Chúng ta sẽ đi vào từng câu một.

(a) Cho benzen tác dụng với Br2 (Fe, to)

Đây là phản ứng thế nguyên tử hiđro trong vòng benzen bằng nguyên tử halogen.
Bước 1: Xác định chất phản ứng.
Chất tham gia phản ứng là benzen (C6H6) và brom (Br2).
Bước 2: Xác định điều kiện phản ứng.
Điều kiện là có xúc tác sắt (Fe) và đun nóng (to).
Bước 3: Viết phương trình hóa học.
Phản ứng này thuộc loại phản ứng thế electrophin vào vòng benzen. Nguyên tử brom sẽ thế một nguyên tử hiđro trên vòng benzen.
Công thức của benzen là C6H6. Công thức của brom là Br2.
Khi phản ứng, một nguyên tử H trong C6H6 sẽ được thay thế bằng một nguyên tử Br. Sản phẩm thu được là brombenzen (C6H5Br) và axit bromhiđric (HBr).
Phương trình hóa học cân bằng:
C6H6 + Br2 \(\xrightarrow{Fe, to}\) C6H5Br + HBr

(b) Cho toluen tác dụng với Br2 (askt)

Trường hợp này hơi khác một chút so với benzen. Toluen có nhóm metyl (-CH3) gắn vào vòng benzen. Phản ứng với Br2 trong điều kiện ánh sáng, đun nóng (askt – ánh sáng, nhiệt độ) sẽ xảy ra ở mạch nhánh.
Bước 1: Xác định chất phản ứng.
Chất tham gia phản ứng là toluen (C6H5CH3) và brom (Br2).
Bước 2: Xác định điều kiện phản ứng.
Điều kiện là ánh sáng, đun nóng (askt). Điều kiện này chỉ ra phản ứng sẽ xảy ra ở bên ngoài vòng benzen, tức là ở mạch nhánh.
Bước 3: Viết phương trình hóa học.
Nhóm metyl (-CH3) có các nguyên tử hiđro linh động. Dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, brom sẽ thế các nguyên tử hiđro này.
Ta xét trường hợp thế một nguyên tử brom trước.
Phương trình hóa học cân bằng:
C6H5CH3 + Br2 \(\xrightarrow{askt}\) C6H5CH2Br + HBr
Nếu phản ứng tiếp tục xảy ra, brom có thể thế các nguyên tử hiđro còn lại ở nhóm metyl, tạo thành các sản phẩm thế ở mạch nhánh như C6H5CHBr2, C6H5CBr3. Tuy nhiên, đề bài thường hỏi sản phẩm chính khi tỉ lệ mol là 1:1, nên ta xét sản phẩm thế một nguyên tử brom.

(c) Cho toluen tác dụng với HNO3/H2SO4 (tỉ lệ mol 1 : 1). Xác định sản phẩm chính.

Đây là phản ứng nitro hóa vòng benzen. Nhóm metyl (-CH3) là nhóm hoạt hóa, có tác dụng hướng ortho và para.
Bước 1: Xác định chất phản ứng.
Chất tham gia phản ứng là toluen (C6H5CH3) và axit nitric (HNO3).
Bước 2: Xác định điều kiện phản ứng.
Điều kiện là axit sulfuric (H2SO4) làm xúc tác và tỉ lệ mol giữa toluen và HNO3 là 1:1.
Bước 3: Xác định vị trí thế.
Nhóm -CH3 trong toluen là nhóm đẩy electron, có tác dụng hoạt hóa vòng benzen và định hướng thế electrophin vào các vị trí ortho (o-) và para (p-).
Bước 4: Viết phương trình hóa học.
Khi tỉ lệ mol HNO3 : toluen là 1:1, chỉ có một nhóm nitro (-NO2) được gắn vào vòng benzen.
Ta sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm thế ở vị trí ortho và para.
Sản phẩm thế ở vị trí ortho gọi là o-nitrotoluen.
Sản phẩm thế ở vị trí para gọi là p-nitrotoluen.
Vì nhóm -CH3 là nhóm định hướng ortho, para và không gian ở vị trí para ít bị cản trở hơn vị trí ortho, nên sản phẩm chính là sản phẩm thế ở vị trí para.
Phương trình hóa học (sản phẩm chính):
C6H5CH3 + HNO3 \(\xrightarrow{H2SO4 đặc, to}\) p-C6H4(CH3)(NO2) + H2O
Nếu xét cả hai sản phẩm, ta có:
C6H5CH3 + HNO3 \(\xrightarrow{H2SO4 đặc, to}\) o-C6H4(CH3)(NO2) + p-C6H4(CH3)(NO2) + H2O
Sản phẩm chính là p-nitrotoluen.

(d) Cho benzen, stiren, naphtalen tác dụng với H2 (Ni, to)

Đây là phản ứng cộng hiđro vào vòng benzen và các liên kết pi không no khác.
Bước 1: Xác định các chất phản ứng.
Các chất tham gia phản ứng là benzen (C6H6), stiren (C6H5CH=CH2) và naphtalen (C10H8).
Bước 2: Xác định điều kiện phản ứng.
Điều kiện là hiđro (H2) có xúc tác niken (Ni) và đun nóng (to). Điều kiện này cho phép cộng hiđro vào các liên kết pi.
Bước 3: Viết phương trình hóa học cho từng chất.

Đối với benzen (C6H6):
Vòng benzen có 3 liên kết pi. Benzen có thể cộng hiđro để tạo thành xiclohexan.
Cần 3 phân tử H2 để cộng hoàn toàn vào vòng benzen.
Phương trình hóa học:
C6H6 + 3H2 \(\xrightarrow{Ni, to}\) C6H12 (xiclohexan)

Đối với stiren (C6H5CH=CH2):
Stiren có một vòng benzen và một liên kết đôi C=C ở mạch nhánh.
Vòng benzen có thể cộng hiđro, và liên kết đôi C=C cũng có thể cộng hiđro.
Tuy nhiên, trong điều kiện thông thường, liên kết đôi C=C ở mạch nhánh dễ bị cộng hiđro hơn vòng benzen.
Nếu chỉ có 1 mol H2, sản phẩm chủ yếu là etylbenzen (vòng benzen chưa phản ứng).
C6H5CH=CH2 + H2 \(\xrightarrow{Ni, to}\) C6H5CH2CH3 (etylbenzen)
Nếu có lượng dư H2 và điều kiện khắc nghiệt hơn, vòng benzen cũng có thể bị hiđro hóa. Nhưng với đề bài chung chung, ta xét phản ứng ở mạch nhánh trước.

Đối với naphtalen (C10H8):
Naphtalen là một hiđrocacbon thơm đa vòng, gồm hai vòng benzen gắn liền nhau.
Naphtalen có thể cộng hiđro vào cả hai vòng. Thông thường, phản ứng cộng hiđro xảy ra ở từng vòng một.
Với tỉ lệ H2 : naphtalen thích hợp, có thể thu được các sản phẩm hiđro hóa một phần hoặc toàn phần.
Ở điều kiện này, naphtalen sẽ cộng hiđro để tạo thành đecalin (decahidronaphtalen). Cần 5 phân tử H2 để hiđro hóa hoàn toàn cả hai vòng.
Phương trình hóa học (hiđro hóa hoàn toàn):
C10H8 + 5H2 \(\xrightarrow{Ni, to}\) C10H18 (đecalin)

(e) Trùng hợp stiren.

Trùng hợp là phản ứng cộng hợp nhiều phân tử monome lại với nhau tạo thành polime.
Bước 1: Xác định monome.
Monome là stiren (C6H5CH=CH2).
Bước 2: Xác định điều kiện phản ứng.
Phản ứng trùng hợp cần có nhiệt độ, áp suất và thường có chất khơi mào.
Bước 3: Viết phương trình phản ứng.
Phản ứng trùng hợp stiren xảy ra ở liên kết đôi C=C.
n C6H5CH=CH2 \(\xrightarrow{to, p, xt}\) [-CH(C6H5)-CH2-]n
Tên polime thu được là polistiren.

(g) Cho toluen tác dụng với dung dịch KMnO4, đun nóng.

Phản ứng này thể hiện tính oxi hóa của thuốc tím (KMnO4) đối với nhóm ankyl gắn trên vòng benzen.
Bước 1: Xác định chất phản ứng.
Chất tham gia phản ứng là toluen (C6H5CH3) và kali permanganat (KMnO4) trong dung dịch, đun nóng.
Bước 2: Xác định điều kiện phản ứng.
Điều kiện là đun nóng.
Bước 3: Viết phương trình hóa học.
Trong dung dịch kiềm hoặc trung tính, khi đun nóng, KMnO4 có thể oxi hóa nhóm metyl (-CH3) của toluen thành nhóm cacboxyl (-COOH).
Trong môi trường trung tính hoặc kiềm nhẹ, sản phẩm là muối kali của axit benzoic, tức là kali benzoat (C6H5COOK).
Phương trình hóa học (trong môi trường trung tính hoặc kiềm):
5C6H5CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 \(\xrightarrow{to}\) 5C6H5COOH + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 14H2O
Tuy nhiên, nếu phản ứng trong dung dịch trung tính hoặc kiềm, sản phẩm ban đầu là muối:
5C6H5CH3 + 6KMnO4 \(\xrightarrow{to}\) 5C6H5COOK + 5MnO2 + KOH + 2H2O (trong môi trường trung tính)
Phản ứng với KMnO4 trong môi trường axit thường không được xét đến cho toluen, mà thường là trong môi trường trung tính hoặc kiềm.
Trong chương trình lớp 11, ta thường xét phản ứng oxi hóa nhóm ankyl bằng KMnO4 dẫn đến tạo thành axit cacboxylic hoặc muối của axit cacboxylic.
Sản phẩm chính là axit benzoic (C6H5COOH).
Phương trình hóa học thể hiện sự tạo thành axit benzoic (cần điều chỉnh môi trường phản ứng để thu được axit, hoặc axit hóa sau phản ứng nếu thu được muối). Tuy nhiên, theo sách giáo khoa, phản ứng này cho thấy khả năng oxi hóa nhóm metyl.
Ta viết phương trình tổng quát thể hiện sự chuyển hóa nhóm -CH3 thành -COOH.
C6H5CH3 + [O] \(\xrightarrow{KMnO4, to}\) C6H5COOH
Nếu viết đầy đủ với các chất tham gia và sản phẩm phụ, ta có thể xét theo môi trường kiềm hoặc trung tính.
Với toluen và dung dịch KMnO4 đun nóng, nhóm CH3 bị oxi hóa thành nhóm COOH.
5C6H5CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 \(\xrightarrow{to}\) 5C6H5COOH + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 14H2O

Hoặc một cách đơn giản hơn, theo tinh thần sách giáo khoa lớp 11:
C6H5CH3 + 2KMnO4 \(\xrightarrow{to}\) C6H5COOK + 2MnO2 + KOH + H2O
Sau đó, axit hóa dung dịch thu được sẽ ra axit benzoic: C6H5COOK + HCl \(\rightarrow\) C6H5COOH + KCl.
Tuy nhiên, để tránh vượt lớp, ta tập trung vào sự chuyển hóa của nhóm chức.
Sản phẩm chính là axit benzoic.

Các em thấy không, mỗi loại phản ứng đều có những đặc điểm và điều kiện riêng. Việc nắm vững lý thuyết và cách viết phương trình hóa học là vô cùng quan trọng. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, các em cứ mạnh dạn hỏi cô nhé!