Lý Thuyết Ankan Hóa 11: Tính Chất, Công Thức Cấu Tạo Và Bài Tập

1. Ankan là gì? Công thức cấu tạo của ankan

1.1. Ankan là gì?

Ankan là những hidrocacbon no, dạng mạch hở, trong phân tử chỉ có liên kết đơn C - C, C - H và có công thức chung là: CnH_2n+2 (n ≥ 1).

1.2. Đồng đẳng, công thức cấu tạo của ankan

a. Đồng đẳng

- Tên gọi chung là của các hidrocabon no mạch hở là ankan hoặc paraffin.

- Công thức đơn giản nhất của ankan là metan (CH₄).

- Mạch cacbon ở dạng mạch hở, có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh.

- Trong phân tử chỉ có liên kết đơn tạo thành từ 4 obitan lai hóa sp3 của nguyên tử cacbon, định hướng kiểu tứ diện đều. Vậy nên mạch cacbon có dạng gấp khúc. Các nguyên tử cacbon có thể xoay tương đối tự do xung quanh các liên kết đơn.

b. Công thức cấu tạo của ankan

Ankan có công thức tổng quát chung là C_nH_{2n+2 (n ≥ 1)}.

1.3. Tên gọi của ankan 

a. Danh pháp ankan mạch thẳng:

Tên mạch cacbon + an

Ví dụ:

CH₄: Metan

C₂H₆: Etan

C₃H₈: Propan

C₄H₁₀: Butan

b. Danh pháp ankan mạch nhánh:

Số chỉ vị trí xuất hiện nhánh - tên nhánh + tên mạch chính + an

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

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

Nếu có nhiều nhánh giống nhau thì sử dụng tiền tố theo số đếm: đi, tri, tera,… Khi có nhiều nhánh thứ tự gọi tên nhánh theo bảng chữ cái.

Gốc hidrocacbon là phần còn lại của phân tử hidrocacbon sau khi đã bớt đi một số nguyên tử hidro nhưng vẫn còn tồn tại trong phân tử ở trạng thái liên kết và không mang electron tự do giống như gốc tự do.

Công thức tổng quát nhóm ankyl: C_nH_2n+1

Ví dụ:

Tên gọi thường:

• Trong trường hợp chỉ có một nhánh CH₃ ở nguyên tử C số 2 thì thêm tiền tố iso.

• Trong trường hợp có 2 nhánh CH3 ở C số 2 thì thêm tiền tố neo.

Tham khảo ngay bộ tài liệu ôn tập kiến thức và tổng hợp phương pháp giải mọi dạng bài tập trong đề thi Hóa THPT Quốc gia

2. Đồng phân ankan

2.1. Đồng phân mạch cacbon

 Ankan chỉ xuất hiện đồng phân khi mạch có từ 4C trở lên.

    Ví dụ:Đồng phân của C₅H₁₂.

2.2. Bậc của Cacbon trong ankan

Bậc của ankan chính là bậc của một nguyên tử cacbon trong phân tử ankan bằng số nguyên tử cacbon liên kết trực tiếp với nó.

• Ankan không phân nhánh là ankan chỉ chứa nguyên tử C bậc I hoặc bậc II trong mạch.

• - Ankan phân nhánh là ankan có chứa cả C bậc III hoặc C bậc IV.

3. Tính chất vật lý của ankan

Trong điều kiện thường, các ankan tồn tại ở trạng thái khác nhau tùy thuộc vào độ dài mạch C:

• Từ C1 đến C4 tồn tại ở trạng thái khí,

• Từ C5 đến khoảng C18 tồn tại ở trạng thái lỏng

• Từ khoảng C18 trở đi tồn tại ở trạng thái rắn.

Nhiệt độ nóng chảy cũng như nhiệt độ sôi tăng dần khi tăng số nguyên tử cacbon trong phân tử: 4 ankan đầu là chất khí, các ankan có n từ 5 đến 19 là chất lỏng và khi n ≥ 20 là chất rắn.

Các ankan đều không tan trong nước nhưng đều tan dễ trong các dung môi hữu cơ.

Ankan đều là những chất không màu.

Các ankan nhẹ nhất như metan, etan, propan đều là những khí không có mùi. Các ankan từ C5 đến C10 có mùi xăng và từ C10 đến C16 có mùi dầu hỏa. Các ankan rắn bay hơi với mật độ rất ít, vì vậyhầu như ankan không mùi.

4. Tính chất hóa học của ankan

4.1. Phản ứng thế

Phản ứng thế clo và brom: Xảy ra dưới xúc tác của askt hoặc nhiệt độ và tạo thành một hỗn hợp các sản phẩm.

- Phản ứng thế Hidro bằng halogen thuộc phản ứng halogen hóa. Sản phẩm hữu cơ có chứa halogen gọi là dẫn xuất của halogen.

- Clo thế được vào H ở các cacbon bậc khác nhau; Brom thì hầu như chỉ thế vào H ở cacbon bậc cao. Flo xảy ra phản ứng mãnh liệt nên phân hủy ankan thành C và HF. Iot quá yếu nên không phản ứng được với ankan.

Những ankan có phân tử lớn tham gia phản ứng thế nhẹ hơn và ưu tiên tạo ra sản phẩm chính bằng cách thế vào những nguyên tử H của nguyên tử C bậc cao.

4.2. Phản ứng tách

Phản ứng tách hiđro: ở 400 - 900ºC với xúc tác Cr₂O₃ + Al₂O₃.

CH₃–CH₂-CH₃ → CH₃-CH=CH₂ + H₂

Phản ứng phân cắt mạch cacbon:

C₅H₁₂ → C₂H₆ + C₃H₆

Nhận xét: Dưới tác dụng của nhiệt và xúc tác (Cr₂O₃, Fe, Pt,...) các ankan bị tách hidro tạo thành hidrocacbon không no và bị đứt gãy các liên kết giữa C−C tạo thành các phân tử mới nhỏ hơn.

4.3. Phản ứng oxi hóa

Phản ứng đốt cháy ankan tạo sản phẩm là CO2 và H2O kèm theo tỏa nhiều nhiệt:

C_nH_2n+2 + O2 → nCO₂ + (n + 1) H₂O

Nhận xét:

• Đốt ankan thu n_CO2 < n_H2O

• Nếu đốt cháy hidrocacbon thu được nCO2 < nH2O thì hidrocacbon đem đốt chính là ankan (CnH2n+2).

Trong điều kiện thiếu oxi ngoài CO2 và H2O phản ứng đốt cháy còn tạo CO - muội than gây hại đối với môi trường.

Nếu có xúc tác và nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi.

Phương trình phản ứng: CH4 + O2 -to, xúc tác → HCH = O + H2O

5. So sánh ankan, anken, ankin về đặc điểm cấu tạo và tính chất

Bảng so sánh ankan anken ankin về đặc điểm cấu tạo và tính chất của chúng.

Đăng ký ngay để được các thầy cô tư vấn và xây dựng lộ trình học môn Hóa sớm từ mất gốc tới 9+ 

6. Điều chế và ứng dụng của ankan

6.1. Điều chế ankan

a) Trong công nghiệp

Metan và các đồng đẳng được tách ra từ dầu mỏ và khí tự nhiên.

b) Trong phòng thí nghiệm

Khi chỉ cần một lượng nhỏ metan (CH₄), người ta nung natri axetat với vôi tôi xút, hoặc có thể cho nhôm cacbua tác dụng với nước:

Phương trình phản ứng 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 đối với điều chế CH₄ có thể dùng các phản ứng:

  Al₄C₃ + 12H2O → 3CH₄ + 4Al(OH)₃ 

  Al4C₃ + 12HCl → 3CH₄+ 4AlCl₃ 

  C + 2H₂ CH₄

6.2. Ứng dụng của ankan

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

Dùng trong tổng hợp nhiều loại chất hữu cơ khác: CF₂Cl₂, CCl₄, CH₂Cl₂, CH₃Cl,…

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

7. Bài tập vận dụng

Câu 1: Công thức tổng quát cho Ankan là:

A. C_nH_n+2

B. C_nH_2n+2

C. C_nH_2n

D. C_nH_2n-2

→ Đáp án đúng là B C_nH_{2n+2 (n ≥ 1)}.

Câu 2: Nhiên liệu thường làm từ các hidrocacbon no vì:

A. Hiđrocacbon no có thể xảy ra phản ứng thế.

B. Hiđrocacbon no có nhiều ở tự nhiên.

C. Hiđrocacbon no nhẹ hơn nước.

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

→ Đáp án đúng là D: Hiđrocacbon no khi cháy tỏa nhiệt nhiều và có nhiều trong tự nhiên

.

Câu 3: Số đồng phân cấu tạo ứng với ankan có công thức phân tử C₅H₁₂ là:

A. 6

B. 4

C. 5

D. 3

→ Đáp án đúng là D: 3

Câu 4: Số đồng phân cấu tạo ứng với ankan có công thức phân tử C₆H₁₄ là:

A. 3

B. 4

C. 5

D. 6

→ Đáp án đúng là C: 3

Câu 5: Công thức phân tử của ankan X là C₅H₁₂. Clo hóa X, được 4 sản phẩm là dẫn xuất monoclo. Tên gọi của X là:

A. 2,2-đimetylpropan

B. 2-metylbutan

C. pentan  

D. 2-đimetylpropan

→ Đáp án đúng là B: Clo hóa 2–metylbutan được 4 sản phẩm thế monoclo.

Câu 6: Công thức phân tử của ankan X là C₆H₁₄. Clo hóa X, được 4 sản phẩm là dẫn xuất monoclo. Tên gọi của X là:

A. 2,2-đimetylbutan

B. 3-metylpentan

C. hexan

D. 2,3-đimetylbutan

→ Đáp án đúng là B: Clo hóa 3–metylpentan được 4 sản phẩm thế monoclo.

Câu 7: Ankan X chứa 82,76% khối lượng là cacbon. Số nguyên tử hidro trong mỗi phân tử X là:

A. 6   

B. 8

C. 10   

D. 12.

→ Đáp án đúng là C

• Đặt CTPT của X là CnH2n+2

• 12n/(14n +2). 100% = 82,76 ⇒ n = 4

⇒ CTPT: C₄H₁₀ ⇒ có 10 nguyên tử hiđro trong mỗi phân tử X.

Câu 8: Ankan X có chứa 20% khối lượng là hidro. Tổng số nguyên tử trong mỗi phân tử X là:

A. 8   

B. 11   

C. 6

D. 14

→ Đáp án đúng là A

• Đặt CTPT của X là C_nH_2n+2

• 12n/(14n +2). 100% = 20 ⇒ n = 2

⇒ CTPT: C₂H₆

Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn 2,9 gam ankan X, sản phẩm thu được ở đktc 4,48 lít CO₂. Vậy công thức phân tử của X cần tìm là:

A. C₃H₈   

B. C₄H₁₀   

C. C₅H₁₀   

D. C₅H₁₂

→ Đáp án đúng là B

Đặt CTPT của X là C_nH_2n+2

2,9n/(14n+2) = 4,48/22,4 ⇒ n = 4

⇒ CTPT: C₄H₁₀

Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn một hidrocacbon X thu được sản phẩm gồm 0,11 mol CO₂ và 0,132 mol H₂O. Khi X tác dụng với khí clo (theo tỉ lệ số mol 1 : 1) thu được một sản phẩm thế duy nhất. Tên gọi của X là:

A. 2,2-đimetylpropan

B. etan

C. 2-metylpropan

D. 2-metylbutan

→ Đáp án đúng là A

• nCO₂ > nH₂O ⇒ Hiđrocacbon là ankan C_nH_2n+2

• nankan = nH₂O – nCO₂ = 0,022 ⇒ n = 5. Vậy X là C₅H₁₂

• X tác dụng với Cl₂ theo tỉ lệ 1:1 thu được 1 sản phẩm thế duy nhất. 

• Vậy X là: 2,2-đimetylprotan

Câu 11: Đốt cháy hoàn toàn bằng oxi không khí một thể tích khí thiên nhiên gồm metan, etan, propan (O₂ chiếm 20% thể tích trong không khí), thu được 7,84l khí Cacbonic (đktc) và 9,9g nước. Thể tích không khí (đktc) ít nhất cần dùng để đốt cháy hoàn toàn thể tích khí thiên niên trên là:

A. 70,0 lít   

B. 78,4 lít

C. 84,0 lít

D. 56,0 lít

→ Đáp án đúng là A

Bảo toàn Oxy: nO₂ = nCO₂ + 1/2 nH₂O = 0,35 + 1/2.0,55 = 0,625 (mol)

Vkk = 0,625.22,4 : 20% = 70 lít

Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến ankan của chương trình hóa học hữu cơ. Đây là một phần rất quan trọng trong chương trình ôn thi đại học và yêu cầu các em phải nắm thật chắc. Chúc các em ôn tập tốt. Ngoài ra, em có thể truy cập vào Vuihoc.vn để tham khảo thêm nhiều bài giảng hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để được hướng dẫn chi tiết nhé!

     Tham khảo thêm:

⭐Bộ Sách Thần Tốc Luyện Đề Toán - Lý - Hóa THPT Có Giải Chi Tiết