Ankan: Định nghĩa, tính chất, ứng dụng và cách điều chế – TRẦN HƯNG ĐẠO

Ankan là nhóm chất hữu cơ cơ bản trong chương trình học Hóa học lớp 11. Để hiểu rõ hơn về hợp chất quan trọng này, hãy cùng Trường THPT Trần Hưng Đạo khám phá các lý thuyết trọng tâm bao gồm khái niệm, tính chất, ứng dụng và cách xử lý. công thức cấu tạo của ankan trong bài viết dưới đây.

Khái niệm của Alkanes là gì? Dãy đồng đẳng, đồng phân và danh pháp ankan

Ankan gì? Ankan là hiđrocacbon no mạch hở chỉ có liên kết đơn CC hoặc CH.

Công thức chung: CnH2n + 2 (n 1).

Ankan đơn giản nhất là metan (CH4).

Dãy đồng đẳng ankan

CH4 và các chất có công thức phân tử như C2H6, C3H8, C4H10, C5H12,… được gọi là dãy đồng đẳng của ankan có công thức chung là CnH2n + 2 (n ≥ 1).

• Chuỗi cacbon là mạch hở, phân nhánh hoặc ko phân nhánh.

• Trong phân tử ankan, các nguyên tử cacbon bên trong ko nằm trên một đường thẳng (trừ C2H6).

• Trong phân tử chỉ có liên kết đơn tạo nên từ 4 obitan lai hóa sp3 trong nguyên tử cacbon có định hướng tứ diện đều. Do đó, chuỗi cacbon bị bẻ cong và các nguyên tử cacbon có thể quay khá tự do xung quanh các liên kết đơn.

Chất đồng phân

Từ C4H10 trở đi, mỗi công thức phân tử sẽ tương ứng với các công thức cấu tạo của mạch cacbon ko phân nhánh và mạch cacbon có nhánh của đồng phân mạch cacbon.

Ví dụ, công thức phân tử C2H5 sẽ tương ứng với các đồng phân cấu tạo như sau:

Danh pháp của ankan

Một số alkan Các chuỗi cacbon ko phân nhánh với các danh pháp không giống nhau được giới thiệu trong bảng dưới đây:

Tên của ankan mạch thẳng

Tên ankan mạch thẳng = Tên mạch cacbon + an

Ví dụ:

CH4: Mêtan

C2H6: Ethan

C3H8: Propan

C4H10: Butan

Tên của ankan mạch nhánh

Tên ankan có nhánh = Vị trí nhánh – tên nhánh + tên mạch chính + an. Trong đó:

• Số lượng chuỗi cacbon là chuỗi dài nhất và phân nhánh nhiều nhất.

• Các cacbon của chuỗi chính được đánh số kể từ phía gần nhất với nhánh.

• Gọi tên mạch nhánh (nhóm ankyl) theo trật tự bảng chữ cái với số vị trí của nó, sau đó tới ankan tương ứng với mạch chính (cụ thể trong bảng trên).

• Gốc hiđrocacbon là phần còn lại của phân tử hiđrocacbon sau lúc loại trừ một số nguyên tử hiđro, nhưng vẫn tồn tại trong phân tử ở trạng thái liên kết và ko mang điện tử tự do như gốc tự do.

• Công thức chung của nhóm ankyl là: CnH (2n + 1)

• Bậc của nguyên tử cacbon trong phân tử ankan bằng số nguyên tử cacbon liên kết trực tiếp với nó.

Trong trường hợp chỉ có một nhánh CH3 trong nguyên tử C 2, chúng ta thêm tiền tố iso vào cuối.

Trong trường hợp hai nhánh CH3 trong nguyên tử C 2, chúng ta thêm tiền tố neo.

Tính chất vật lý của ankan

Dưới đây là các tính chất vật lý cơ bản của alkan nhưng mà bạn cần biết:

• Ở điều kiện thường, 4 ankan trước hết trong dãy đồng đẳng (CH4 tới C4H10) đều tồn tại ở thể khí. Các ankan kế tiếp là chất lỏng và từ C18H38 trở đi là chất rắn.

• Xét theo chiều tăng dần của khối lượng phân tử, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của ankan tăng dần.

• Các ankan nhẹ hơn nước, hồ hết các ankan ko tan trong nước nhưng mà chỉ tan trong dung môi hữu cơ.

• Các ankan là dung môi ko phân cực, có thể tan trong các chất ko phân cực như benzen, dầu mỡ, v.v.

Tính chất hóa học của ankan

Ở nhiệt độ tầm thường, alkan Ko tác dụng với dung dịch axit, dung dịch kiềm và chất oxy hóa. Nhưng lúc đun nóng hoặc chiếu sáng, ankan dễ dàng tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách hiđro và phản ứng cháy. Hãy cùng tìm hiểu tính chất hóa học của ankan qua 3 phản ứng tiêu biểu nhất.

Phản ứng thế bằng halogen

Clo có thể thay thế tuần tự từng nguyên tử H trong phân tử mêtan:

CH4 + Cl2 → CH3Cl (clometan – metyl clorua) + HCl (DR: Nhẹ)

CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 (diclometan-metylen clorua) + HCl (DR: Nhẹ)

CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 (triclometan – cloroform) + HCl (DR: Nhẹ)

CHCl3 + Cl2 → CCl4 (tetraclometan- cacbon tetraclorua) + HCl (DR: Nhẹ)

Các đồng phân của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự như metan:

CH3-CH2-CH3 + Br2 → CH3-CHBr-CH3 + HBr (thành phầm chính)

CH3-CH2-CH3 + Br2 → CH3-CH2-CH2-Br + HBr (thành phầm phụ)

• Đối với ankan có mạch cacbon từ 3 C trở lên, clo và brom sẽ ưu tiên thay thế H ở nguyên tử cacbon cao hơn tạo thành thành phầm chính.

• Vì ankan phản ứng mạnh với flo nên chúng sẽ bị phân hủy thành C và HF: CnH2n + 2 + (n + 1) F2 → nC + (2n + 2) HF

• Các ankan ko phản ứng theo cách đó với iot.

• Khả năng phản ứng của dãy halogen với ankan giảm dần theo trật tự: F2> Cl2> Br2> I2.

Bình luận:

• Nguyên tử hydro liên kết với nguyên tử cacbon cao hơn dễ bị tác động hơn so với nguyên tử hydro liên kết với nguyên tử cacbon thấp hơn.

• Thành phầm thay thế được gọi là dẫn xuất halogen của hiđrocacbon.

Phản ứng tách

Dưới tác dụng của nhiệt và các chất xúc tác thích hợp, alkan có khối lượng phân tử nhỏ sẽ tách hiđro thành hiđrocacbon ko no tương ứng.

Ví dụ: CH3 – CH3 → CH2 = CH2 + H2 (500 độ C, xúc tác)

Phương trình tổng quát: CnH (2n + 2) → CnH2n + H2 (nhiệt độ, Fe)

Ở nhiệt độ cao và xúc tác thích hợp, ngoài quá trình dehydro hóa, ankan còn có thể bị phân cắt mạch cacbon để tạo thành các phân tử nhỏ hơn.

Ghi chú:

• Các ankan có từ 2 nguyên tử C trở lên đều tham gia phản ứng tách H2.

• Trong phản ứng này, 2 nguyên tử H có 2 nguyên tử C cạnh nhau sẽ phân li cùng nhau. Cần ưu tiên tách nguyên tử H ra nguyên tử C bậc cao hơn. C4H10 → CH3 – CH = CH – CH3 + H2 (Fe ở nhiệt độ)

Phản ứng oxy hóa

Lúc đốt cháy, các ankan đều cháy và toả nhiều nhiệt theo công thức chung:

CnH2n + 2 + (3n + 1/2) O2 → nCO2 + (n + 1) H2O

Nếu thiếu oxi, phản ứng cháy của ankan xảy ra ko hoàn toàn: Thành phầm cháy còn có C, CO, .. ngoài CO2 và nước.

Bình luận:

• Lúc đốt cháy ankan thu được nCO2 <nH2O

• Nếu đốt cháy hiđrocacbon thì thu được nCO2

Điều chế ankan trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp

Trục đường ở đâu? alkan đã được tạo ra? Cùng Trường THPT Trần Hưng Đạo tìm hiểu cách điều chế hợp chất này trong 2 môi trường: Phòng thí nghiệm và công nghiệp.

Điều chế ankan trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế metan bằng cách đun nóng natri axetat khan với hỗn hợp vôi tôi và xút theo phương trình:

CH3COONa + NaOH → CH4 ↑ + Na2CO3 (Quy định: CaO, nhiệt độ)

Điều chế ankan trong công nghiệp

Một lượng lớn ankan (CH4, C2H6, C3H8, C4H10 …) có trong dầu mỏ, khí dầu mỏ, khí tự nhiên, … Qua quá trình chưng cất phân đoạn, ankan công nghiệp thu được ở dạng phân đoạn. chưng cất không giống nhau.

C + 2H2 → CH4 (Ni, 500 độ C)

CO + 3H2 → CH4 + H2O (nhiệt độ, xúc tác)

Các ứng dụng nổi trội của ankan

Với các tính chất vật lý và hóa học như trên, alkan mang tới những ứng dụng nhiều chủng loại và khác lạ trong thực tiễn cuộc sống. Đặc trưng:

• Nhiên liệu trong hàn cắt kim loại.

• Chất bôi trơn và dung môi.

• Dùng để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác như: CH3Cl, CH2Cl2, CCl4, CF2Cl2, …

• Đặc thù, CH4 có thể ứng dụng để điều chế nhiều chất không giống nhau như: hỗn hợp CO + H2, amoniac, C2H2, ancol metylic, anđehit fomic, …

So sánh ankan, anken, ankin

Từ cấu tạo và tính chất, ta có bảng so sánh ankan, anken và ankin như sau:

Ankan

Anken

Ankin

Thành phần nguyên tố

Gồm 2 nguyên tố C và H

Công thức phân tử

CnH (2n + 2) (n> = 1)

CnH2n (n> = 2)

CnH (2n-2) (n> = 2)

Một kết nối hóa học

Chỉ bao gồm một liên kết duy nhất

Bao gồm một liên kết đôi và một liên kết đơn

Bao gồm 1 liên kết 3 và các liên kết đơn

Tính chất hóa học

Tất cả đều có phản ứng cháy

Loại phản ứng nào?

Phản ứng cộng

Quá trình oxy hóa (ko hoàn toàn)

Sự trùng hợp

Phản ứng cộng

Quá trình oxy hóa (ko hoàn toàn)

Dimerization, Trimerization

Bài tập ankan trong SGK Hóa học 11 có lời giải cụ thể

Để có được kiến ​​thức trọng tâm đầy đủ nhất về alkanvà Trường THPT Trần Hưng Đạo vận dụng lý thuyết đã học để thực hành một số bài tập cơ bản trong SGK Hóa học 11 dưới đây.

Bài 1 (trang 115 SGK Hóa học 11)

Hiđrocacbon no, ankan và xicloankan là gì?

Câu trả lời được đề xuất:

Hiđrocacbon no là hiđrocacbon trong đó chỉ có các liên kết đơn. Hydrocacbon bão hòa được phân thành hai loại:

• Ankan (hoặc parafin) là hiđrocacbon no, ko có mạch vòng.

• Cycloalkanes là hiđrocacbon no mạch vòng.

Hydrocacbon bão hòa là nguồn nhiên liệu chính và là nguồn vật liệu quan trọng cho công nghiệp hóa chất.

Bài 2 (trang 115 SGK Hóa học 11)

Viết công thức phân tử của các hiđrocacbon ứng với các gốc ankyl sau: –CH3; -C3H7; -C6H13

Câu trả lời được đề xuất:

Gốc alkane

CTPT của hiđrocacbon tương ứng

-CH3

CH4

-C3H7

C3H8

-C6H13

C6H14

Bài 4 (trang 116 SGK Hóa học 11)

Các hiđrocacbon no được dùng làm nhiên liệu vì lý do nào sau đây?

A. Hiđrocacbon no đều có phản ứng thế.

B. Hiđrocacbon no có nhiều trong tự nhiên.

C. Hiđrocacbon no là chất nhẹ hơn nước.

D. Hiđrocacbon no toả nhiều nhiệt, có nhiều trong tự nhiên.

Câu trả lời: Đáp án D.

Bài 5 (trang 116 SGK Hóa học 11)

Vui lòng giảng giải:

a) Vì sao ko được để các thùng chứa xăng, dầu (kể cả ankan) gần đám cháy, trong lúc người ta có thể đun chảy nhựa đường để tham gia giao thông.

b) Ko được dùng nước để dập đám cháy xăng, dầu nhưng mà phải dùng bình đựng cát, khí cacbonic.

Câu trả lời được đề xuất:

a) Ko để bình đựng xăng, dầu gần lửa vì: Xăng dầu chứa ankan mạch ngắn, dễ bay hơi, rất dễ cháy. Nhưng có thể nấu chảy nhựa đường để làm đường vì nhựa đường có chứa ankan có mạch cacbon rất lớn, khó bay hơi và rất khó bắt lửa.

b) Ko được dùng nước để dập đám cháy xăng dầu nhưng mà phải dùng bình cát, khí cacbonic vì: Xăng, dầu nhẹ hơn nước; Lúc sử dụng nước, xăng, dầu sẽ nổi lên trên mặt nước khiến đám cháy lớn hơn. Lúc sử dụng cát hoặc thùng chứa khí cacbonic sẽ ngăn ko cho xăng, dầu xúc tiếp với ôxy để đám cháy được dập tắt.

Bài 7 (trang 116 SGK Hóa học 11)

Lúc đốt cháy hoàn toàn 3,6g ankan X thu được 5,6 lít CO2 (dktc). Công thức phân tử của X là:

A. C3H8;

B. C5H10

C. C5H12;

D. C4H10

Câu trả lời được đề xuất:

Gọi công thức phân tử của ankan là: CnH2n + 2

⇒ n = 5 ankan là C5H12

Vậy đáp án đúng là C.

Tương tự, bài viết trên đã giúp độc giả có thêm những kiến ​​thức cơ bản về alkan, bao gồm: ankan là gì, tính chất vật lý, hóa học, ứng dụng và điều chế. Trường THPT Trần Hưng Đạo mong rằng các bạn có thể vận dụng tốt những kiến ​​thức này trong các bài tập thực hành môn Hóa học cũng như trong thực tiễn cuộc sống. Đừng quên ghé thăm website Trường THPT Trần Hưng Đạo mỗi ngày để cập nhật những thông tin thú vị khác về môn Hóa học nhé!

Bạn thấy bài viết Ankan: Khái niệm, tính chất, ứng dụng và cách điều chế có khắc phục đươc vấn đề bạn tìm hiểu ko?, nếu  ko hãy comment góp ý thêm về Ankan: Khái niệm, tính chất, ứng dụng và cách điều chế bên dưới để thpttranhungdao.edu.vn có thể thay đổi & cải thiện nội dung tốt hơn cho độc giả nhé! Cám ơn bạn đã ghé thăm Website Trường THPT Trần Hưng Đạo

Phân mục: Giáo dục