AnKan là hidrocacbon no trong phân tử chỉ có liên kết đơn C-C hoặc C-H, ankan được ứng dụng nhiều trong thực tế đời sống như làm dung môi, dầu bôi trơn, nhiên liệu hàn xì cắt kim loại như CH4. Metan CH4 chính là một trong những chất nằm trong dãy Ankan hidrocacbon no mà các em đã được giới thiệu ở lớp 9. Vậy AnKan là gì? có tính chất hóa học, tính chất vật lý đặc trưng nào? công thức cấu tạo phân tử ra sao? được ứng dụng và điều chế như thế nào trong đời sống thực tế, chúng ta hãy cùng tìm hiểu chi tiết qua bài viết này.

I. Ankan là gì? Công thức và cách gọi tên AnKan

1. Ankan là gì, công thức cấu tạo?

– Ankan là những hidrocacbon no, mạch hở trong phân tử chỉ có liên kết đơn C-C, C-H có công thức chung là: CnH2n+2 (n≥1).

– Hợp chất trong dãy Ankan có công thức đơn giản nhất chính là metan: CH4

công thức cấu tạo của metan trong dãy AnkanCông thức cấu tạo và mô hình phân tử của metan

2. Tên gọi của Ankan (danh pháp)

– Cách gọi tên Ankan mạch cacbon thẳng: Tên mạch cacbon + an

CH4: Metan  ;  C2H6: Etan ; C3H8: Propan   ;  C4H10: Butan ; C5H12: Pentan

C6H14: Hexan ;  C7H16: Heptan  ; C8H18: Octan  ;  C9H20: Nonan ; C10H22: Đecan

* Cách nhớ gợi ý: Mẹ (Metan)Em (Etan)Phải (Propan)Bón (Butan)Phân (Pentan)Hóa (Hexan)Học (Heptan) (Octan)Ngoài (Nonan)Đồng (Đecan).

– Cách gọi tên Ankan khi mạch cacbon có nhánh:

+ Chọn mạch chính : là mạch dài nhất có nhiều nhóm thế nhất.

+ Đánh số vị trí cacbon trong mạch chính bắt đầu từ phía gần nhánh hơn.

+ Gọi tên: Vị trí mạch nhánh + tên nhánh + tên mạch chính (tên ankan tương ứng với số nguyên tử cacbon trong mạch chính).

 Ví dụ: 

cách gọi tên ankan có mạch nhánhcách gọi tên ankan có mạch nhánhcách gọi tên ankan mạch có nhánh

II. Tính chất vật lý của Ankan

– Các ankan đều không tan trong nước nhưng dễ tan trong các dung môi hữu cơ và đều là những chất không màu.

– Ở nhiệt độ thường, các ankan từ C1 đến C4 ở trạng thái khí; từ C5 đến khoảng C18 ở trạng thái lỏng; từ khoảng C18 trở lên ở trạng thái rắn.

– Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của ankan nói chung đều tăng theo số nguyên tử C trong phân tử tức là tăng theo phân tử khối. Ankan nhẹ hơn nước.

III. Tính chất hóa học của Ankan

1. Ankan phản ứng thế bởi halogen (Cl2, Br2)

– Khi chiếu sáng hoặc đốt nóng hỗn hợp metan và clo sẽ xảy ra phản ứng thế lần lượt các nguyên tử hiđro bằng clo:

CH4 + Cl2  CH3Cl + HCl

CH3Cl: metyl clorua (clometan)

CH3Cl + Cl2  CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2: metylen clorua (điclometan)

CH2Cl2 + Cl2  CHCl3 + HCl

CHCl3: clorofom (triclometan)

CHCl3 +  Cl2  CCl4 + HCl

CCl4: cacbon tetraclorua(tetraclometan)

– Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự và tạo thành hỗn hợp chất với tỉ lệ % khác nhau, như minh họa dưới đây:

• Ankan + Cl2

CH3-CH2-CH3 + Cl2  

• Ankan + Br2

CH3-CH2-CH3 + Br2

* Nhận xét và cơ chế phản ứng:

– Khả năng phản ứng: Cl2 > Br2 > I2 và Cbậc3> Cbậc2 > Cbậc1. Sản phẩm chính là sản phẩm ưu tiên thế X vào H của C bậc cao (C có ít H hơn). C bậc a là C liên kết với a nguyên tử C khác.

– Phản ứng thế xảy ra theo cơ chế gốc tự do

– dây chuyền gồm 3 giai đoạn:

+ Khơi mào phản ứng: X2 → 2X.

+ Phát triển mạch:

X+ CnH2n+2 → CnH2n+1. + HX

CnH2n+1. + X2 → CnH2n+1X + X.

+ Tắt mạch: 2X→ X2

X+ CnH2n+1. → CnH2n+1X

CnH2n+1. + CnH2n+1. → C2nH4n+2

2. Phản ứng tách của Ankan

a) Phản ứng tách H2 của Ankan

– Phản ứng này còn gọi là phản ứng đề hidro hóa

CH3-CH3 CH2=CH2 + H2

– Tổng quát: CnH2n+2 CnH2n + H2

* Chú ý:

– Chỉ những ankan trong phân tử có từ 2 nguyên tử C trở lên mới có khả năng tham gia phản ứng tách H2.

– Trong phản ứng tách H2, 2 nguyên tử H gắn với 2 nguyên tử C nằm cạnh nhau tách ra cùng nhau và ưu tiên tách H ở C bậc cao.

CH3-CH2-CH3 → CH2=CH-CH3 + H2

– Một số trường hợp riêng khác:

CH3-CH2-CH2-CH3 → 2H2 + CH2=CH-CH=CH

CH3-CH(CH3)-CH2-CH3 → CH2=C(CH3)-CH=CH2 + 2H2

n-C6H14 → 4H2 + C6H6 (benzen)

n-C7H16 → 4H2 + C6H5CH(toluen)

b) Phản ứng tách mạch Cacbon của Ankan (n≥ 3)

– Phản ứng này còn gọi là phản ứng cracking (bẻ gãy mạch cacbon) xảy ra ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác thích hợp.

CH3-CH2-CH2-CH3  

– Tổng quát:  CnH2n+2  CxH2x+2 + CyH2y

* Chú ý:

+ Ankan thẳng CnH2n+2 khi crăcking có thể xảy ra theo (n – 2) hướng khác nhau tạo ra 2(n-2) sản phẩm.

+ Nếu hiệu suất phản ứng crăcking là 100% và không có quá trình cracking thứ cấp thì tổng số mol sản phẩm tăng gấp đôi so với các chất tham gia nên KLPTTB giảm đi một nửa.

+ Số mol ankan sau phản ứng luôn bằng số mol ankan ban đầu dù quá trình cracking có nhiều giai đoạn.

c) Phản ứng phân hủy của Ankan

– Ankan bị phân hủy bởi nhiệt:

CnH2n+2  nC + (n+1)H2

– Phản ứng phân hủy bởi halogen (Cl2 hoặc F2):

CnH2n+2 + nCl2  CnCl2n+2 + (n+1)H2

3. Phản ứng cháy của Ankan

– Phản ứng này còn gọi là phản ứng oxi hóa ankan

CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O

– Tổng quát: CnH2n+2 + [(3n+1)/2]O2 → nCO2 + (n+1)H2O

– Đối với phản ứng cháy của ankan khi làm bài tập cần lưu ý 2 đặc điểm:

♦ nCO2 < nH2O.

♦ nH2O – nCO2 = nankan bị đốt cháy.

– Nếu đốt cháy 1 hiđrocacbon mà thu được nCO2 < nH2O thì hiđrocacbon đem đốt cháy thuộc loại ankan.

– Nếu đốt cháy hỗn hợp hiđrocacbon cho nCO2 < nH2O thì trong hỗn hợp đốt cháy có chứa ít nhất 1 ankan.

* Chú ý: Nếu cho ankan tham gia phản ứng với oxi khi có mặt muối Mn2+ thì xảy ra phản ứng oxi hóa không hoàn toàn tạo RCOOH.

R-CH2-CH2-R + 5/2O2 → 2RCOOH + H2O

– Các ankan đầu dãy đồng đẳng rất dễ cháy, tỏa nhiều nhiệt. Khí CO2, hơi nước và nhiệt tạo ra nhanh nên có thể gây nổ.

– Nếu không đủ oxi, ankan bị cháy không hoàn toàn, khi đó ngoài CO2 và H2O còn tạo ra các sản phẩm như CO, muội than, không những làm giảm năng suất tỏa nhiệt mà còn gây độc hại cho môi trường. Khi có xúc tác, nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi như:

CH4 + 2O2 HCH=O + 2H2O

IV. Điều chế và Ứng dụng của Ankan

1. Điều chế Ankan

a) Trong công nghiệp

– Metan và các đồng đẳng được tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ.

b) Trong phòng thí nghiệm

– Khi cần một lượng nhỏ metan, người ta nung natri axetat với vôi tôi xút, hoặc có thể cho nhôm cacbua tác dụng với nước:

– Nhiệt phân muối Natri của axit cacboxylic (phản ứng vôi tôi xút):

CH3COONa + NaOH  CH4↑ + Na2CO3

– Tổng quát: CnH2n+2-x(COONa)x + xNaOH  CnH2n+2 + xNa2CO3

– Riêng với CH4 có thể dùng phản ứng:

Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4

Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4

C + 2H2  CH4

2. Ứng dụng của Ankan

– Dùng làm dung môi, dầu bôi trơn và làm nhiên liệu như CH4 dùng trong đèn xì để hàn, cắt kim loại.

– Để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác: CH3Cl, CH2Cl2, CCl4, CF2Cl2,…

– Đặc biệt từ CH4 điều chế được nhiều chất khác nhau: hỗn hợp CO + H2, amoniac NH3 , axit axetic CH≡CH, rượu metylic C2H5OH và anđehit fomic HCHO.

V. Bài tập về Ankan

Bài 1 trang 115 SGK Hóa 11: Thế nào là hidrocacbon no, ankan, xicloankan?

 Lời giải bài 1 trang 115 SGK Hóa 11:

– Hiđrocacbon no là hiđrocacbon mà trong phân tử chỉ có liên kết đơn. hiđrocacbon no được chia thành hai loại:

+ Ankan (hay parafin) là những hiđrocacbon no không có mạch vòng.

+ Xicloankan là những hiđrocacbon no có mạch vòng.

– Hiđrocacbon no là nguồn nhiên liệu chính và là nguồn nguyên liệu quan trọng ngành công nhiệp hóa học.

Bài 2 trang 115 SGK Hóa 11: Viết công thức phân tử của các hidrocacbon tương ứng với các gốc ankyl sau: –CH3 ; -C3H7; -C6H13

* Lời giải bài 2 trang 115 SGK Hóa 11:

– Gốc Ankan và công thức phân tử hidrocacbon tương ướng:

Bài 3 trang 115 SGK Hóa 11: Viết các phương trình hóa học của các phản ứng sau:

a) Propan tác dụng với clo (theo tỉ lệ 1:1) khi chiếu sáng.

b) Tách một phân tử hidro từ phân tử propan.

c) Đốt cháy hexan.

* Lời giải bài 3 trang 115 SGK Hóa 11:

a)  

b)

c) 

Bài 4 trang 116 SGK Hóa 11: Các hidrocacbon no được dùng làm nhiên liệu do nguyên nhân nào sau đây?

A. Hiđrocacbon no có phản ứng thế .

B. Hiđrocacbon no có nhiều trong tự nhiên.

C. Hiđrocacbon no là chất nhẹ hơn nước.

D. Hiđrocacbon no cháy tỏa nhiều nhiệt và có nhiều trong tự nhiên

* Lời giải bài 4 trang 116 SGK Hóa 11:

– Đáp án: D. Hiđrocacbon no cháy tỏa nhiều nhiệt và có nhiều trong tự nhiên

Bài 5 trang 116 SGK Hóa 11: Hãy giải thích:

a) Tại sao không được để các bình chứa xăng, dầu (gồm các ankan) gần lửa, trong khi đó người ta có thể nấu chảy nhựa đường để làm giao thông.

b) Không dùng nước để dập các đám cháy xăng, dầu mà phải dùng cát hoặc bình chứa khí cacbonic.

* Lời giải Bài 5 trang 116 SGK Hóa 11:

a) Không được để các bình chứa xăng, dầu (gồm các ankan) gần lửu là vì: xăng dầu gồm các ankan mạch ngắn, dễ bay hơi, nên dễ bắt lửa. Nhưng người ta có thể nấu chảy nhựa đường( trong thành phần cùng có các ankan) để làm đường giao thông vì nhựa đường gồm các ankan có mạch cacbon rất lớn, khó bay hơi và kém bắt lửa.

b) Không dùng nước để dập các đám cháy xăng, dầu mà phải dùng cát hoặc các bình chứa khí cacbonic là vi: xăng, dầu nhẹ hơn nước; khi dùng nước thì xăng, dầu sẽ nổi lên trên mặt nước, làm cho đám cháy cháy to hơn. Còn khi sử dụng cát hoặc bình chứa khí cacbonic thì sẽ ngăn cản xăng, dầu tiếp xúc với oxi không khí là cho đám cháy bị dập tắt.

Bài 6 trang 116 SGK Hóa 11: Công thức cấu tạo   ứng với tên gọi nào sau đây?

A. Neopentan

B. 2-metylpentan

C. Isobutan

D. 1,1-đimetylbutan

* Lời giải bài 6 trang 116 SGK Hóa 11:

– Đáp án: B. 2-metylpentan

Bài 7 trang 116 SGK Hóa 11: Khi đốt cháy hoàn toàn 3,6g ankan X thu được 5,6 lít khí CO2(đktc). Công thức phân tử của X là:

A. C3H8 ;    B. C5H10

C. C5H12 ;    D. C4H10

* Lời giải bài 7 trang 116 SGK Hóa 11:

– Gọi công thức phân tử của ankan cần tìm là CnH2n+2

– Theo bài ra, ta có:  ;  

Theo PTPƯ thì:   đốt cháy 1 mol CnH2n+2 thu được n mol CO2

Theo bài ra thì: đốt cháy 0,05 mol CnH2n+2 thu được 0,25 mol CO2 nên:

⇒ Vậy đáp án đúng là: C. C5H12

Hy vọng với bài viết về tính chất hóa học, công thức cấu tạo của Ankan và bài tập ở trên hữu ích cho các em.

Tagged: