNO_3\)) và axit sunfuric đặc (\(H_2SO_4\)), đun nóng. Nhóm metyl (\(-CH_3\)) là nhóm hoạt hóa vòng benzen, giúp phản ứng thế xảy ra dễ dàng hơn so với benzen và ưu tiên thế vào các vị trí ortho (2, 6) và para (4).
Phương trình hóa học:
\[C_6H_5CH_3 + 3HNO_{3 \text{ (đặc)}} \xrightarrow{H_2SO_4 \text{ (đặc)}, t^\circ} C_6H_2(NO_2)_3CH_3 + 3H_2O\]
Sản phẩm TNT là một chất nổ mạnh.

4. Chuỗi: C₆H₆ → Etyl benzen → Stiren → PS

Bước 1: Từ Benzen (\(C_6H_6\)) điều chế Etylbenzen
Tương tự như điều chế toluen, đây cũng là phản ứng ankyl hóa benzen. Ta cho benzen tác dụng với etilen (\(CH_2=CH_2\)) với xúc tác là axit (\(H^+\)) và nhiệt độ.
Phương trình hóa học:
\[C_6H_6 + CH_2=CH_2 \xrightarrow{H^+, t^\circ} C_6H_5CH_2CH_3\]
Sản phẩm là etylbenzen.

Bước 2: Từ Etylbenzen điều chế Stiren
Stiren (\(C_6H_5CH=CH_2\)) được điều chế bằng phản ứng đề hiđro hóa (tách hiđro) từ etylbenzen ở nhiệt độ cao và có mặt chất xúc tác thích hợp (ví dụ như ZnO).
Phương trình hóa học:
\[C_6H_5CH_2CH_3 \xrightarrow{t^\circ, \text{xt}} C_6H_5CH=CH_2 + H_2\]

Bước 3: Từ Stiren điều chế Polistiren (PS)
Stiren có liên kết đôi ở nhánh nên có thể tham gia phản ứng trùng hợp. Dưới tác dụng của nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác, các phân tử stiren (monome) kết hợp với nhau tạo thành một phân tử lớn gọi là polistiren (polime).
Phương trình hóa học:
\[nC_6H_5CH=CH_2 \xrightarrow{t^\circ, p, \text{xt}} (-CH(C_6H_5)-CH_2-)_n\]
Polistiren (viết tắt là PS) là một loại nhựa nhiệt dẻo, được dùng để sản xuất hộp xốp, đồ dùng văn phòng, đồ chơi…

Cô hy vọng phần giải chi tiết này sẽ giúp các em nắm vững hơn các tính chất hóa học quan trọng của hiđrocacbon thơm và ứng dụng của chúng.
Chúc các em học tốt