[Hoá học]Phản ứng thế là gì? Cho ví dụ và bài tập áp dụng

Phản ứng thế là gì? Phản ứng thế có bao nhiêu loại? Để giúp bạn có thể nắm vững được phần quan trọng trong chương trình hóa học lớp 8. Mời bạn tham khảo bài viết dưới đây để củng cố lại kiến thức, cũng như kỹ năng giải bài tập của mình nhé.

Phản ứng thế là gì? Ví dụ

Theo sách giáo khoa hóa học lớp 8, phản ứng thế là phản ứng hóa học xảy ra giữa các hợp chất và đơn chất. Trong đó, nguyên tử của đơn chất này sẽ thay thế nguyên tử của một nguyên tố khác trong hợp chất kia.

Ví dụ: Trong phản ứng:

Zn + 2Hcl → ZnCl₂ + H₂

Ta có: Đơn chất là Zn, hợp chất là HCl. Sau khi xảy ra phản ứng nguyên tử Zn đã thay thế cho nguyên tử H của hợp chất HCl.

Phân loại phản ứng thế và ví dụ

Phản ứng thế có 2 loại là: phản ứng thế trong vô cơ và phản ứng thế trong hữu cơ. Mỗi loại sẽ có những đặc điểm riêng biệt như:

Phản ứng thế trong vô cơ

Trong chương trình hóa học lớp 8 các bạn học sinh sẽ được biết về định nghĩa phản ứng thế là gì? Trong đó:

Phản ứng thế trong vô cơ được hiểu là phản ứng hóa học bao giờ cũng có sự thay đổi oxi hóa của các nguyên tố. Trong đó, nguyên tố có độ hoạt động hóa học mạnh hơn sẽ thay thế nguyên tố có độ hoạt động hóa học yếu hơn (ở điều kiện cụ thể về áp suất và nhiệt độ). 

Ta có phương trình tổng quát của phản ứng thế trong vô cơ như sau: “A + BY → AY + B”

Ví dụ:

• Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
• Fe + H₂SO₄→ FeSO₄ + H₂
• Fe + CuCl₂ → FeCl₂ + Cu
• 3Cl₂ + 2NH3 → 6HCl + N₂
• Zn + CuCl₂ → Cu + ZnCl₂
• 2HCl + Zn → H₂ + ZnCl₂
• 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂
• Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂

Phản ứng thế trong hữu cơ

Phản ứng thế trong hữu cơ là một phản ứng hóa học, trong đó một nhóm của một hợp chất sẽ được thay thế bằng nhóm hợp chất khác. Bên cạnh đó, phản ứng thế trong hữu cơ được chia thành 3 loại chính là: phản ứng thế gốc, phản ứng thế ái lực điện tử và phản ứng thế ái lực hạt nhân.

Ví dụ phản ứng thế trong hữu cơ:

Quá trình phản ứng thế của metan với clo xảy ra theo cơ chế thế gốc và trải qua 3 giai đoạn: khơi mào – phát triển mạch – tắt mạch. Cụ thể:

• Giai đoạn khơi mào: Cl₂ → Cl’ + Cl’ (dưới điều kiện: ánh sáng đã được khuếch tán)
• Phát triển mạch: CH₄ + Cl’ → CH₃ + HCL và CH₃’ + Cl₂ → CH₃Cl + Cl’
• Tắt mạch: CH₃’ + CH₃’ → CH₃-CH₃

Các dạng bài tập về phản ứng thế

Dạng 1: Phản ứng thế Halogen của ankan

Bước 1: Viết phương trình phản ứng của ankan với Halogen.

Lưu ý: nên viết ở dạng tổng quát trong trường hợp đề bài không cho sản phẩm cụ thể là monohalogen hay đihalogen

Bước 2: Tính khối lượng phân tử của sản phẩm thế hoặc khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp sản phẩm thế. Từ đó, tìm ra mối liên hệ giữa CTPT của sản phẩm và CTPT của ankan. Suy ra CTPT của ankan cần tìm.

Dạng 2: Phản ứng thế của hidrocacbon thơm

– Phản ứng clo hóa, brom hóa (thì cần xúc tác Fe và nhiệt độ xác định). Hoặc phản ứng nitro hóa (xúc tác H₂SO₄ đặc và nhiệt độ cao) hiđrocacbon thơm cần lưu ý quy tắc thế của vòng benzen.
– Với điều kiện phản ứng là ánh sáng khuếch tán (ASKT) và đun nóng (đối với brom), phản ứng clo hóa, brom hóa hoàn toàn có khả năng xảy ra ở phần mạch nhánh no (ankyl) của vòng benzen.
– Nếu gặp dạng bài tập liên quan đến phản ứng nitro hóa, thông thường sản phẩm thu được sẽ là hỗn hợp các chất. Lúc này ta nên sử dụng phương pháp trung bình để dễ dàng tính toán.

Bài tập vận dụng phản ứng thế lớp 8

Câu 1: Phản ứng thế của Metan với Clo là gì?

1. CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl
2. CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl₂
3. 4CH₄ + 2Cl₂ → CH₃Cl + HCl
4. CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl₃

Lời giải: đáp án A

Câu 2: Phản ứng nào sau đây được coi là phản ứng thế?

1. CuO + HCl → CuCl₂ + H₂O
2. Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂
3. 3Zn + 8HNO₃ → 3Zn(NO₃)₂+ 2NO + 4H₂O
4. Fe(NO₃)₂ + AgNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 4Ag

Lời giải: đáp án B

Câu 3: Phản ứng thế trong hóa học là:

1. Giữa hợp chất và đơn chất, trong đó nguyên tử của đơn chất này sẽ thay thế nguyên tử của một nguyên tố trong hợp chất kia
2. Giữa hợp chất và hợp chất, trong đó nguyên tử của hợp chất này sẽ thay thế nguyên tử của một nguyên tố trong hợp chất kia.
3. Giữa đơn chất và đơn chất, trong đó nguyên tử của đơn chất này thay thế nguyên tử của một nguyên tố trong đơn chất kia.
4. Giữa hợp chất và đơn chất, trong đó nguyên tử của hợp chất này sẽ thay thế nguyên tử của một nguyên tố trong đơn chất kia.

Lời giải: đáp án A

Câu 4: Phản ứng nào sau đây là một phản ứng thế?

1. 4S + 8NaOH → 6Na₂SO₄ + 3Na₂S + 4H₂O
2. Cl₂+ 2KBr → 2KCl + Br₂
3. 3Zn + 8HNO₃ → 6Zn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
4. Fe(NO₃)₂ + AgNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3Ag

Lời giải: đáp án B

Câu 5: Trong các phản ứng dưới đây, phản ứng nào luôn là phản ứng oxi hóa – khử?

1. Phản ứng hóa hợp
2. Phản ứng phân hủy
3. Phản ứng thế
4. Phản ứng trao đổi

Lời giải: đáp án C

Câu 6: Đâu là phản ứng thế trong các phản ứng sau?

1. Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
2. NaOH + HCl → NaCl + H2O
3. Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl2
4. CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O

Lời giải: Đáp án A

Câu 7: Cho phản ứng thế: 2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO4)₃ + 3H₂. Tính khối lượng của Al đã phản ứng với axit sunfuric (H2SO4), biết sau phản ứng thu được 1,68 lít khí (đktc).

1. 2,025 gam
2. 5,240 gam
3. 6,075 gam
4. 1,350 gam

Lời giải: Đáp án D

Số mol H2 là: nH₂ = 1,68/22,4 = 0,075 mol

Phương trình hóa học: 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2↑

0,05                 ←                       0,075 (mol)

Khối lượng Al đã phản ứng là: mAl = nAl.MAl = 0,05.27 = 1,35 gam

Câu 8: Cho 5,6 gam Fe tác dụng với dung dịch HCl (dư) thu được thể tích khí H2 (ở đktc) là:

1. 2,24 lít.
2. 1,12 lít.
3. 6,72 lít.
4. 4,48 lít.

Lời giải: Đáp án A

Số mol Fe là: nFe = 5,6 / 56 = 0,1 mol

Phương trình hóa học:    Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑

0,1            →               0,1 (mol)

Thể tích khí thu được là: VH₂ = 22,4.nH₂ = 22,4.0,1 = 2,24 lít

Câu 9: Cho Zn tác dụng hoàn toàn với H₂SO₄ loãng, sau phản ứng tạo ra mấy sản phẩm?

1. 2
2. 1
3. 3
4. 4

Lời giải: Đáp án A

Phương trình hóa học: Zn + H₂SO4 → ZnSO₄ + H₂↑

⇒ phản ứng tạo ra 2 sản phẩm: ZnSO₄ và H2

Câu 10: Cho Mg tác dụng với dung dịch HCl thu được muối MgCl₂ và 4,48 lít khí hiđro (ở đktc). Tính khối lượng axit clohiđric cần dùng cho phản ứng?

1. 29,2 gam
2. 14,6 gam
3. 12,7 gam
4. 10,95 gam

Lời giải: Đáp án B

Số mol H₂ là: nH₂ = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol

Phương trình hóa học: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑

0,4  ←                0,2 (mol)

Khối lượng HCl cần dùng là:

mHCl = nHCl.MHCl = 0,4.36,5 =14,6 gam

Bài tập về phản ứng thế Halogen của ankan

Câu 1: Phản ứng đặc trưng của hiđrocacbon no là

1. Phản ứng tách
2.  Phản ứng cộng.
3. Phản ứng thế.
4. Cả A, B và C.

Đáp án : C

Vì: Hidrocacbon có thể tham gia các phản ứng tách, phản ứng thế và phản ứng cộng, nhưng phản ứng đặc trưng thì chỉ có phàn ứng thế

Câu 2: (A) là chất nào trong phản ứng sau đây ?

A + Br₂   → Br­-CH₂-­CH_2­-CH₂-­Br

1. propan
2.  xiclopopan.
3. 1-­brompropan
4.  A và B đều đúng

Đáp án : B. Vì:

• Nếu 2 gốc brom ở cạnh nhau thì A là anken
• Nếu 2 gốc brom ở vị trí 1­ – 3 => xiclopropan cộng mở vòng

Câu 3: Dẫn hỗn hợp khí A gồm propan và xiclopropan đi vào dung dịch brom sẽ quan sát được hiện tượng nào sau đây :

1. Màu của dung dịch nhạt dần, không có khí thoát ra.
2. Màu của dung dịch nhạt dần, và có khí thoát ra.
3. Màu của dung dịch mất hẳn, không còn khí thoát ra 
4. Màu của dung dịch không đổi.

Đáp án : B

Vì : Tuy Propan không phản ứng với Brom nhưng xiclopropan lại có phản ứng với brom nên hiện tượng quan sát được là brom bị mất màu và có khí thoát ra

Câu 4: Phản ứng nào sau đây không xảy ra:

1. Benzen + Cl₂ (as).
2. Benzen + Br₂ (dd).
3. Benzen + H₂ (Ni, p, to).
4. Benzen + HNO₃ (đ) /H₂SO₄ (đặc).

Đáp án : B vì: Benzen không tác dụng với Brom

Câu 5: Ankan Y phản ứng với brom tạo ra 2 dẫn xuất monobrom có tỷ khối hơi so với H₂ bằng 61,5. Tên của Y là:

1. butan
2. propan
3. Iso-­butan.
4. 2­-metylbutan.

Đáp án : B

Tỉ khối hơi so với H là 61,5 => M = 61,5*2 = 123

=>MY=123­ – 80=43 Vậy: Y là C₃H₈

Câu 6: Tính chất nào không phải của benzen ?

1. Dễ thế.
2.  Bền với chất oxi hóa.
3. Khó cộng.
4. Kém bền với các chất oxi hóa.

Đáp án : D Vì: Benzen bền với các hợp chất oxi hóa

Câu 7: Cho iso­pentan tác dụng với Cl₂ theo tỉ lệ số mol 1 : 1, số sản phẩm monoclo tối đa thu được là:

1. 2
2. 3
3. 5
4. 4

Đáp án : D C-­C(C)-­C-­C => Có 4 vị trí có thể thế mono clo => tối đa thu được 4 sản phẩm

Câu 8: Khi trên vòng benzen có sẵn nhóm thế ­X, thì nhóm thứ hai sẽ ưu tiên thế vào vị trí o­ và p­. Vậy ­X là những nhóm thế nào ?

1. -­­CnH_2n+1, ­-­­OH, ­-­­NH₂.
2. -­­­CH₃, ­-­­NH₂, ­-­­COOH.
3. -­­­OCH₃, ­-­­NH₂, -­­­NO₂.
4. -­­NO₂, ­-­­COOH, -­­SO₃H

Đáp án : A

X sẽ là các gốc đẩy e như ankyl, amin…­C_nH_2n+1, ­OH, ­NH₂.

Câu 9: Khi cho 2­metylbutan tác dụng với Cl₂ theo tỷ lệ mol 1:1 thì tạo ra sản phẩm chính là:

1. 1­-clo­-2­-metylbutan
2. 2­-clo-­3­-metylbutan.
3. 2­-clo­-2-­metylbutan
4. 1-­clo­-3-­metylbutan.

Đáp án : C Vì: Gốc metyl ở vị trí số 2 nên Clo sẽ ưu tiên thế vào vị trí cacbon số 2 => 2­- clo-­2-­metylbutan

Câu 10: Xicloankan (chỉ có một vòng) A có tỉ khối so với nitơ bằng 3. A tác dụng với clo có chiếu sáng chỉ cho một dẫn xuất monoclo duy nhất, xác định công thức cấu tạo của A ?

1.  C₅H₁₀­CH₃
2.  C₆H₁₂
3. CH₃­C₄H₈­CH₃
4. (CH₃)₃­C₃H₆

Đáp án : B

Vì: Tỉ khối với nito bằng 3 => MA = 3*28 = 84 => A là C₆H₁₂

Mặt khác: xicloankan này chỉ có 1 vòng (cả 4 đáp án đều thỏa mãn) nhưng chỉ thu đươc 1 dẫn xuất mono brom => cấu tạo đối xứng hoàn toàn => C₆H₁₂ (xiclohexan)

Câu 11: Có bao nhiêu ankan là chất khí ở điều kiện thường khi phản ứng với clo (có ánh sáng, tỉ lệ mol 1:1) tạo ra 2 dẫn xuất monoclo ?

1. 4
2.  2
3. 5
4. 3

Đáp án : D

Ankan là chất khí => từ C1 ­- C4

C1 ­ C2 không thỏa mãn

C3 ­ thỏa mãn

C4 có 2 đồng phân trong đó cả 2 đều thỏa mãn

Câu 12: Khi clo hóa metan thu được một sản phẩm thế chứa 89,12% clo về khối lượng. Công thức của sản phẩm là:

1. CH₃Cl
2. CH₂Cl₂
3. CHCl₃
4.  CCl₄

Đáp án : C

Metan “CH₄” Pứ clo hóa tổng quát : đối với ankan : C_nH_2n+2 +xCl2 => C_nH_2n+2­xCl_x + xHCl

=>CH₄ + xCl₂ => CH_4­xCl_x + xHCl

=> Sản phẩm : CH_4­xCl_x =>% Cl(CH4­xClx) = 35,5.x .100% / (16 + 34,5x) = 89,12% => x = 3

Câu 13: Ankan nào sau đây chỉ cho 1 sản phẩm thế duy nhất khi tác dụng với Cl₂ (as) theo tỉ lệ mol (1 : 1): CH₃CH₂CH₃ (a), CH₄ (b), CH₃C(CH₃)₂CH₃ (c), CH₃CH₃ (d), CH₃CH(CH₃)CH­_3­(e)

1. (a), (e), (d).
2. (b), (c), (d).
3. (c), (d), (e).
4. (a), (b), (c), (e), (d)

Đáp án : B  vì các chất chỉ cho duy nhất 1 sản phẩm phải có cấu tạo đối xứng => (b), (c), (d).

Câu 14: Cho 4 chất: metan, etan, propan và n­butan. Số lượng chất tạo được một sản phẩm thế monoclo duy nhất là:

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

Đáp án : B Vì Chỉ có metan và etan chỉ cho 1 sản phẩm thế monoclo duy nhất, 2 chất còn lại đều cho 2 sản phẩm

Câu 15: Khi clo hóa một ankan có công thức phân tử C ₆H₁₄, người ta chỉ thu được 2 sản phẩm thế monoclo. Danh pháp IUPAC của ankan đó là:

1. 2,2­-đimetylbutan
2. 2-­metylpentan.
3. n­-hexan.
4. 2,3­-đimetylbutan.

Đáp án : D

Công thức phân tư của ankan đó là C-­C(C)­-C(C)-­C

=> Chỉ tạo ra 2 sản phẩm với clo ở 2 vị trí, một là 1, 4 trên mạch cacbon hoặc ở mạch nhánh, 2 là 2 cacbon ở vị trí 2 và 3

Câu 16: Hiđrocacbon mạch hở X trong phân tử chỉ chứa liên kết σ và có hai nguyên tử cacbon bậc ba trong một phân tử. Đốt cháy hoàn toàn 1 thể tích X sinh ra 6 thể tích CO₂ (ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). Khi cho X tác dụng với Cl₂ (theo tỉ lệ số mol 1 : 1), số dẫn xuất monoclo tối đa sinh ra là:

1. 3
2. 4
3. 2
4. 5

Đáp án : C

Có 6 cacbon và chỉ gồm toàn liên kết xích ma

=> C-­C(C)­-C(C)­-C (2,3­- đimetylbutan.)

=> 2 đồng phân

Câu 17: Hỗn hợp C₆H₆ và Cl₂ có tỉ lệ mol 1 : 1,5. Trong điều kiện có xúc tác bột Fe, t^o, hiệu suất 100%. Sau phản ứng thu được chất gì ? bao nhiêu mol ?

1. 1 mol C₆H₅Cl ; 1 mol HCl ; 1 mol C₆H₄Cl₂.
2. 1,5 mol C₆H₅Cl ; 1,5 mol HCl ; 0,5mol C₆H₄Cl₂.
3. 1 mol C₆H₅Cl ; 1,5 mol HCl ; 0,5 mol C₆H₄Cl₂
4. 0,5 mol C₆H₅Cl ; 1,5 mol HCl ; 0,5 mol C₆H₄Cl₂.

Đáp án : D

Phản ứng thế vào nhân thơm, vì nCl₂ gấp 1,5 lần n benzen nên sau khi phản ứng hết tỉ lệ 1:1 thì Cl₂ dư 0,5 mol sẽ phản ứng tỉ lệ 1:2

=> 0,5 mol C₆H₅Cl ; 1,5 mol HCl ; 0,5 mol C₆H₄Cl₂.

Câu 18: Cho benzen vào 1 lọ đựng Cl₂ dư rồi đưa ra ánh sáng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 5,82 kg chất sản phẩm. Tên của sản phẩm và khối lượng benzen tham gia phản ứng là:

1.  clobenzen; 1,56 kg.
2. hexacloxiclohexan; 1,65 kg.
3. hexacloran; 1,56 kg.
4. hexaclobenzen; 6,15 kg.

Đáp án : C

Clo dư, có ánh sáng => Ptpu: C₆H₆ + 3Cl₂ ­­­> C₆H₆Cl₆ (Loại A, D)

Vậy m benzen = m C₆H₆Cl₆ x M benzen / M C₆H₆Cl₆ = 1,56 kg

Câu 19: Hai xicloankan M và N đều có tỉ khối hơi so với metan bằng 5,25. Khi tham gia phản ứng thế clo (as, tỉ lệ mol 1:1) M cho 4 sản phẩm thế còn N cho 1 sản phẩm thế. Tên gọi của các xicloankan N và M là:

1. metyl xiclopentan và đimetyl xiclobutan.
2. Xiclohexan và metyl xiclopentan.
3. Xiclohexan và n­propyl xiclopropan.
4. Cả A, B, C đều đúng.

Đáp án : B

Cả M, N đều có công thức phân tử C₆H₁₂

N cho duy nhất 1 đồng phân => N chỉ có thể là xiclohexan => Loại A và D

M cho 4 đồng phân => metyl xiclopentan

Câu 20: Khi cho ankan X (trong phân tử có phần trăm khối lượng cacbon bằng 83,72%) tác dụng với clo theo tỉ lệ số mol 1:1 (trong điều kiện chiếu sáng) chỉ thu được 2 dẫn xuất monoclo đồng phân của nhau. Tên của X là:

1. 3­-metylpentan.
2. 2,3­-đimetylbutan.
3. 2­-metylpropan.
4. butan

Đáp án : B

Dựa vào tỉ lệ % khối lượng cacbon ta tìm được công thức phân tử C₆H₁₄

=>Công thức phân tư của ankan đó là C­-C(C)­-C(C)­-C

=> Chỉ tạo ra 2 sản phẩm với clo ở 2 vị trí, một là 1, 4 trên mạch cacbon hoặc ở mạch nhánh, 2 là 2 cacbon ở vị trí 2 và 3

Trên đây là toàn bộ thông tin về phản ứng thế là gì, một số ví dụ và bài tập cơ bản về phản ứng thế lớp 8, và bài tập phản ứng thế của ankan. Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi đã tổng hợp sẽ giúp bạn nắm chắc được phần kiến thức cơ bản này để vận dụng, làm bài tập, kiểm tra, đạt kết quả cao.