Ankan là một nội dung quan trọng trong hóa học hữu cơ được dạy ở bậc trung học phổ thông. Nếu bạn chưa biết tính chất hóa học của ankan là gì thì đừng bỏ qua bài viết ngày của Gocbao.
Ankan là gì?
Trước khi đến với phần tính chất hóa học của ankan, chúng ta cùng tìm hiểu ankan là gì cũng như tên gọi của nó nhé.
Ankan là gì?
Ankan là hydrocarbon mạch hở. Phân tử ankan chỉ chứa các liên kết C – C và C – H. Điều này có nghĩa ankan là các hydrocarbon không tạo mạch vòng, trong đó mỗi phân tử chứa số nguyên tử hydro cực đại và không chứa các liên kết đôi.
Công thức tổng quát của ankan là CnH2n+2 với n là số nguyên dương. Ankan đơn giản nhất là metan có công thức hóa học là CH4. Tiếp theo là êtan có công thức C2H6.
Tên gọi của ankan (danh pháp)
Tên gọi của ankan dựa vào vị trí mạch cacbon. Cụ thể như sau:
Mạch cacbon thẳng
Tên gọi ankan = tên mạch cacbon + an
Mẹo nhỏ để ghi nhớ: Mẹ (Metan) Em (Etan) Phải (Propan) Bón (Butan) Phân (Pentan) Hóa (Hexan) Học (Heptan) Ở (Octan) Ngoài (Nonan) Đồng (Đecan).
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).
Tính chất hóa học của ankan
Có 3 tính chất hóa học của ankan mà bạn cần phải nắm vững. Đừng vội bỏ qua nếu bạn chưa tìm hiểu cùng Gocbao nhé.
Phản ứng thế (Cl2, Br2)
Khi chiếu sáng hoặc đốt nóng hỗn hợp metan và clo xảy ra phản ứng thế lần lượt các nguyên tử hiđro bằng clo.
Các phương trình hóa học xảy ra:
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2 → CH3Cl3 + HCl
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl
Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự như metan.Phản ứng thế H bằng halogen thuộc loại phản ứng halogen hóa, sản phẩm hữu cơ có chứa halogen gọi là dẫn xuất halogen.Khả năng phản ứng của dãy halogen F2 > Cl2 > Br2 > I2.Phản ứng Br hóa có khả năng phản ứng chậm hơn Cl hóa nhưng có độ chọn lọc cao.
Phản ứng tách của ankan
Phản ứng tách của ankan được chia thành 3 loại. Chúng ta cùng xem đó là những loại nào nhé.
Phản ứng tách H2 của ankan
Phản ứng này còn gọi là phản ứng đề hidro hóa. Công thức tổng quát: CnH2n+2 → CnH2n + H2
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.
Phương trình hóa học: CH3-CH2-CH3 → CH2=CH-CH3 + H2
Lưu ý một số trường hợp sau:
CH3-CH2-CH2-CH3 → 2H2 + CH2=CH-CH=CH2
CH3-CH(CH3)-CH2-CH3 → CH2=C(CH3)-CH=CH2 + 2H2
n-C6H14 → 4H2 + C6H6 (benzen)
n-C7H16 → 4H2 + C6H5CH3 (toluen)
Phản ứng tách mạch cacbon của ankan (n≥ 3)
Phản ứng tách mạch cacbon của ankan còn gọi là phản ứng cracking xảy ra ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác thích hợp. Công thức tổng quát: CnH2n+2 → CxH2x+2 + CyH2y
Lưu ý: ankan thẳng CnH2n+2 khi cracking có thể xảy ra theo (n – 2) hướng khác nhau tạo ra 2(n-2) sản phẩm. Số mol ankan sau phản ứng luôn bằng số mol ankan ban đầu dù quá trình cracking có nhiều giai đoạn.
Phản ứng phân hủy của Ankan
Ankan bị phân hủy bởi nhiệt. Công thức tổng quát: CnH2n+2 → nC + (n+1)H2
Phản ứng phân hủy bởi halogen có công thức tổng quát: CnH2n+2 + nCl2 → CnCl2n+2 + (n+1)H2
Phản ứng oxy hóa ankan
Ankan bền với tác nhân oxy hóa ở nhiệt độ thường. Ở nhiệt độ cao hoặc có mặt xúc tác có thể phản ứng với oxi, KMnO4, K2Cr2O7 để tạo thành ancol, andehit, xeton, acid carboxylic…
Công thức tổng quát: 2CnH2n+2 + (3n + 1)O2 → (nhiệt độ) 2nCO2 + (2n+2)H2O
Bài viết liên quan:
Tính chất hoá học của muối là gì? Bài tập Hoá lớp 9Tổng hợp 5 tính chất hóa học của bazơ bạn nên biếtTính chất hóa học của axit? 5 ứng dụng axit phổ biến nhất
Tính chất vật lý của ankan
Ở điều kiện thường, ankan từ C1 đến C4 ở trạng thái khí, từ C5 đến C17 ở trạng thái lỏng, từ C18 trở lên ở dạng rắn.
Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của ankan nói chung tăng theo số nguyên tử C trong phân tử tức là theo chiều tăng của phân tử khối.
Ankan là những chất không màu, đều không tan trong nước, nhẹ hơn nước. Nó tan nhiều trong dung môi hữu cơ.
Cách điều chế và ứng dụng của ankan
Từ những tính chất hóa học của ankan, người ta điều chế và ứng dụng nó vào đời sống hằng ngày. Cùng tìm hiểu với Gocbao xem đó là gì nhé.
Cách điều chế ankan
Có hai cách để điều chế ankan. Cụ thể đó là:
Trong công nghiệp
Điều chế ankan bằng cách tách từ nguồn khí thiên nhiên như metan, khí mỏ dầu và dầu mỏ.
Phương trình điều chế:
C + 2H2 → (Ni, nhiệt độ 500 độ C) CH4
CO + 3H2 → (xúc tác, nhiệt độ) CH4+ H2O
Trong phòng thí nghiệm
Ankan được điều chế bằng cách nung muối natri của axit cacboxylic với vôi tôi xút.
Phương trình điều chế:
CH3COONa + NAOH (rắn) → (CaO, nhiệt độ) CH4 + Na2CO3
Ứng dụng của ankan
Dựa trên tính chất hóa học của ankan, nó được ứng dụng rất nhiều trong đời sống. Cụ thể:
Ankan dùng làm nguyên liệu trong đèn xì để hàn, cắt kim loại.Làm dầu bôi mỡ bôi trơn, chống gỉ.Sáp pha thuốc mỡ và đun nấuLàm dung môi.Ứng dụng để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác như CH3Cl, CH2Cl2 , CCl4, CF2Cl2…
Một số bài tập về ankan tham khảo
Để củng cố nội dung về tính chất hóa học của ankan, Gocbao sẽ gửi đến bạn một số bài tập tham khảo.
Bài 1: Ankan Y phản ứng với clo tạo ra 2 dẫn xuất monoclo có tỉ khối so với hidro là 39,25. Tên của Y là: A. Butan
B. Propan
C. Iso-butan
Hướng dẫn giải
Đặt công thức của Y là CnH2n+2
Phương trình hóa học
CnH2n+2 + Cl2 → (nhiệt độ, ánh sáng) CnH2n+1Cl + HCl
Theo đề CnH2n+1Cl gồm 2 đồng phân và khối lượng mol của là CnH2n+1Cl = 39,25 x 2 = 78,5 (gam/mol)
Ta có 14n + 36,5=78,51 → n = 3
CTPT của Y là C3H8 nên Y là propan
2 sản phẩm tạo thành là CH3CH2CH2Cl và CH3CHClCH3
Chọn đáp án B.
Bài 2: Cracking 8,8 gam propan thu được hỗn hợp khí A gồm H2, CH4, C2H2, C3H6 và một phần propan chưa bị cracking. Biết H% = 90%. Khối lượng phân tử trung bình của A là
A. 39,6
B. 23,16
C. 2,135
Hướng dẫn giải
Theo định luật bảo toàn khối lượng: m A = m Propan = 8,8 gam
n C3H4 ban đầu = 8,8 / 44 = 0,2 mol
→ nC3H4 pư = 0,2 x 90% = 0,18 (mol)
n C3H4 dư = 0,02 mol
Vậy sau pư số mol khí tạo thành = 0,18 x 2 + 0,02 = 0,38 mol
→ MA = 8,80,38 = 23,16
Chọn đáp án B
Bài 3: Nung m gam hỗn hợp gồm 3 muối natri của 3 axit hữu cơ no, đơn chức với NaOH dư, thu được chất rắn D và hỗn hợp Y gồm 3 ankan. Tỉ khối của Y so với H2 là 11,5. Cho D tác dụng với H2SO4 dư thu được 17,92 lít CO2 (đktc). Tên của 1 trong 3 ankan và giá trị của m là
A. metan và 71,2
B. etan và 84,4
C. propan và 42,4
Hướng dẫn giải
Đặt công thức trung bình của 3 muối natri của 3 axit hữu cơ no, đơn chức là CnH2n+1COONa
Phương trình hóa học:
CnH2n+1COONa + NaOH → (nhiệt độ, CaO) CnH2n+2 + Na2CO3 (1)
Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2 (2)
Theo phương trình (1) và (2) ta có
n Na2CO3 = nCnH2n+2 = nNaOH = nCO2 = 17,92 / 22,4 = 0,8 (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m X + m NaOH = m CnH2n+2 + m Na2CO3
→ m X = 0,8 x 106 + 11,5 x 2 x 0,8 − 0,8 x 40 = 71,2 (gam)
M Y = 14n + 2 = 23 → n = 1,5
Suy ra trong 3 ankan có 1 ankan là CH4
Chọn đáp án A
Bài 4: Đốt cháy hoàn toàn 1 thể tích khí thiên nhiên gồm metan, etan, propan bằng oxi không khí (trong không khí có chứa 20% O2), thu được 7,84 lít CO2 (đktc) và 9,9 gam H2O. Thể tích không khí (đktc) nhỏ nhất cần dùng để đốt chất khí thiên nhiên trên là
A. 70 lít
B. 78,4 lít
C. 84 lít
Hướng dẫn giải
Đăt công thức chung của 3 khí thiên nhiên là CmH2m+2
n CO2 = 7,84 / 22,4 = 0,35 (mol)
n H2O = 9,9 / 18 = 0,55 (mol)
Phương trình hóa học: CmH2m+2 + O2 → (nhiệt độ) CO2 + H2O
Tỉ lệ tương ứng: x 0,35 0,55
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố ta có 2x = 0,35 x 2 + 0,55
→ x = 0,625 (mol)
→ VCO2 = 0,625 x 22,4 = 14 lít
→ V kk = 5 x 14 = 70 lít
Chọn đáp án A
Vừa rồi Gocbao đã chia sẻ cho bạn kiến thức về tính chất hóa học của ankan. Hy vọng bài viết trên hữu ích cho quá trình nghiên cứu của bạn. Đừng quên theo dõi Gocbao mỗi ngày để biết thêm nhiều điều hay!
