Chương 7: Hiđrocacbon thơm. nguồn hiđrocacbon thiên nhiên

hất, ứng dụng của stiren và naphtalen.
ã Hiểu cách xác định công thức cấu tạo hợp chất hữu cơ bằng 
 phương pháp hoá học. 
I - Stiren
1. Cấu tạo
Stiren là một chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước và không tan trong nước.
Từ kết quả phân tích nguyên tố và xác định phân tử khối, người ta đã thiết lập được công thức phân tử của stiren là C8H8. 
Khi đun nóng stiren với dung dịch kali pemanganat rồi axit hoá thì thu được axit benzoic (C6H5-COOH). Điều đó cho thấy stiren có vòng benzen với 1 nhóm thế : C6H5-R và R là C2H3.
 Stiren làm mất màu nước brom và tạo thành hợp chất có công thức C8H8Br2. Điều đó chứng tỏ nhóm C2H3 có chứa liên kết đôi, đó là nhóm vinyl : CH2 = CH-
Vậy công thức cấu tạo của stiren là :
stiren (vinylbenzen, phenyletilen), tnc: -310C ; ts : 1450C
2. Tính chất hoá học
a) Phản ứng cộng 
Halogen (Cl2, Br2), hiđro halogenua (HCl, HBr) cộng vào nhóm vinyl ở stiren tương tự như cộng vào anken.
 b) Phản ứng trùng hợp và đồng trùng hợp 
 ... đ 
 polistiren
Phản ứng trùng hợp đồng thời 2 hay nhiều loại monome gọi là phản ứng đồng trùng hợp. Thí dụ :
	poli(butađien-stiren)
c) Phản ứng oxi hoá 
Giống như etilen, stiren làm mất màu dung dịch KMnO4 và bị oxi hoá ở nhóm vinyl, còn vòng benzen vẫn giữ nguyên. 
 3. ứng dụng 
 ứng dụng quan trọng nhất của stiren là để sản xuất polime. Polistiren là một chất nhiệt dẻo, trong suốt, dùng chế tạo các dụng cụ văn phòng, đồ dùng gia đình (thước kẻ, vỏ bút bi, eke, cốc, hộp mứt kẹo...).
Poli(butađien-stiren), sản phẩm đồng trùng hợp stiren với butađien, còn gọi là cao su buna–S, có độ bền cơ học cao hơn cao su buna.
II - Naphtalen
1. Tính chất vật lí và cấu tạo
Naphtalen là chất rắn màu trắng, 80oC, 218oC, thăng hoa ngay ở nhiệt độ thường, có mùi đặc trưng (mùi băng phiến), khối lượng riêng 1,025 g/cm3 (25oC) ; Không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ. Công thức phân tử C10H8, cấu tạo bởi hai nhân benzen có chung 1 cạnh.
2. Tính chất hoá học
Naphtalen có thể được coi như gồm 2 vòng benzen giáp nhau nên có tính thơm tương tự như benzen
a) Phản ứng thế
Naphtalen tham gia các phản ứng thế dễ hơn so với benzen. Sản phẩm thế vào vị trí 1 (vị trí a) là sản phẩm chính.
CH3COOH
b) Phản ứng cộng hiđro (hiđro hoá)
c) Phản ứng oxi hoá
Naphtalen không bị oxi hoá bởi dung dịch KMnO4. Khi có xúc tác V2O5 ở nhiệt độ cao nó bị oxi hoá bởi oxi không khí tạo thành anhiđrit phtalic.
3. ứng dụng 
Naphtalen dùng để sản xuất anhiđrit phtalic, naphtol, naphtylamin... dùng trong công nghiệp chất dẻo, dược phẩm, phẩm nhuộm. Tetralin và đecalin được dùng làm dung môi. Naphtalen còn dùng làm chất chống gián (băng phiến).
Bài tập
1. 	Ba học sinh viết công thức cấu tạo của naphtalen theo 3 cách dưới đây và đều cho là mình đúng, bạn sai. ý kiến của em như thế nào ?
2. 	Hãy viết công thức cấu tạo của các chất sau :
	a) o–clostiren, m–nitrostiren, p–flostiren.
	b) a-clonaphtalen, b-metylnaphtalen, 2–nitronaphtalen, 1-flonaphtalen.
3. 	Khi cho stiren tác dụng với brom có mặt bột Fe người ta thu được hỗn hợp 3 chất có công thức phân tử C8H7Br3. Hãy viết công thức cấu tạo của chúng và cho biết đã xảy ra các phản ứng nào ?
4. 	Axit phtalic C8H6O4 dùng nhiều trong sản xuất chất dẻo và dược phẩm được điều chế như sau : oxi hoá naphtalen bằng O2 với xúc tác V2O5 ở 450oC rồi cho sản phẩm tác dụng với nước. Hãy dùng công thức cấu tạo viết sơ đồ phản ứng.
5. Chỉ dùng một thuốc thử, hãy phân biệt các chất trong các nhóm sau, viết sơ đồ phản ứng xảy ra :
	a) Benzen, etylbenzen và stiren ; b) Stiren, phenylaxetilen.
6. Trong công nghiệp, để điều chế stiren người ta làm như sau : cho etilen phản ứng với benzen có xúc tác axit thu được etylbenzen rồi cho etylbenzen qua xúc tác ZnO nung nóng.
	a) Hãy viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.
	b) Hãy tính xem từ 1 tấn benzen cần tối thiểu bao nhiêu m3 etilen và tạo thành bao nhiêu kg stiren, biết rằng hiệu suất mỗi giai đoạn phản ứng đều đạt 80%. 
Bài 48
(2 tiết)
nguồn hiđrocacbon thiên nhiên
ã Biết thành phần, tính chất và tầm quan trọng của dầu mỏ, khí thiên nhiên và than mỏ.
ã Biết quá trình chưng cất dầu mỏ, chế hoá dầu mỏ và chưng khô than mỏ.
ã Hiểu tầm quan trọng của lọc- hoá dầu đối với nền kinh tế.
A. Dầu mỏ
I - Trạng thái thiên nhiên, tính chất vật lí và thành phần của dầu mỏ
1. Trạng thái thiên nhiên và tính chất vật lí 
Dầu mỏ là một hỗn hợp lỏng, sánh, màu nâu đen, có mùi đặc trưng, nhẹ hơn nước và không tan trong nước. Dầu mỏ khai thác được từ các mỏ dầu dưới lòng đất (trong lục địa cũng như ngoài thềm lục địa).
2. Thành phần hoá học
Dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp gồm hàng trăm hiđrocacbon thuộc các loại ankan, xicloankan, aren (hiđrocacbon thơm). Ngoài hiđrocacbon ra, trong dầu mỏ còn có một lượng nhỏ các chất hữu cơ chứa oxi, nitơ, lưu huỳnh và vết các chất vô cơ.
Dầu ở các mỏ khác nhau thường có thành phần các loại hiđrocacbon và các tạp chất rất khác nhau nhưng về thành phần nguyên tố thì thường như sau : 83 – 87% C, 11 – 14% H, 0,01 – 7% S, 0,01 – 7% O, 0,01 – 2% N, các kim loại nặng vào khoảng phần triệu đến phần vạn.
Hình 7.4. Chưng cất phân đoạn
1- Hỗn hợp cần phân tách ; 2- Cột cất phân đoạn ; 3- Nhiệt kế ; 4- ống sinh hàn
Dầu mỏ của ta khai thác ở thềm lục địa phía Nam ở thể sánh đặc, chứa nhiều ankan cao (parafin) và có ít hợp chất chứa lưu huỳnh (lưu huỳnh có trong nhiên liệu sẽ gây hại cho động cơ).
II - Chưng cất dầu mỏ
1. Chưng cất dưới áp suất thường
a) Chưng cất phân đoạn trong phòng 
thí nghiệm
Để phân tách các chất có nhiệt độ sôi khác nhau không nhiều, người ta dùng phương pháp chưng cất phân đoạn (hình 7.4). ở cột cất phân đoạn, hỗn hợp hơi càng lên cao càng giàu hợp phần có nhiệt độ sôi thấp, vì hợp phần có nhiệt độ sôi cao đã bị ngưng đọng dần từ dưới lên. 
b) Chưng cất phân đoạn dầu mỏ
Dầu khai thác từ mỏ lên gọi là dầu thô. Dầu thô sau khi sơ chế loại bỏ nước, muối, được chưng cất ở áp suất thường trong các tháp chưng cất phân đoạn liên tục cao vài chục mét (hình 7.5). Nhờ vậy người ta tách được những phân đoạn dầu có nhiệt độ sôi khác nhau (bảng 8.2 và hình 7.6). Các phân đoạn đó được đưa đi sử dụng hoặc được chế biến tiếp.
Bảng 8.2. Các phân đoạn chưng cất dầu mỏ ở áp suất thường
Nhiệt độ sôi
Số nguyên tử C trong phân tử
Hướng xử lí tiếp theo
< 180oC
1 -10
Phân đoạn khí và xăng
Chưng cất áp suất cao, tách phân đoạn C1-C2, C3-C4 khỏi phân đoạn lỏng (C5-C10)
170 – 270oC
10 -16
Phân đoạn dầu hoả
Tách tạp chất chứa S, dùng làm nhiên liệu phản lực, nhiên liệu thắp sáng, đun nấu,
250 – 350oC
16 – 21
Phân đoạn dầu điêzen
Tách tạp chất chứa S, dùng làm nhiên liệu cho động cơ điêzen 
350 – 400oC
21 – 30
Phân đoạn dầu nhờn
Sản xuất dầu nhờn, làm nguyên liệu cho crăckinh
> 400oC
> 30
Cặn mazut
Chưng cất áp suất thấp lấy nguyên liệu cho crăckinh, dầu nhờn, parafin, nhựa rải đường
Hình 7.5. ảnh một nhà máy tinh cất dầu mỏ
2. Chưng cất dưới áp suất cao
Phân đoạn sôi ở nhiệt độ <1800C (hình 7.5) được chưng cất tiếp ở áp suất cao. Nhờ chưng cất ở áp suất cao, người ta tách được phân đoạn C1-C2, C3-C4 dùng làm nhiên liệu khí hoặc khí hoá lỏng hoặc dẫn sang nhà máy sản xuất hoá chất. Phân đoạn lỏng (C5–C6) gọi là ete dầu hoả được dùng làm dung môi hoặc nguyên liệu cho nhà máy hoá chất. Phân đoạn (C6–C10) là xăng, nhưng thường có chất lượng thấp nên phải qua chế hoá bằng phương pháp rifominh. 
3. Chưng cất dưới áp suất thấp
Phần còn lại sau khi chưng cất ở áp suất thường (có thể chiếm tới 40 % dầu thô) là một hỗn hợp nhớt đặc, màu đen, gọi là cặn mazut. Khi chưng cất cặn mazut dưới áp suất thấp, ngoài phân đoạn linh động hơn dùng cho crăckinh người ta 
thu được dầu nhờn (để bôi trơn máy), vazơlin và parafin (dùng trong y dược, dùng làm nến). Cặn đen còn lại gọi là atphan dùng để rải đường.
Tất cả quá trình chưng cất dầu mỏ để tách lấy các sản phẩm như trình bày ở trên được gọi là tinh cất, hoặc thông thường còn gọi là "lọc dầu".
III - Chế biến dầu mỏ bằng phương pháp hoá học
Chế biến dầu mỏ bằng phương pháp hoá học (nói gọn là chế hoá dầu mỏ) là biến đổi cấu tạo hoá học các hiđrocacbon của dầu mỏ. Chế hóa dầu mỏ nhằm hai mục đích sau.
- Đáp ứng nhu cầu về số lượng, chất lượng xăng làm nhiên liệu. Chất lượng của xăng được đo bằng chỉ số octan(*) Chỉ số octan được quy ước như sau : 2,2,4-trimetylpentan (thường gọi là isooctan) có khả năng chống kích nổ rất tốt, được coi là có chỉ số octan bằng 100 ; n-heptan có khả năng chống kích nổ kém nhất được coi là có chỉ số octan bằng 0. Một mẫu xăng nếu có khả năng chống kích nổ tương đương với a% isooctan và (100 – a)% n-heptan (về thể tích) thì được coi là có chỉ số octan bằng a. Thí dụ xăng tương đương với hỗn hợp 1:1 (về thể tích) isooctan : n-heptan được coi là có chỉ số octan bằng 50. Xăng cho môtô, tắcxi cần có chỉ số octan khoảng 85-95.
. Chỉ số octan càng cao thì xăng càng tốt. Thực nghiệm cho thấy chỉ số octan của hiđrocacbon giảm theo trật tự sau :
Aren > Anken có nhánh > Ankan có nhánh > Xicloankan có nhánh > > Anken không nhánh > Xicloankan không nhánh > Ankan không nhánh
- Đáp ứng nhu cầu về nguyên liệu cho công nghịêp hoá chất : Công nghịêp hoá chất cần nhiều anken, aren để tổng hợp ra polime và các hoá phẩm khác mà trong thành phần của dầu mỏ không có anken, thường có rất ít aren nhẹ.
Hai phương pháp chủ yếu chế hoá dầu mỏ là rifominh và crăckinh
1. Rifominh
Xăng thu được từ chưng cất dầu mỏ chứa chủ yếu là những ankan không nhánh vì vậy có chỉ số octan thấp. Để tăng chỉ số octan, người ta dùng phương pháp rifominh.
Rifominh là quá trình dùng xúc tác và nhiệt biến đổi cấu trúc của hiđrocacbon từ không phân nhánh thành phân nhánh, từ không thơm thành thơm.
Trong quá trình rifominh xảy ra 3 loại phản ứng chủ yếu sau :
ã Chuyển ankan mạch thẳng thành ankan mạch nhánh và xicloankan :
ã Tách hiđro chuyển xicloankan thành aren :
ã Tách hiđro chuyển ankan thành aren :
 RiFOMINH
500 oC, 20-40 atm
 Pt, Pd, Ni
(trên chất mang là
nhôm oxit hoặc
nhôm silicat)
Xăng : C5áC11 (gồm chủ yếu ankan có nhánh, xicloankan và aren nên chỉ số octa