Phản ứng thế là gì? Là một trong những phản ứng cơ bản nhất trong hóa học, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các hợp chất mới từ những hợp chất sẵn có. Bài viết này không chỉ giải thích rõ ràng về phản ứng thế mà còn cung cấp các bài tập vận dụng kèm đáp án, giúp bạn củng cố kiến thức và kỹ năng giải quyết vấn đề trong hóa học.
Phản ứng thế là gì?
Phản ứng thế là gì?
Phản ứng thế là một loại phản ứng hóa học trong đó một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong một phân tử bị thay thế bởi một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác. Phản ứng này là rất phổ biến và quan trọng trong hóa học hữu cơ, đặc biệt là trong tổng hợp các hợp chất hữu cơ phức tạp.
Phương trình phản ứng thế
1. Phản ứng thế nucleophilic
Một ví dụ điển hình là phản ứng giữa hydroxide (OH⁻) và chloroethane (CH₃CH₂Cl), tạo ra ethanol (CH₃CH₂OH) và ion chloride (Cl⁻):
CH3CH2Cl+OH−→CH3CH2OH+Cl−
- Phản ứng thế electrophilic
Một ví dụ là phản ứng của benzene (C₆H₆) với bromine (Br₂) trong sự hiện diện của một chất xúc tác FeBr₃ để tạo thành bromobenzene (C₆H₅Br) và hydrogen bromide (HBr):
C6H6+Br2→C6H5Br+HBr
3. Phản ứng thế halogen
Một ví dụ đơn giản là thế của một nguyên tử hydrogen trong methane (CH₄) bằng một nguyên tử chlorine (Cl₂), dưới sự chiếu sáng hoặc nhiệt, để tạo thành methyl chloride (CH₃Cl) và hydrogen chloride (HCl):
CH4+Cl2→light/heatCH3Cl+HCl
Ví dụ phản ứng thế
Dưới đây là một số ví dụ về phản ứng thế trong hóa học:
Trong hóa vô cơ
- Fe + HCl → FeCl2 + H2
- 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
- 3Cl2 + 2NH3 → 6HCl + N2
- Zn + CuCl2 → Cu + ZnCl2
- 2HCl + Zn → H2 + ZnCl2
- 2C + SiO2 → 2CO + Si
- Fe + CuCl2 → Cu + FeCl2
- Fe + H2SO4 → H2 + FeSO4
- 2AlCl3 + 3Mg → 2Al + 3MgCl2
Trong hóa hữu cơ
- CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
Phản ứng thế trong hóa vô cơ
Phản ứng thế trong hóa vô cơ
Phản ứng của kim loại với muối:
Cu+2AgNO3→Cu(NO3)2+2Ag
Đồng thay thế bạc trong muối nitrat của bạc, tạo thành muối nitrat của đồng và kim loại bạc.
Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch:
Na2SO4+BaCl2→BaSO4↓+2NaCl
Barium chloride và natri sulfate trao đổi ion để tạo thành barium sulfate kết tủa và natri chloride.
Phản ứng của axit với muối:
H2SO4+BaCl2→BaSO4↓+2HCl
Axit sulfuric phản ứng với muối barium chloride tạo thành kết tủa barium sulfate và axit hydrochloric.
Phản ứng thế trong phức chất:
[Cu(H2O)6]2++4NH3→[Cu(NH3)4](H2O)2]2++4H2O
Phức của đồng (II) với nước bị amoniac thay thế, tạo ra phức mới của đồng với amoniac.
Phản ứng thế ion trong hợp chất phức:
K4[Fe(CN)6]+6H2O→4KOH+Fe(OH)3↓+6HCN\
Ferrocyanide của kali thay thế bởi nước dưới điều kiện oxy hóa tạo ra kali hydroxide, hydroxide sắt và cyanide.
Xem thêm>> Phản ứng tỏa nhiệt là gì? Ví dụ minh họa cụ thể
Phản ứng thế trong hóa hữu cơ
Phản ứng thế nucleophilic (S_N)
- Phản ứng S_N1: Một ví dụ là phản ứng của 2-bromopropane biến đổi thành 2-propanol khi tác dụng với nước trong điều kiện axit: CH3CHBrCH3+H2O→CH3CHOHCH3+HBrr
- Phản ứng S_N2: Phản ứng giữa methyl bromide và hydroxide tạo ra methanol: CH3Br+OH−→CH3OH+Br
2. Phản ứng thế electrophilic
- Thế trong hợp chất thơm: Bromine có thể thế vào vị trí của một nguyên tử hydro trong benzene dưới điều kiện có sắt (III) chloride làm chất xúc tác: C6H6+Br2→FeCl3C6H5Br+HBr
3. Phản ứng thế radical
- Halogen hóa: Trong phản ứng của methane với chlorine dưới ánh sáng hoặc nhiệt tạo ra chloromethane và hydrogen chloride: CH4+Cl2→light/heatCH3Cl+HCl
Bài tập trắc nghiệm có đáp án về phản ứng thế
Câu 1: Loại phản ứng thế nào có đặc điểm là sự thay thế một nguyên tử hydro trong một hợp chất thơm bởi một nhóm thế khác như -NO₂, -SO₃H?
- A) Phản ứng thế nucleophilic
B) Phản ứng thế electrophilic
C) Phản ứng thế radical
D) Phản ứng polymer hóa
Đáp án: B) Phản ứng thế electrophilic
Câu 2: Phản ứng nào sau đây là ví dụ về phản ứng thế S_N2?
- A) CH3Br+OH−→CH3OH+Br−
B) C6H5Br+FeBr3→C6H4Br2+HBr
C) CH4+Cl2→CH3Cl+HCl
D) C6H6+HNO3→C6H5NO2+H2O
Đáp án: A) CH3Br+OH−→CH3OH+Br−
Câu 3: Khi nào phản ứng thế S_N1 xảy ra chậm nhất?
- A) Khi nhóm rời có khả năng rời đi tốt
B) Khi cation carbocation tạo thành là bền
C) Khi sử dụng một dung môi phân cực
D) Khi sử dụng một dung môi không phân cực
Đáp án: D) Khi sử dụng một dung môi không phân cực
Câu 4: Phản ứng thế radical thường xảy ra với chất nào sau đây?
- A) Benzen
B) Methane
C) Glucose
D) Amin
Đáp án: B) Methane
Câu 5: Điều kiện nào sau đây là không cần thiết cho phản ứng thế S_N2?
- A) Sự có mặt của một nucleophile mạnh
B) Cấu trúc carbon bị tấn công phải có không gian đủ rộng
C) Sự có mặt của ánh sáng
D) Dung môi phân cực
Đáp án: C) Sự có mặt của ánh sáng
Câu 6: Loại phản ứng thế nào dưới đây không liên quan đến sự hình thành cation carbocation làm trung gian?
- A) Phản ứng thế S_N1
B) Phản ứng thế S_N2
C) Phản ứng thế electrophilic trong benzene
D) Cả A, B và C đều sai
Đáp án: B) Phản ứng thế S_N2
Câu 7: Đặc điểm nào sau đây không phải là của phản ứng thế S_N1?
- A) Sự phân ly của nhóm rời xảy ra trước khi nucleophile tấn công
B) Phản ứng xảy ra trong một bước duy nhất
C) Độ bền của cation carbocation ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
D) Sản phẩm cuối cùng có thể bị đảo cấu hình
Đáp án: B) Phản ứng xảy ra trong một bước duy nhất
Câu 8: Nucleophile nào sau đây là mạnh nhất?
- A) Nước (H₂O)
B) Ammonia (NH₃)
C) Natrium hydroxide (NaOH)
D) Metanol (CH₃OH)
Đáp án: C) Natrium hydroxide (NaOH)
Câu 9: Phản ứng thế nucleophilic (S_N2) bị ảnh hưởng bởi kiểu cấu trúc của carbon bị tấn công. Loại cấu trúc carbon nào sau đây làm tăng tốc độ phản ứng S_N2?
- A) Carbon bậc ba
B) Carbon bậc hai
C) Carbon bậc một
D) Tất cả đều đúng
Đáp án: C) Carbon bậc một
Câu 10: Loại phản ứng thế nào dưới đây là phổ biến trong hóa học của các hợp chất vòng thơm?
- A) S_N1
B) S_N2
C) Thế electrophilic thơm (SE Ar)
D) Cả A và B
Đáp án: C) Thế electrophilic thơm (SE Ar)
