Tổng Hợp Lý Thuyết Đại Cương Về Hóa Hữu Cơ

Hóa hữu cơ có thể được xem là một phần lý thuyết quan trọng, giữ vai trò trọng tâm trong chương trình hóa học phổ thông. Các dạng bài tập về hóa hữu cơ chiếm gần như hơn một nửa trong phần lớn các bài thi. Để giúp các em củng cố lại phần kiến thức đã học về hóa hữu cơ, hãy cùng team Marathon Education đọc ngay bài viết dưới đây.

>>> Xem thêm: Tổng Hợp Các Phương Trình Hóa Hữu Cơ 11 Đầy Đủ Nhất

Định nghĩa hợp chất hữu cơ

Hợp chất hữu cơ được định nghĩa là các hợp chất của cacbon (trừ những chất như CO₂, CO, muối cacbonat và hợp chất của xyanua và cacbua,…).

Đặc điểm của hợp chất hữu cơ

Để có thể được công nhận là một hợp chất hữu cơ, hợp chất đề cập phải đáp ứng các yếu tố như sau:

• Thành phần cấu tạo nhất định phải chứa C. 
• Những nguyên tử C phải liên kết với nhau và có liên kết với H, O, N,…
• Liên kết hóa học chủ yếu là loại liên kết cộng hóa trị. 
• Kém bền nhiệt, dễ cháy hơn các hợp chất vô cơ, dễ bay hơi.
• Các phản ứng diễn ra thường chậm, không hoàn toàn hay không theo một hướng nhất định để tạo thành nhiều sản phẩm.
• Đa số không tan trong nước, chỉ tan nhiều trong các dung môi hữu cơ. 

Phân loại hợp chất hữu cơ

Chương trình hóa hữu cơ trong học phổ thông cũng sẽ giúp các em biết cách phân loại hợp chất hữu cơ. Cụ thể như sau:

• Hợp chất hữu cơ thường được chia thành 2 loại:
  • Hiđrocacbon: trong phân tử hợp chất chỉ chứa 2 nguyên tố là C và H. Hiđrocacbon sẽ được chia thành các loại: hidrocacbon no (ankan,…), hiđrocacbon không no (anken, ankin,…), hiđrocacbon thơm (benzen,…) 
  • Dẫn xuất của hidrocacbon: là những hợp chất mà trong phân tử ngoài C và H thì còn có thêm các nguyên tố khác như O, N, S, Cl,…Dẫn xuất hiđrocacbon cũng được chia thành nhiều loại như dẫn xuất halogen (CH₃Cl, C₆H₅Br,…); ancol (CH₃OH, C₂H₅OH,…);…
• Bên cạnh đó, người ta cũng phân loại hợp chất hữu cơ dựa trên dạng mạch cacbon:
  • Mạch hở: cấu tạo phân tử của hợp chất hữu cơ không đóng thành vòng khép kín, bao gồm mạch thẳng và mạch nhánh.
  • Mạch vòng: Các hợp chất hữu cơ có công thức cấu tạo ở dạng vòng khép kín, gồm đồng vòng (vòng chỉ gồm C) và dị vòng (ngoài C còn chứa các nguyên tố hóa học khác như O, N,… trên vòng).

>>> Xem thêm:

Bảng Tuần Hoàn Các Nguyên Tố Hóa Học Lớp 8, 9, 10 Cách Đọc Và Mẹo Nhớ Nhanh

Bảng Hóa Trị Lớp 8 Về Các Nguyên Tố Hóa Học Thường Gặp Và Bài Ca Hóa Trị

Tên gọi của hợp chất hữu cơ

Để có thể nhận biết tốt các hợp chất thường gặp trong hóa hữu cơ, các em cần năm được quy tắc gọi tên của các hợp chất này. 

Tên gọi thông thường

Tên thông thường của những hợp chất hữu cơ thường được đặt dựa trên nguồn gốc tìm ra các loại chất này. 

Ví dụ:

• HCOOH: axit fomic (formica: kiến).
• CH₃COOH: axit axetic (acetus: giấm).

Danh pháp IUPAC

Theo danh pháp IUPAC, ta sẽ có công thức để gọi tên hợp chất hữu cơ như sau:

• Tên gốc chức: Tên phần gốc + tên phần định chức. 
  • CH₃CH₂Cl: etyl clorua
  • CH₃COOCH₂CH₃: etyl axetat
  • CH₃CH₂-O-CH₃: etyl metyl ete
• Tên thay thế: Tên phần thay thế + tên mạch C chính + tên phần định chức 
  • CH₃CH₂Cl: cloetan
  • CH₂=CH₂: eten
  • CH₂=CH-CH₂-CH₃: but-1-en

Ngoài ra, để có thể dễ dàng gọi tên các hợp chất hữu cơ, các em cần thuộc nằm lòng bảng công thức như sau:

Phân tích nguyên tố trong hóa hữu cơ

Trong chương trình hóa hữu cơ trung học phổ thông sẽ có 2 cách phân tích nguyên tố hóa học như sau:

Phân tích định tính

• Mục đích: Xác định nguyên tố có trong hợp chất hữu cơ đã biết. 
• Nguyên tắc: Chuyển các nguyên tố hữu cơ trong hợp chất thành những chất vô cơ đơn giản. Sau đó, sử dụng các phản ứng đặc trưng để nhận biết. 

Phân tích định lượng

• Mục đích: Xác định thành phần % khối lượng những nguyên tố có trong hợp chất hữu cơ. 
• Nguyên tắc: Xác định chính xác khối lượng của hợp chất hữu cơ cần phân tích. Tiếp đến, chuyển nguyên tố C thành CO₂, H thành H₂O, N thành N₂. Cuối cùng, tính chính xác khối lượng hay thể tích của các chất tạo thành. Từ đó, tính được % khối lượng ban đầu của các nguyên tố. 

Công thức phân tử của hợp chất hữu cơ

Để có thể làm tốt các dạng bài tập về hóa hữu cơ, công thức phân tử của các hợp chất này là một trong những kiến thức quan trọng mà các em cần nắm vững. 

Công thức tổng quát

Công thức tổng quát sẽ giúp các em biết sơ bộ về những nguyên tố có trong hợp chất hữu cơ. Điển hình như với công thức tổng quát CxHyOzNt, ta sẽ khẳng định được rằng trong hợp chất hữu cơ này có tồn tại nguyên tố C, H, O và N. 

Công thức đơn giản nhất

Công thức đơn giản nhất được định nghĩa là công thức biểu thị tối giản tỉ lệ về số nguyên tử có trong hợp chất hữu cơ xác định. 

Để thiết lập công thức đơn giản của hợp chất hữu cơ CxHyOzNt, ta dựa trên tỉ lệ:

\begin{aligned}
&\bull x:y:z:t=\frac{m_C}{12}=\frac{m_H}{1}=\frac{m_O}{16}=\frac{m_N}{14}\\
&\bull x:y:z:t=\frac{\%m_C}{12}=\frac{\%m_H}{1}=\frac{\%m_O}{16}=\frac{\%m_N}{14}
\end{aligned}

Công thức phân tử

Công thức phân tử là công thức biểu đạt số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố có trong phân tử. 

Để thiết lập công thức phân tử, các em có thể áp dụng một trong 3 cách như sau:

Cách 1: Dựa trên thành phần % khối lượng các nguyên tố

Cho công thức phân tử C_xH_yO_z, ta sẽ có tỉ lệ:

\frac{M}{100}=\frac{12.x}{\%m_C}=\frac{1.y}{\%m_H}=\frac{16.z}{\%m_O}

Từ đó ta có : 

\begin{aligned}
&\circ x=\frac{M.\%m_C}{12.100}\\
&\circ y=\frac{M.\%m_H}{1.100}\\                    
&\circ z=\frac{M.\%m_O}{16.100}
\end{aligned}

Cách 2: Dựa vào công thức đơn giản nhất

B1: Gọi công thức phân tử của hợp chất hữu cơ là: (CTĐGN)_n (với n∈N)

B2: Tiến hành tính độ bất bão hòa (k) của phân tử (chỉ áp dụng khi hợp chất có chứa liên kết cộng hóa trị, không áp dụng cho hợp chất có liên kết ion).

B3: Dựa trên biểu thức k để chọn giá trị n. Từ đó, ta sẽ suy ra công thức phân tử của hợp chất hữu cơ.

• Giả sử một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là C_xH_yO_zN_t thì tổng số liên kết ? và vòng của phân tử được gọi là độ bất bão hòa của phân tử đó.
• Công thức tính độ bất bão hòa (k):

\begin{aligned}
&k=\frac{2x+2+t-y}{2}\text{ (k: tổng số liên kết }\pi \text{ và vòng)}\\
&y=2x+2+t-2k
\end{aligned}

Cách 3: Tính trực tiếp dựa trên thông tin về khối lượng sản phẩm cháy

Cho phản ứng cháy:

C_xH_yO_zN_t  + \left(x+\frac y4–\ \frac z2\right) O_2 → xCO_2  + \frac y2H_2O + \frac t2 N_2

• Áp dụng nguyên tắc bảo toàn nguyên tố: n_C= n_CO2; n_H= 2.n_H2O; n_N= 2.n_N2
• Áp dụng nguyên tắc bảo toàn khối lượng: m_HCHC = m_C + m_H + m_O + m_N + … = tổng khối lượng các nguyên tố.

Sản phẩm cháy của hợp chất hữu cơ (CO₂, H₂O,…) được hấp thu vào các bình:

• Các chất hút nước là H₂SO₄ đặc, P₂O₅, các muối khan → khối lượng bình tăng là khối lượng nước;
• Dung dịch bazơ thường được dùng để hấp thụ CO₂, ta suy ra được rằng khối lượng bình tăng là khối lượng CO₂

Nếu gặp phải những bài toán cho hỗn hợp sản phẩm cháy (CO₂ và H₂O) vào bình đựng nước vôi trong hoặc dung dịch Ba(OH)₂ thì:

• Khối lượng bình tăng: m↑= mCO₂+ mH₂O
• Khối lượng dung dịch tăng: mdd↑= (mCO₂+ mH₂O) – m_{kết tủa}
• Khối lượng dung dịch giảm: mdd↓= m_{kết tủa} – (mCO₂+ mH₂O)

Công thức cấu tạo của hợp chất hữu cơ

Thuyết cấu tạo hóa học trong hóa hữu cơ đề cập đến một số kiến thức quan trọng cần nắm như sau:

• Trong phân tử của chất hữu cơ, các nguyên tử sẽ liên kết với nhau theo đúng như hóa trị và theo một trật tự nhất định. Thứ tự liên kết này sẽ được gọi là cấu tạo hóa học. 
• Sự thay đổi thứ tự liên kết sẽ tạo thành những hợp chất hữu cơ mới. 
• Tính chất của những hợp chất này sẽ được xác định dựa trên thành phần phân tử và cấu tạo hóa học của chất đó.

Hiện tượng đồng đẳng và đồng phân

Đồng đẳng và đồng phân cũng là 2 khái niệm cơ bản mà các em cần phân biệt được khi học hóa hữu cơ. 

Đồng đẳng

Đồng đẳng chỉ những chất có tính chất hóa học tương tự nhau nhưng hơn kém nhau một hoặc nhiều nhóm -CH₂.

Ví dụ: metan CH₄, etan C₂H₆, propan C₃H₈ là các chất đồng đẳng của nhau.

Đồng phân

Khái niệm về đồng phân dùng để nói về những hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về cấu tạo hóa học.

Ví dụ: Công thức là C₂H₆O sẽ có 2 công thức cấu tạo là:

CH₃ – CH₂ – OH (ancol etylic) và CH₃ – O – CH₃ (đimetyl ete).

Phân loại liên kết trong hợp chất hữu cơ

Trong hợp chất hữu cơ thường tồn tại những loại liên kết phổ biến như sau:

• Liên kết tạo bởi 1 cặp electron dùng chung được gọi là liên kết đơn, thuộc loại liên kết σ. Liên kết đơn được biểu diễn bởi 2 dấu chấm hay 1 gạch nối giữa 2 nguyên tử.
• Liên kết tạo bởi 2 cặp electron dùng chung là liên kết đôi, bao gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết ?, được biểu diễn bởi 4 dấu chấm hay 2 gạch nối.
• Liên kết tạo bởi 3 cặp electron dùng chung là liên kết ba, gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết ?, biểu diễn bởi 6 dấu chấm hay 3 gạch nối.
• Liên kết đôi và liên kết ba gọi chung là liên kết bội.

>>> Xem thêm: Dãy Hoạt Động Hóa Học Của Kim Loại Là Gì? Ý Nghĩa Và Mẹo Nhớ Nhanh

Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education

Hóa hữu cơ bao hàm nhiều kiến thức quan trọng đối với học sinh cấp 3. Hy vọng sau khi đọc xong bài viết, các em sẽ biết thêm được nhiều thông tin hữu ích và mới mẻ về các hợp chất hữu cơ. 

Hãy liên hệ ngay với Marathon để được tư vấn nếu các em có nhu cầu học trực tuyến nâng cao kiến thức nhé! Marathon Education chúc các em được điểm cao trong các bài kiểm tra và kỳ thi sắp tới!