Phần

Phản ứng cộng brom định lượng và bất bão hòa

Em sẽ làm được gì?

Em sẽ dùng phản ứng cộng brom định lượng (khối lượng bình brom tăng, thể tích khí thoát ra) để tính thành phần hỗn hợp alkane–alkene, rồi mở rộng ra alkene tổng quát $C_nH_{2n}$ chứ không chỉ riêng ethylene.

Cần nhớ trước

Nhớ lại: $C_2H_4+Br_2\rightarrow C_2H_4Br_2$ (làm mất màu nước brom — phản ứng đặc trưng của alkene); alkane không phản ứng với nước brom ở điều kiện thường; và kĩ thuật hiệu số mol khi đốt cháy đã học ở bài trước.

Ở Foundation, phản ứng với nước brom chỉ dùng để trả lời có/không — khí nào làm mất màu là alkene. Đề HSG đi xa hơn: cho một lượng brom cụ thể phản ứng, hoặc cho khối lượng bình brom tăng lên bao nhiêu gam, rồi bắt em tính ra số mol, khối lượng, thậm chí công thức của alkene chưa biết tên. Bí quyết nằm ở hai con số: khối lượng chất bị bình brom giữ lại (đó chính là khối lượng alkene đã phản ứng), và thể tích khí thoát ra khỏi bình (đó là alkane không phản ứng).

Ở Foundation, phản ứng với nước brom chỉ dùng để **trả lời có/không** — khí nào làm mất màu là alkene. Đề HSG đi xa hơn: cho một **lượng brom cụ thể** phản ứng, hoặc cho **khối lượng bình brom tăng lên bao nhiêu gam**, rồi bắt em tính ra số mol, khối lượng, thậm chí công thức của alkene chưa biết tên. Bí quyết nằm ở hai con số: khối lượng chất bị bình brom giữ lại (đó chính là khối lượng alkene đã phản ứng), và thể tích khí thoát ra khỏi bình (đó là alkane không phản ứng).

Khối lượng bình brom tăng = khối lượng alkene bị hấp thụ

Khi dẫn một hỗn hợp khí qua dung dịch brom dư, chỉ alkene phản ứng và bị giữ lại trong dung dịch (cộng vào phân tử brom, tạo hợp chất lỏng), còn alkane đi xuyên qua không đổi. Do đó:

$m_{\text{bình brom tăng}} = m_{\text{alkene phản ứng}}$

và khí thoát ra khỏi bình chính là toàn bộ alkane ban đầu — đo được thể tích của nó là biết ngay số mol alkane, không cần tính toán gì thêm.

Khi dẫn một hỗn hợp khí qua **dung dịch brom dư**, chỉ alkene phản ứng và bị giữ lại trong dung dịch (cộng vào phân tử brom, tạo hợp chất lỏng), còn alkane đi xuyên qua không đổi. Do đó: $$m_{\text{bình brom tăng}} = m_{\text{alkene phản ứng}}$$ và khí thoát ra khỏi bình chính là **toàn bộ alkane** ban đầu — đo được thể tích của nó là biết ngay số mol alkane, không cần tính toán gì thêm.

Chỉ liên kết đôi C=C của alkene mới cộng được brom; alkane chỉ có liên kết đơn nên trơ với brom.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Đọc dữ liệu 'bình brom tăng' và 'khí thoát ra'

1
Dẫn V lít (đkc) hỗn hợp khí gồm $CH_4$ và $C_2H_4$ qua bình đựng dư dung dịch brom, thấy khối lượng bình tăng 2,8 gam và có 2,479 lít khí thoát ra khỏi bình (đkc). Tính % thể tích mỗi khí trong hỗn hợp đầu.
Dẫn V lít (đkc) hỗn hợp khí gồm $CH_4$ và $C_2H_4$ qua bình đựng dư dung dịch brom, thấy khối lượng bình tăng 2,8 gam và có 2,479 lít khí thoát ra khỏi bình (đkc). Tính % thể tích mỗi khí trong hỗn hợp đầu.
2
Khí thoát ra không phản ứng với brom $\Rightarrow$ đó là $CH_4$ . $n_{CH_4} = 2{,}479/24{,}79 = 0{,}1$ mol.
Khí thoát ra không phản ứng với brom $\Rightarrow$ đó là $CH_4$. $n_{CH_4} = 2{,}479/24{,}79 = 0{,}1$ mol.
3
Khối lượng bình tăng chính là khối lượng $C_2H_4$ đã phản ứng: $m_{C_2H_4} = 2{,}8$ gam $\Rightarrow n_{C_2H_4} = 2{,}8/28 = 0{,}1$ mol.
Khối lượng bình tăng chính là khối lượng $C_2H_4$ đã phản ứng: $m_{C_2H_4} = 2{,}8$ gam $\Rightarrow n_{C_2H_4} = 2{,}8/28 = 0{,}1$ mol.
4
$n_{hh} = 0{,}1+0{,}1=0{,}2$ mol $\Rightarrow V=0{,}2\times24{,}79=4{,}958$ lít. Vì hai khí có số mol bằng nhau, $\%V_{CH_4}=\%V_{C_2H_4}=50\%$ .
$n_{hh} = 0{,}1+0{,}1=0{,}2$ mol $\Rightarrow V=0{,}2\times24{,}79=4{,}958$ lít. Vì hai khí có số mol bằng nhau, $\%V_{CH_4}=\%V_{C_2H_4}=50\%$.
5
PTHH: $C_2H_4+Br_2\rightarrow C_2H_4Br_2$ ; số mol brom phản ứng $n_{Br_2}=n_{C_2H_4}=0{,}1$ mol — số liệu nhất quán, không mâu thuẫn với đề.
PTHH: $C_2H_4+Br_2\rightarrow C_2H_4Br_2$; số mol brom phản ứng $n_{Br_2}=n_{C_2H_4}=0{,}1$ mol — số liệu nhất quán, không mâu thuẫn với đề.

Mở rộng: alkene chưa được đặt tên riêng

Mở rộng dành cho HSG

Mở rộng dành cho HSG: SGK Lớp 9 chỉ dạy ethylene $C_2H_4$ bằng tên riêng. Đề HSG có thể cho một alkene tổng quát $C_nH_{2n}$ ( $n\ge2$ ) mà không nêu tên, buộc em dùng công thức chung để tìm $n$ rồi mới suy ra chất cụ thể — kĩ năng này nối tiếp trực tiếp bài đốt cháy đã học ở tiết trước.

**Mở rộng dành cho HSG:** SGK Lớp 9 chỉ dạy ethylene $C_2H_4$ bằng tên riêng. Đề HSG có thể cho một alkene tổng quát $C_nH_{2n}$ ($n\ge2$) mà không nêu tên, buộc em dùng công thức chung để tìm $n$ rồi mới suy ra chất cụ thể — kĩ năng này nối tiếp trực tiếp bài đốt cháy đã học ở tiết trước.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Kết hợp brom và đốt cháy để tìm alkene chưa biết tên

1
0,1 mol một alkene $C_nH_{2n}$ phản ứng vừa đủ với dung dịch chứa a gam $Br_2$ . Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol alkene đó thu được 13,2 gam $CO_2$ . Xác định công thức phân tử alkene và tính a.
0,1 mol một alkene $C_nH_{2n}$ phản ứng vừa đủ với dung dịch chứa a gam $Br_2$. Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol alkene đó thu được 13,2 gam $CO_2$. Xác định công thức phân tử alkene và tính a.
2
$n_{CO_2}=13{,}2/44=0{,}3$ mol. Với alkene, $n_{CO_2}=n\times n_{alkene} \Rightarrow n=0{,}3/0{,}1=3$ . Vậy alkene là $C_3H_6$ (3 carbon, có 1 liên kết đôi C=C).
$n_{CO_2}=13{,}2/44=0{,}3$ mol. Với alkene, $n_{CO_2}=n\times n_{alkene} \Rightarrow n=0{,}3/0{,}1=3$. Vậy alkene là $C_3H_6$ (3 carbon, có 1 liên kết đôi C=C).
3
$C_3H_6+Br_2\rightarrow C_3H_6Br_2$ (tỉ lệ 1:1 vì chỉ có 1 liên kết đôi). $n_{Br_2}=n_{C_3H_6}=0{,}1$ mol $\Rightarrow a=0{,}1\times160=16$ gam.
$C_3H_6+Br_2\rightarrow C_3H_6Br_2$ (tỉ lệ 1:1 vì chỉ có 1 liên kết đôi). $n_{Br_2}=n_{C_3H_6}=0{,}1$ mol $\Rightarrow a=0{,}1\times160=16$ gam.
4
Mỗi phân tử alkene $C_nH_{2n}$ trong phạm vi Lớp 9 chỉ có đúng một liên kết đôi C=C, nên luôn cộng vừa đủ 1 phân tử $Br_2$ — điều cần nhớ khi gặp alkene tổng quát chưa biết tên.
Mỗi phân tử alkene $C_nH_{2n}$ trong phạm vi Lớp 9 chỉ có đúng **một** liên kết đôi C=C, nên luôn cộng vừa đủ 1 phân tử $Br_2$ — điều cần nhớ khi gặp alkene tổng quát chưa biết tên.

Thiết kế phép nhận biết nhiều khí cùng lúc

Ví dụ

Ví dụ 3 — Nhận biết ba khí bằng hai thuốc thử

1
Có ba lọ khí mất nhãn: $CH_4$ , $C_2H_4$ , $CO_2$ . Chỉ dùng nước vôi trong và nước brom, hãy trình bày cách nhận biết từng khí, viết PTHH minh họa.
Có ba lọ khí mất nhãn: $CH_4$, $C_2H_4$, $CO_2$. Chỉ dùng nước vôi trong và nước brom, hãy trình bày cách nhận biết từng khí, viết PTHH minh họa.
2
Dẫn lần lượt ba khí qua nước vôi trong dư: khí nào làm vẩn đục (xuất hiện kết tủa trắng $CaCO_3$ ) là $CO_2$ : $CO_2+Ca(OH)_2\rightarrow CaCO_3\downarrow+H_2O$ . Hai khí còn lại không hiện tượng gì.
Dẫn lần lượt ba khí qua nước vôi trong dư: khí nào làm **vẩn đục** (xuất hiện kết tủa trắng $CaCO_3$) là $CO_2$: $CO_2+Ca(OH)_2\rightarrow CaCO_3\downarrow+H_2O$. Hai khí còn lại không hiện tượng gì.
3
Dẫn hai khí còn lại qua nước brom: khí nào làm mất màu nước brom là $C_2H_4$ : $C_2H_4+Br_2\rightarrow C_2H_4Br_2$ .
Dẫn hai khí còn lại qua nước brom: khí nào làm **mất màu** nước brom là $C_2H_4$: $C_2H_4+Br_2\rightarrow C_2H_4Br_2$.
4
Khí không gây hiện tượng gì ở cả hai bước chính là $CH_4$ — nhận biết bằng phương pháp loại trừ sau khi đã xác định được hai khí kia.
Khí không gây hiện tượng gì ở cả hai bước chính là $CH_4$ — nhận biết bằng **phương pháp loại trừ** sau khi đã xác định được hai khí kia.

Chọn đúng thứ tự thuốc thử giúp tách các khí ra từng bước, không cần thử tất cả cùng lúc.

Vì sao phòng thí nghiệm thật cũng dùng đúng ý tưởng này? Trong công nghiệp lọc dầu, người ta cần biết chính xác tỉ lệ alkane/alkene trong một dòng khí hydrocarbon để quyết định dùng nó làm nhiên liệu (ưu tiên alkane, ổn định) hay làm nguyên liệu tổng hợp nhựa (ưu tiên alkene, dễ phản ứng). Thay vì phân tích bằng máy móc đắt tiền, một phép đo đơn giản — dẫn khí qua dung dịch brom, cân bình trước và sau, đo thể tích khí còn lại — đã cho đủ dữ liệu để tính toán. Đây chính là lí do bài toán 'bình brom tăng bao nhiêu gam' không phải là một câu đố toán học thuần túy, mà mô phỏng đúng một phép đo thực nghiệm quen thuộc. Hiểu được điều này giúp em nhớ lâu hơn: khối lượng tăng luôn gắn với chất bị giữ lại, và thể tích khí còn dư gắn với chất đi qua không đổi — hai đại lượng đo được hoàn toàn độc lập với nhau nên có thể dùng để kiểm tra chéo kết quả.

**Vì sao phòng thí nghiệm thật cũng dùng đúng ý tưởng này?** Trong công nghiệp lọc dầu, người ta cần biết chính xác tỉ lệ alkane/alkene trong một dòng khí hydrocarbon để quyết định dùng nó làm nhiên liệu (ưu tiên alkane, ổn định) hay làm nguyên liệu tổng hợp nhựa (ưu tiên alkene, dễ phản ứng). Thay vì phân tích bằng máy móc đắt tiền, một phép đo đơn giản — dẫn khí qua dung dịch brom, cân bình trước và sau, đo thể tích khí còn lại — đã cho đủ dữ liệu để tính toán. Đây chính là lí do bài toán 'bình brom tăng bao nhiêu gam' không phải là một câu đố toán học thuần túy, mà mô phỏng đúng một phép đo thực nghiệm quen thuộc. Hiểu được điều này giúp em nhớ lâu hơn: khối lượng tăng luôn gắn với chất bị **giữ lại**, và thể tích khí còn dư gắn với chất **đi qua không đổi** — hai đại lượng đo được hoàn toàn độc lập với nhau nên có thể dùng để kiểm tra chéo kết quả.

Bẫy thường gặp

(1) Nhầm 'khí thoát ra khỏi bình brom' với 'khí đã phản ứng' — thực ra khí thoát ra là khí không phản ứng (alkane). (2) Quên rằng khối lượng bình brom tăng chỉ tính phần alkene đã phản ứng, không phải toàn bộ khối lượng hỗn hợp dẫn qua. (3) Với alkene tổng quát $C_nH_{2n}$ , tỉ lệ mol với $Br_2$ luôn là 1:1 vì chỉ có một liên kết đôi trong phạm vi Lớp 9 — đừng nhân đôi. (4) Khi thiết kế quy trình nhận biết nhiều khí, luôn dùng thuốc thử đặc trưng nhất trước (như nước vôi trong cho $CO_2$ ) để loại nhanh, tránh thử tất cả các khí với tất cả thuốc thử một cách dàn trải.

(1) Nhầm 'khí thoát ra khỏi bình brom' với 'khí đã phản ứng' — thực ra khí thoát ra là khí **không** phản ứng (alkane). (2) Quên rằng khối lượng bình brom tăng chỉ tính phần **alkene đã phản ứng**, không phải toàn bộ khối lượng hỗn hợp dẫn qua. (3) Với alkene tổng quát $C_nH_{2n}$, tỉ lệ mol với $Br_2$ luôn là 1:1 vì chỉ có một liên kết đôi trong phạm vi Lớp 9 — đừng nhân đôi. (4) Khi thiết kế quy trình nhận biết nhiều khí, luôn dùng thuốc thử **đặc trưng nhất** trước (như nước vôi trong cho $CO_2$) để loại nhanh, tránh thử tất cả các khí với tất cả thuốc thử một cách dàn trải.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Tóm tắt: Bình brom tăng khối lượng = khối lượng alkene phản ứng; khí thoát ra = alkane không đổi. Kết hợp dữ kiện đốt cháy để tìm alkene tổng quát $C_nH_{2n}$ khi đề không nêu tên cụ thể. Thiết kế trình tự thuốc thử (nước vôi trong trước, nước brom sau) để tách nhiều khí trong một lần thử.

**Tóm tắt:** Bình brom tăng khối lượng = khối lượng alkene phản ứng; khí thoát ra = alkane không đổi. Kết hợp dữ kiện đốt cháy để tìm alkene tổng quát $C_nH_{2n}$ khi đề không nêu tên cụ thể. Thiết kế trình tự thuốc thử (nước vôi trong trước, nước brom sau) để tách nhiều khí trong một lần thử.

Nhìn lại toàn bài, hai bài học (Chương 1) đều xoay quanh một triết lí chung: khi đề bài không cho sẵn công thức, hãy tìm một phép đo hoặc phép trừ đơn giản (hiệu số mol, khối lượng bình tăng) thay vì lập hệ phương trình cồng kềnh ngay từ đầu. Hai công cụ này — hiệu số mol khi đốt cháy và khối lượng bình brom — thường xuất hiện cùng nhau trong một đề thi thật, vì chúng bổ sung cho nhau: một công cụ nhìn vào sản phẩm cháy, công cụ kia nhìn vào phản ứng cộng. Khi ôn tập tổng hợp ở Chương 5, em sẽ thấy cả hai cùng xuất hiện trong một đề mock duy nhất.

Nhìn lại toàn bài, hai bài học (Chương 1) đều xoay quanh một triết lí chung: khi đề bài **không cho sẵn công thức**, hãy tìm một phép đo hoặc phép trừ đơn giản (hiệu số mol, khối lượng bình tăng) thay vì lập hệ phương trình cồng kềnh ngay từ đầu. Hai công cụ này — hiệu số mol khi đốt cháy và khối lượng bình brom — thường xuất hiện **cùng nhau** trong một đề thi thật, vì chúng bổ sung cho nhau: một công cụ nhìn vào sản phẩm cháy, công cụ kia nhìn vào phản ứng cộng. Khi ôn tập tổng hợp ở Chương 5, em sẽ thấy cả hai cùng xuất hiện trong một đề mock duy nhất.

Sang bài sau ta chuyển chủ đề — chuỗi phản ứng liên tiếp glucose → ethylic alcohol → acetic acid, và em sẽ học cách tính khi mỗi bước chỉ đạt một hiệu suất nhất định, không phải 100%.