Ôn tập kiến thức hóa học 11 KNTT bài 15: Alkane

[toc:ul]

I. KHÁI NIỆM, DANH PHÁP

1. Khái niệm và công thức chung của alkane

Alkane là các hydrocarbon no, mạch hở chỉ có liên kết đơn C - H và C - C trong phân tử.

CT chung: $C_{n}H_{2n+2}$ (n ≥ 1)

2. Danh pháp

• Tên theo danh pháp thay thế của các alkane không phân nhánh

Phần nền (chỉ số lượng nguyên tử C) + ane

• Tên theo danh pháp thay thế của gốc alkyl

Phần nền (chỉ số lượng nguyên tử C) + yl

• Tên theo danh pháp thay thế của các alkane phân nhánh

Số chỉ vị trí mạch nhánh – tên nhánh + tên alkane mạch chính

II. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO

Phân tử alkane chỉ có liên kết đơn (σ) C–C, C–H bền vững và kém phân cực 

=> khá trơ về mặt hóa học ở điều kiện thường.

III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

• Trạng thái: Ở điều kiện thường, alkane: C1 đến C4 và neopentane là chất khí; C5 đến C17 trừ neopentane là chất lỏng; C18 trở lên là chất rắn màu trắng (còn gọi là sáp paraffin).
• Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi: tăng dần theo số C. Alkane mạch nhánh thường có nhiệt độ sôi thấp hơn so với đồng phân alkane mạch không phân nhánh.
• Alkane không tan hoặc tan rất ít trong nước và nhẹ hơn nước, tan tốt hơn trong các dung môi hữu cơ.

IV. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

1. Phản ứng thế

Chất phản ứng với alkane: Halogen X$_{2}$: (Cl$_{2}$, Br$_{2}$).

Điều kiện phản ứng: đun nóng hoặc chiếu sáng.

Sản phẩm: Các dẫn xuất halogen.

Phản ứng tổng quát: 

$C_{n}H_{2n+2}+kX_{2}\rightarrow C_{n}H_{2n+2-k}X_{k}+kHX$ với n ≥ 1; k ≤ 2n + 2.

Ví dụ: CH$_{4}$ + Cl$_{2}$  → CH$_{3}$Cl + HCl

CH$_{3}$-CH$_{3}$+2Br$_{2}$→CH$_{2}$Cl-CH$_{2}$Cl+2HCl

Ứng dụng của phản ứng: Điều chế các dẫn xuất halogen cho tổng hợp hữu cơ.

Thí nghiệm:

Hiện tượng: Ở điều kiện thường, khi lắc đều không có hiện tượng xảy ra.

Đặt ống nghiệm trong nước ấm, nước bromine bị mất màu vàng.

Giải thích: Ở điều kiện thường các alkane kém hoạt động, nếu đun nóng hoặc chiếu sáng sẽ xảy ra phản ứng thế nguyên tử hydrogen trong alkane bằng nguyên tử halogen.

PTHH: C$_{6}$H$_{14}$ + Br$_{2}$ → C$_{6}$H$_{13}$Br + HBr

2. Phản ứng cracking

Chất phản ứng với alkane: không.

Điều kiện phản ứng: nhiệt độ cao và thường có xúc tác.

Sản phẩm: các hydrocarbon có mạch carbon ngắn hơn.

Phản ứng tổng quát: 

$C_{n}H_{2n+2}\overset{t^{o},xt}{\rightarrow}C_{a}H_{2a+2}+C_{b}H_{2b}$

Với n = a + b; a ≥ 0; b ≥ 2.

Ví dụ: C$_{4}$H$_{10}$ $\overset{t^{o},xt}{\rightarrow }$ CH$_{4}$ + C$_{3}$H$_{6}$

C$_{4}$H$_{10}$ $\overset{t^{o},xt}{\rightarrow }$ C$_{2}$H$_{6}$ + C$_{2}$H$_{4}$

C$_{4}$H$_{10}$ $\overset{t^{o},xt}{\rightarrow }$ H$_{2}$ + C$_{4}$H$_{8}$

Ứng dụng của phản ứng: để chế biến thành xăng và alkene C2-C4 làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ.

3. Phản ứng reforming

Chất phản ứng với alkane: không.

Điều kiện phản ứng: nhiệt độ cao và thường có xúc tác.

Sản phẩm của phản ứng: các hydrocarbon có mạch carbon phân nhánh từ các alkane không  nhánh.

Ứng dụng của phản ứng: dùng trong công nghiệp lọc dầu để làm tăng chỉ số octane và sản xuất các aren làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ.

4. Phản ứng oxi hóa

a) Phản ứng oxi hoá hoàn toàn (phản ứng cháy)

Chất phản ứng với alkane: O$_{2}$.

Điều kiện phản ứng: nhiệt độ cao

Sản phẩm của phản ứng: khí CO$_{2}$, H$_{2}$O 

Phản ứng tổng quát: 

$2C_{n}H_{2n+2}+(3n+1)O_{2}\overset{t^{o}}{\rightarrow}2nCO_{2}+2(n+1)H_{2}O$

Ví dụ: 

$2C_{4}H_{10}+13O_{2}\overset{t^{o}}{\rightarrow}8CO_{2}+10H_{2}O$

Ứng dụng của phản ứng: để cung cấp nhiệt cho đun nấu, sưởi ấm và cung cấp năng lượng cho công nghiệp.

b) Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn

Chất phản ứng với alkane: chất oxi hóa, thường gặp là O$_{2}$.

Điều kiện phản ứng: nhiệt độ cao hoặc có xúc tác.

Sản phẩm của phản ứng: tạo ra acid hữu cơ mạch ngắn hơn.

Phản ứng tổng quát: 

$RCH_{2}-CH_{2}R'+2,5O_{2}\overset{xt}{\rightarrow}RCOOH+R'COOH+H_{2}O$

Ví dụ: $2C_{4}H_{10}+5O_{2}\overset{xt}{\rightarrow}4CH_{3}COOH+2H_{2}O$

Ứng dụng: Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn tạo ra các acid béo mạch dài dùng cho sản xuất xà phòng, các chất tẩy rửa.

Thí nghiệm: phản ứng oxi hoá hexane

a) Hexane không phản ứng với dung dịch KMnO$_{4}$ ở điều kiện thường. 

b) Dùng bát sứ nhỏ để đảm bảo hexane được tiếp xúc với không khí nhiều nhất, đủ và dư oxygen phản ứng cháy diễn ra hoàn toàn 

PTHH: $C_{6}H_{14}+19O_{2}\overset{t^{o}}{\rightarrow}16CO_{2}+7H_{2}O$

c) Nếu đốt cháy hết xăng thì đổ oxygen sẽ tạo ra Carbon monoxide và nước 

PTHH: $C_{6}H_{14}+\frac{13}{2}O_{2}\overset{t^{o}}{\rightarrow}16CO_{2}+7H_{2}O$

Kết luận

• Alkane ở điều kiện thường không bị oxi hóa bởi chất oxi hóa như thuốc tím 
• Alkane có phản ứng cháy với oxi tạo thành Carbon dioxide và nước phản ứng cháy thiếu oxy tạo thành Carbon monoxide 
• Alkane có khả năng tham gia phản ứng oxi hóa không hoàn toàn tạo thành acid hữu cơ mạch ngắn hơn.

V. ỨNG DỤNG 

• Alkane dùng làm nhiên liệu 
• Sản xuất phân bón urea, hydrogen, ammonia,...
• Nguyên liệu tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác: CH$_{3}$Cl, CH$_{2}$Cl$_{2}$, CCl$_{4}$, CF$_{2}$Cl$_{2}$, ...

VI. ĐIỀU CHẾ ALKANE

Trong công nghiệp, alkane được khai thác từ khí thiên nhiên, khí đồng hành và dầu mỏ (chưng cất phân đoạn).

VII. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

Ô nhiễm không khí do khói thải từ các phương tiện giao thông góp phần làm Trái Đất nóng lên và gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu 

=> Biện pháp giảm thiểu, hạn chế:

• Tăng cường hình thức giao thông công cộng,
• Giảm sự phụ thuộc nhiên liệu hoá thạch, tìm kiếm nhiên liệu “sạch” thay thế dần nhiên liệu hoá thạch
• Tắt các thiết bị điện khi không sử dụng
• Tái chế các vật phẩm đã qua sử dụng
• Bảo vệ rừng,...