Soạn mới giáo án Hóa học 11 cánh diều bài 12: Alkane

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

- GV viết công thức một số đồng đẳng của methane, yêu cầu HS làm việc nhóm và thực hiện các nhiệm vụ sau:

Cho một số chất thuộc dãy đồng đẳng của alkane:

CH₄, CH₃CH₃, CH₃CH₂CH₃, CH₃[CH₂]₂CH₃, CH₃[CH₂]₃CH₃

1. Nhận xét về thành phần nguyên tố của các chất trong dãy đồng đẳng của methane (thành phần phân tử chỉ có C và H)

2. Sự khác nhau về số lượng nguyên tử H và C tuân thủ theo luật nào? (các chất trong dãy đồng đẳng của methane hơn kém nhau 1 hay nhiều nhóm CH₂)

3. Nhận xét đặc điểm liên kết hóa học trong phân tử các chất (phân tử chỉ có liên kết đơn; đặc điểm là liên kết cộng hóa trị)

- GV hướng dẫn HS nêu khái niệm alkane dựa trên thành phần nguyên tố và đặc điểm liên kết.

- GV cho HS một số CTPT của một số chất trong dãy đồng đẳng của methane: CH_4, C₂H_6, C₃H_{8, .....}

- GV yêu cầu HS: Nhận xét quan hệ về số lượng giữa số nguyên tử C và H trong phân tử các alkane, từ đó khái quát CTPT của alkane

- GV yêu cầu HS quan sát Hình 12.1 và thảo luận trả lời Câu hỏi 1 SGK trang 73: Mô tả hình dạng của phân tử methane và ethane

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS thảo luận tìm hiểu về khái niệm và công thức chung của alkane; Câu trả lời về Câu hỏi 1 SGK trang 73.

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện báo cáo kết quả thảo luận; trình bày câu trả lời Câu hỏi 1 SGK trang 73. 

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức về khái niệm và công thức chung của alkane.

I. Khái niệm và danh pháp

1. Khái niệm

- Alkane là hydrocarbon mạch hở, trong phân tử chỉ có liên kết đơn

- Alkane có công thức chung là C_nH_2n+2 (với n  1)

Trả lời Câu hỏi 1 SGK trang 73

- Trong phân tử methane, bốn liên kết C – H giống nhau tạo với nhau 1 góc 109,5^o và hướng về 4 đỉnh của hình tứ diện đều

- Trong phân tử ethane, mỗi nguyên tử C nằm ở tâm của một tứ diện mà bốn đỉnh là các nguyên tử hydrogen và carbon, có góc liên kết khoảng 109,5^o

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

- GV yêu cầu HS trình bày lại khái niệm đồng phân, nguyên nhân xuất hiện đồng phân (thay đổi thứ tự liên kết, kiểu liên kết giữa các nguyên tử)

- GV hướng dẫn HS tạo sự thay đổi thứ tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử chất có CTPT C₄H₁₀ :

- GV cho HS nhận xét về đặc điểm thứ tự liên kết của nguyên tử carbon trong CTCT mới được tạo ra.

- GV hướng dẫn HS tìm hiểu về khái niệm đồng phân mạch carbon không phân nhánh và đồng phân mạch carbon phân nhánh.

- GV yêu cầu HS viết các đồng phân cấu tạo của alkane có CTPT C₅H₁₂:

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS thảo luận tìm hiểu về đồng phân của alkane, thực hiện các nhiệm vụ được giao.

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện HS trình bày kết quả thảo luận.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức về đồng phân alkane

2. Đồng phân

- Các alkane có từ bốn nguyên tử C trở lên có đồng phân về mạch carbon.

- Các alkane mạch không phân nhánh có mạch carbon mà trong đó mỗi nguyên tử carbon chỉ liên kết với tối đa hai nguyên tử carbon khác.

Ví dụ: CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

- Alkane mạch phân nhánh chứa nguyên tử carbon liên kết với ba hoặc bốn nguyên tử carbon khác

Ví dụ:

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

- GV yêu cầu HS quan sát tên gọi của 10 alkane mạch không nhánh đầu tiên qua Bảng 12.1 SGK trang 75 và học thuộc tên 5 alkane mạch không nhánh đấu tiên (C1 – C5)

- GV yêu cầu HS so sánh giữa tên gọi của một số alkane mạch không nhánh và tiền tố chỉ số nguyên tử carbon rồi rút ra quy tắc gọi tên alkane mạch carbon không nhánh.

- GV lưu ý HS: Phần tiền tố cho biết số lượng nguyên tử carbon cũng được sử dụng chung cho các loại hợp chất hữu cơ khác có cùng số lượng nguyên tử carbon

- GV yêu cầu HS thảo luận nhận xét về các thành phần trong tên gọi của các alkane ở Ví dụ 2 trang 74 SGK rồi rút ra cách gọi tên alkane mạch phân nhánh

Ví dụ 2 (SGK trang 74):

- GV cho HS đọc thêm phần Kiến thức bổ trợ và tên riêng của một số alkane trong Ví dụ 3 SGK trang 74

Ví dụ 3 (SGK trang 74):

- GV yêu cầu HS trả lời Câu hỏi 2 SGK trang 74:

2. Gọi tên các hợp chất isobutan, isopentane và neopentane theo danh pháp thay thế

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS thảo luận tìm hiểu về tên gọi của các alkane, trả lời Câu hỏi 2 SGK trang 74.

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện HS báo cáo kết quả thảo luận; Câu trả lời Câu hỏi 2 SGK trang 74.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức về cách gọi tên các alkane.

3. Danh pháp

- Theo danh pháp thay thế, tên của alkane gồm hai phần: phần đầu (tiền tố) liên quan đến số lượng nguyên tử carbon trong mạch carbon của alkane; phần sau (hậu tố) là -ane với ý nghĩa chỉ hydrocarbon no.

- Với alkane mạch phân nhánh, mạch carbon dài nhất là mạch chính; mạch carbon còn lại là mạch nhánh. Mạch nhánh còn lại được xem là nhóm thế alkyl của mạch chính. Đánh số các nguyên tử carbon trên mạch chính xuất phát từ đầu gần mạch nhánh nhất để tổng số chỉ vị trí của các nhánh là nhỏ nhất.

Tên alkane mạch phân nhánh = Vị trí nhóm thế alkyl -tên của nhóm thế alkyl tên alkane mạch chính

Trong đó, vị trí nhóm thế alkyl là vị trí của nguyên tử carbon trong mạch chính liên kết với nhóm thế đó

 Tên của nhóm thế alkyl được hình thành bằng cách thêm hậu tố -yl vào sau phần tiền tố chỉ số nguyên tử carbon có trong nhóm thế. Nếu có nhiều nhóm thế giống nhau thì thêm “di” (nếu có 2 nhóm thế), “tri” (nếu có 3 nhóm), “tetra” (nếu có 4 nhóm),... vào trước tên gọi của nhóm thế

Trả lời Câu hỏi 2 SGK trang 74:

+) Isobutanene:

2-methylpropane

+) Isopentane:

2-methylbutane

+) Neopentane:

2,2-dimethylpropane

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

- GV yêu cầu HS quan sát các số liệu về nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tỉ khối của các alkane trong Bảng 12.1 SGK trang 75, thảo luận thực hiện các nhiệm vụ sau:

+ Nêu trạng thái của các chất ở điều kiện thường

+ Nhận xét quy luật biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các alkane theo khối lượng phân tử của chúng

+ Các alkane nhẹ hơn hay nặng hơn nước? Độ tan của chúng như thế nào trong nước và trong dung môi hữu cơ không phân cực?

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS thảo luận tìm hiểu về tính chất vật lí của alkane, thực hiện các nhiệm vụ được giao.

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện HS báo cáo kết quả thảo luận.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức về tính chất vật lí của alkane.

II. Tính chất vật lí

- Ở điều kiện thường, methane, ethane, propane và butane là các chất khí; các alkane có số nguyên tử carbon lớn hơn (trừ neopentane) là chất lỏng hoặc chất rắn.

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các alkane nhìn chung đều tăng theo khối lượng phân tử của chúng.

- Tất cả các alkane đều nhẹ hơn nước

- Alkane thuộc loại hợp chất hữu cơ kém phân cực, do đó chúng đều kém tan trong nước và tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực.

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

- GV yêu cầu HS:

+ Nhận xét về đặc điểm liên kết hóa học trong phân tử alkane (liên kết  bền và kém phân cực)

+ Dự đoán khả năng tham gia phản ứng hóa học của alkane (khó tham gia các phản ứng hóa học)

- GV cho HS quan sát video Thí nghiệm 1 và Thí nghiệm 2, yêu cầu HS trả lời các câu hỏi ở 2 thí nghiệm trong Phiếu học tập vào vở ghi.

(Phiếu học tập bên dưới hoạt động 2)

* Phản ứng thế halogen

- GV hướng dẫn HS nghiên cứu về phản ứng thế halogen trong SGK:

+ Điều kiện của phản ứng thế halogen

+ Đặc điểm của sản phẩm

+ Thế nguyên tử H ở các vị trí khác nhau trong phân tử

+ Đọc và tìm hiểu các Ví dụ 4, 5 SGK trang 77

* Phản ứng cracking và phản ứng reforming

- GV hướng dẫn HS nghiên cứu về phản ứng thế cracking và reforming trong SGK:

+ Điều kiện của phản ứng cracking và reforming

+ Đặc điểm sản phẩm của phản ứng cracking và reforming

+ Minh họa các phản ứng qua Ví dụ 6, 7 SGK trang 77.

* Phản ứng oxi hóa

- GV cho HS cho HS quan sát video Thí nghiệm 3,  yêu cầu HS trả lời các câu hỏi ở thí nghiệm 3 trong Phiếu học tập vào vở.

- GV lưu ý HS chú ý an toàn khi thực hiện thí nghiệm: Hexane bay hơi mạnh, dễ bắt lửa và dễ cháy.  

- GV hướng dẫn HS nghiên cứu về phản ứng oxi hóa của alkane và PTHH minh họa qua Ví dụ 8 SGK trang 78.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS thảo luận nghiên cứu mục III, thực hiện các thí nghiệm 1, 2, 3 và hoàn thành Phiếu học tập.

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện HS báo cáo kết quả thảo luận, kết quả hoàn thành Phiếu học tập.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức về tính chất hóa học của alkane

II. Tính chất hóa học

- Ở điều kiện thường, methane, ethane, propane và butane là các chất khí; các alkane có số nguyên tử carbon lớn hơn (trừ neopentane) là chất lỏng hoặc chất rắn.

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các alkane nhìn chung đều tăng theo khối lượng phân tử của chúng.

- Tất cả các alkane đều nhẹ hơn nước

- Alkane thuộc loại hợp chất hữu cơ kém phân cực, do đó chúng đều kém tan trong nước và tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực.

Trả lời Phiếu học tập – Thí nghiệm 1:

1.

- Bromine tan kém trong nước (nước bromine chứa khoảng 1% Br₂) nhưng lại tan tốt trong dung môi hữu cơ vì chúng có liên kết cộng hóa trị không hoặc kém phân cực). Vì vậy, khi cho nước bromine vào hexane lúc đầu quan sát thấy lớp nước bromine nằm ở dưới và hexane nhẹ hơn nằm ở lớp trên không có màu.

- Sau khi lắc, bromine được chiết lên và tan vào lớp hexane, lớp này có màu vàng. Đặt ống nghiệm vào cốc nước ấm khoảng 50 ^oC và lắc nhẹ, quan sát thấy màu vàng nhạt dần và có thể mất màu hoàn toàn.

2. C₆H₁₄ + BR₂  C₆H₁₃Br + HBr

Trả lời Phiếu học tập – Thí nghiệm 2:

 Dung dịch trong ống nghiệm tách thành hai lớp, lớp trên không màu là hexane, lớp dưới có màu tím là dung dịch thuốc tím.

1. Phản ứng thế halogen

- Điều kiện: chiếu sáng hoặc đun nóng

- Đặc điểm các chất sản phẩm: các nguyên tử hydrogen trong phân tử alkane dần bị thay thế bởi các nguyên tử halogen, lần lượt tạo thành các dẫn xuất halogen.

Ví dụ 4 (SGK trang 77):

CH₄ + Cl₂  CH₃Cl (chloromethane) + HCl

CH₃Cl + Cl₂  CH₂Cl (dichloromethane) + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂  CHCl₃ (trichloromethane/chloroform) + HCl

CHCl₃ + Cl₂  CCl₄ (tetrachloromethane/carbon tetrachloride) + HCl

- Nguyên tử H ở carbon bậc cao hơn dễ bị thế bởi nguyên tử halogen hơn so với nguyên tử H ở carbon bậc thấp hơn.

Ví dụ 5 (SGK trang 77):

2. Phản ứng cracking và phản ứng reforming

- Điều kiện phản ứng cracking và reforming: nhiệt độ cào và có mặt chất xúc tác thích hợp.

- Đặc điểm các chất sản phẩm:

+ Phản ứng cracking: sản phẩm là những hợp chất có mạch carbon ngắn hơn

Ví dụ 6 (SGK trang 77):

C₁₆H₃₄  C₁₀H₂₂ + C₆H₁₂

+ Phản ứng reforming: sản phẩm có nhiều mạch nhánh hơn hoặc mạch vòng

Ví dụ 7 (SGK trang 77):

3. Phản ứng oxi hóa

Trả lời Phiếu học tập – Thí nghiệm 3:

Nhận xét: Đốt cháy hexane cho ngọn lửa màu vàng

Phương trình: C₆H₁₄ +  O₂  6CO₂ + 7H₂O

Phản ứng oxi hóa:

- Ở nhiệt độ cao, các alkane bị oxi hóa với oxygen xảy ra phản ứng oxi hóa hoàn toàn (tạo thành carbon dioxide) hay phản ứng oxi hóa không hoàn toàn (tạo thành carbon monoxide hoặc carbon)

Ví dụ 8 (SGK trang 78):

C₄H₁₀ + O₂  4CO₂ + 5H₂O

C₄H₁₀ + O₂  4CO + 5H₂O

C₄H₁₀ + O₂  4C + 5H₂O