Tổng hợp lý thuyết Alkane - Hóa học 11 Chân trời sáng tạo

Tổng hợp lý thuyết Alkane - Hóa học 11 Chân trời sáng tạo Tính chất của alkane: Tính chất hóa học, vật lí, điều chế, ứng dụng chi tiết nhất ...

Tổng hợp lý thuyết Alkane - Hóa học 11 Chân trời sáng tạo

Tính chất của alkane: Tính chất hóa học, vật lí, điều chế, ứng dụng chi tiết nhất và dễ hiều nhất.

I. Đồng đẳng, đồng phân Alkane Hóa 11

1. Đồng đẳng, cấu tạo

- Công thức tổng quát chung cho alkane là CnH2n+2 (n ≥ 1).

- Tên gọi chung là alkane hay paraffin.

- Công thức đơn giản nhất là methane (CH4).

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

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

2. Đồng phân

a. Đồng phân mạch cacbon

alkane chỉ có đồng phân mạch C khi có từ 4C trở lên.

Ví dụ: Các đồng phân của C5H12.

b. Bậc của cacbon

Bậc của 1 nguyên tử cacbon ở phân tử alkane bằng số nguyên tử C liên kết trực tiếp với nó.

Ví dụ:

- alkane không phân nhánh là alkane chỉ chứa nguyên tử C bậc I hoặc bậc II.

- alkane phân nhánh là alkane có chứa C bậc III hoặc C bậc IV.

II. Danh pháp Alkane

– Tên gọi gồm: tên mạch cacbon có đuôi an.

• CH4: Metan 
• C2H6: Etan
• C3H8: Propan
• C4H10: Butan
• C5H12: Pentan
• C6H14: Hexan
• C7H16: Heptan
• C8H18: Octan
• C9H20: Nonan
• C10H22: Đecan

– Phân tử có mạch nhánh thì gọi theo quy tắc sau:

• 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 alkane tương ứng với số nguyên tử cacbon trong mạch chính).

*Lưu ý:

Tên thường:

+ Nếu chỉ có một nhánh duy nhất CH3 ở nguyên tử C số 2 thì thêm tiền tố iso.

+ Nếu có 2 nhánh CH3 ở C số 2 thì thêm tiền tố neo.

III. Cấu trúc phân tử alkane

1. Sự hình thành liên kết trong phân tử alkane

• Các nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp3.
• Mỗi nguyên tử C nằm ở tâm mà 4 đỉnh là các nguyên tử H hoặc C.
• Liên kết C-C, C-H đều là liên kết σ.
•  Các góc liên kết xấp xỉ 109,5o.

2. Cấu trúc không gian của alkane

a. Mô hình phân tử

 b. Cấu dạng

    - Các liên kết đơn C-C có thể quay tự do quanh trục liên kết tạo ra vô số dạng khác nhau về vị trí tương đối trong không gian gọi là các cấu dạng.

    - Cấu dạng xen kẽ bền hơn cấu dạng che khuất.

    - Các cấu dạng luôn chuyển đổi cho nhau.

IV. Tính chất vật lý

- Ở điều kiện thường, các alkane từ C1 đến C4 ở trạng thái khí, từ C5 đến khoảng C18 ở trạng thái lỏng, từ khoảng C18 trở đi ở trạng thái rắn.

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

- Đều không tan trong nước nhưng dễ tan trong các dung môi hữu cơ.

- alkane đều là những chất không màu.

- Các alkane nhẹ nhất như methane, etan, propane là những khí không mùi. alkane từ C5 − C10 có mùi xăng, từ C10 − C16 có mùi dầu hỏa. Các alkane rắn rất ít bay hơi nên hầu như không mùi.

V. Tính chất hóa học của Alkane

Phản ứng đặc trưng là phản ứng thế; phản ứng tách hiđro và phản ứng cháy.

1. Phản ứng thế bởi halogen

Thế clo và brom: Xảy ra dưới tác dụng của askt hoặc nhiệt độ và tạo thành một hỗn hợp sản phẩm.

- Phản ứng thế H bằng halogen thuộc loại phản ứng halogen hóa, sản phẩm hữu cơ có chứa halogen gọi là dẫn xuất halogen.

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

Những alkane có phân tử lớn tham gia phản ứng thế êm dịu hơn và ưu tiên thế những nguyên tử H của nguyên tử C bậc cao cho sản phẩm chính.

2. Phản ứng tách - Phản ứng reforming Alkane

* Phản ứng tách hiđro: ở 400 - 900ºC, 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 alkane không những bị tách hiđro tạo thành hydrocarbon không no mà còn bị gãy các liên kết C−C tạo ra các phân tử nhỏ hơn.

3. Phản ứng oxi hoá:

Phản ứng đốt cháy alkane tạo CO2, H2O và tỏa nhiều nhiệt:

CnH2n+2 + O2 → nCO2 + (n + 1)H2O (1)

Nhận xét:

+ Đốt alkane thu nCO2 < nH2O

+ Nếu đốt hydrocarbon thu được nCO2 < nH2O ⇒ hydrocarbon đem đốt là alkane (CnH2n+2).

- Trong điều kiện thiếu oxi ngoài CO2 và H2O phản ứng còn tạo CO, muội than gây hại cho môi trường.

- Nếu có xúc tác và to thích hợp, alkane bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi.

VI. Ứng dụng và điều chế

1. Ứng dụng

• Dùng làm nhiên liệu trong hàn cắt kim loại.
• Dùng làm dầu bôi trơn, dung môi.
• 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, ammoniac, C2H2, methyl alcohol, formic aldehyde, …

2. Điều chế

* Điều chế methane

- Các nguồn khí: từ khí thiên nhiên, khí hồ ao, khí dầu mỏ, khí chưng than đá.

- Tổng hợp:

- Từ khí CH3COONa khan:

- Từ Nhôm cacbua (Al4C3):

Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3↓ + 3CH4↑

* Điều chế các alkane khác

- Lấy từ các nguồn thiên nhiên: Khí dầu mỏ, khí thiên nhiên, sản phẩm cracking.

- Từ các muối axit hữu cơ:

Xem thêm: Chuyên đề về Alkane.

Phản ứng Reforming Alkane.

Bài tập trắc nghiệm lý thuyết Alkane Hóa 11 Chân trời sáng tạo.

Hướng dẫn đọc tên gốc Hydrocarbon Hóa 11 Chân trời sáng tạo.

Hóa học 11 chương 4 Hiđrocacbon.

Cách viết công thức cấu tạo và gọi tên đồng phân Alkane Hóa 11.

Phản ứng thế của Alkane Hóa 11.

Phản ứng Dehydro của Alkane - Phản ứng tách Hidro của Alkane Hóa 11.

Phản ứng Cracking Alkane Hóa 11. 

Chuyên đề về Alkene.

Cách viết công thức cấu tạo và gọi tên đồng phân Alkene Hóa 11.