Ankan: Lý thuyết và bài tập

Trơng chương trình học Hóa 11 thì bài 25: Ankan là một trong những kiến thức đáng lưu ý. Nội dung kiến thức trọng tâm cùng những bài tập vận dụng thường xuyên xuất hiện trong các bài thi. Dưới đây Đọctàiliệu xin gửi tới các em tổng hợp lý thuyết về ankan cũng như những dạng bài tập cơ bản đáng lưu ý:

Lý thuyết ankan

Ankan là gì?

- Ankan (hay parafin): là những hiđrocacbon no không có 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 (n ≥ 1).

Đặc điểm cấu tạo của ankan

- Cấu tạo ankan chỉ có một loại liên kết đơn.

Đồng phân

Các nguyên tử cacbon trong các alkan có chứa hơn 3 nguyên tử cacbon (bắt đầu từ C4H10) có thể sắp xếp theo nhiều cách khác nhau, tạo ra các đồng phân khác nhau. Alkan "thông thường" có cấu trúc thẳng, không phân nhánh. Số lượng các đồng phân tăng nhanh theo số lượng nguyên tử cacbon

Danh pháp

1. Các ankan mạch thẳng (không phân nhánh)

Các alkan chứa 5 hoặc nhiều hơn nguyên tử cacbon được đặt tên bằng cách bổ sung thêm hậu tố -an vào quy ước chính xác của IUPAC để đọc các số. Do đó, C5H12-pentan; C6H14-hexan; C7H16-heptan; C8H18-octan;...

Mười phân tử đầu tiên của dãy (theo số lượng nguyên tử cacbon) được đặt tên như sau:

• methan - CH4
• etan - C2H6
• propan - C3H8
• butan - C4H10
• pentan - C5H12
• hexan - C6H14
• heptan - C7H16
• octan - C8H18
• nonan - C9H20
• đecan - C10H22

2. Các ankan mạch nhánh

Các alkan mạch nhánh được đặt tên như sau:

• Xác định mạch các nguyên tử cacbon dài nhất.
• Đánh số các nguyên tử cacbon trong mạch này, bắt đầu từ 1 tại đầu gần nhánh hơn và tiếp tục đếm cho đến khi gặp nguyên tử cacbon cuối cùng của mạch đó ở đầu kia.
• Kiểm tra các mạch nhánh theo trật tự. Các tiền tố di-, tri-, tetra- v.v nếu có nhiều nhánh trong mạch, hoặc không có gì nếu nhánh được đính vào chỉ một chỗ duy nhất.
• Việc tạo ra tên gọi được kết thúc khi đã viết xong tên gọi của mạch cacbon dài nhất.

Tính chất vật lý của ankan

- Ở điều kiện thường, bốn ankan đầu dãy đồng đẳng (từ CH4 đến C4H10 ) là những chất khí, các ankan tiếp theo từ C5 tới C17 là chất lỏng, từ khoảng C18H38 trở đi là những chất rắn.

- Tất cả các ankan đều nhẹ hơn nước và hầu như không tan trong nước, nhưng tan nhiều trong dung mói hữu cơ.

Ankan hòa tan tốt trong dung môi nào?

- Ankan là dung môi không phân cực nên dễ tan trong các chất không phân cực khác như dầu mỡ, benzen…

Tính chất hóa học của ankan

Các phản ứng đặc trưng của ankan bao gồm:

a. Phản ứng thế

 - Là phản ứng hóa học, trong đó một nguyên tố có độ hoạt động hóa học mạnh hơn (ở các điều kiện cụ thể về nhiệt độ, áp suất) sẽ thay thế cho nguyên tố có độ hoạt động hóa học yếu hơn trong hợp chất của nguyên tố này.

Ví dụ: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

(Nguyên tử hidro liên kết với nguyên tử cacbon bậc cao hơn dễ bị thế hơn nguyên tử hidro liên kết với nguyên tử cacbon bậc thấp hơn.)

b. Phản ứng tách

- Phản ứng tách H2 (phản ứng đề hiđro hóa)

CH3-CH2-CH3 → CH2=CH-CH3 + H2

Tổng quát 

CnH2n+2 → CnH2n + H2 (Fe, t⁰)

- Phản ứng phân hủy

CH4 → C + 2H2 (t⁰)

- Phản ứng crăcking (n≥ 3) 

C4H10 → CH4+ C3H6 

→ C2H4 + C2H6 

Tổng quát 

CnH2n+2 → CxH2x+2 + CyH2y (t⁰, p, xt)

c. Phản ứng oxi hóa

- Tất cả các alkan phản ứng với oxy trong phản ứng cháy ở nhiệt độ cao hoặc có mặt xúc tác có thể phản ứng với oxi, KMnO4, K2Cr2O7,…để tạo thành ancol (ROH), andehit (RCHO), xeton (RCOR’), axit carboxylic (RCOOH)…

- Phương trình tổng quát của phản ứng cháy hoàn toàn là:

CnH2n+2 + (3n + 1)/2O2 → nCO2 + (n + 1)H2O

+ \(nCO2 < nH2O\).

+ \(nH2O - nCO2 = n_{ankan \,bị \,đốt \,cháy}\).

- Nếu thiếu oxi, phản ứng cháy của ankan xảy ra không hoàn toàn : sản phầm cháy ngoài CO2, H2O còn có C, CO, ...

Ví dụ:

2CH4 + 3O2 → 2CO + 4H2O

CH4 + O2 → C + 2H2O

Điều chế ankan

1. Điều chế ankan trong phòng thí nghiệm

Metan được điều chế bằng cách đun nóng natri axetat khan với hỗn hợp vôi tôi xút :

\({CH}_{3} {COONa}+{NaOH} \quad \stackrel{{CaO}, {t}^{\circ}}{\longrightarrow} {CH}_{4} \uparrow+{Na}_{2} {CO}_{3}\)

2. Điều chế ankan trong công nghiệp.

- Các ankan là thành phần chính của dầu mỏ, khí thiên nhiên và khí mỏ dầu.

- Từ dầu mỏ, bằng phương pháp chưng cất phân đoạn, ta thu được các ankan ở các phân đoạn khác nhau.

- Từ khí thiên nhiên và khí mỏ dầu cũng thu được các ankan CH4, C2H6, C3H8, C4H10, ....

Cách gọi tên ankan

Một số ankan mạch cacbon không phân nhánh được giới thiệu trong bảng:

 

Các ankan có mạch nhánh được gọi tên theo danh pháp thay thế như sau : 

- Chọn mạch cacbon dài nhất và có nhiều nhánh nhất làm mạch chính. - Đánh số thứ tự các nguyên tử cacbon mạch chính từ phía gần nhanh hơn. 

- Gọi tên mạch nhánh (nhóm ankyl) theo thứ tự vần chữ cái cùng với số chỉ vị trí của nó, tiếp theo là tên ankan tương ứng với mạch chính.

Một số chất có tên thông thường, thí dụ : isopentan, neopentan,... Bậc của nguyên tử C trong phân tử hiđrocacbon no được tính bằng số liên kết của nó với các nguyên tử cacbon khác. 

Thí dụ : Trong phân tử 2-metylbutan, bậc của các nguyên tử C số 1 và số 4 là 1 ; bậc của nguyên tử C số 3 là II; bậc của nguyên tử C số 2 là III. Trong phân tử 2,2-đimetylpropan, bậc của nguyên tử C số 2 là IV.

Ví dụ về bài tập gọi tên ankan

1. Ankan (CH3)2CHCH2C(CH3)3 có tên gọi là

A. 2,2,4-trimetylpentan

B. 2,2,4,4-tetrametytan

C. 2,4,4-trimetyltan

D. 2,4,4,4-tetrametylbutan

2. Hợp chất hữu cơ X có tên gọi là: 2 - Clo - 3 - metylpentan. Công thức cấu tạo của X là:

A. CH3CH2CH(Cl)CH(CH3)2

B.CH3CH(Cl)CH(CH3)CH2CH3

C. CH3CH2CH(CH3)CH2CH2Cl

D.CH3CH(Cl)CH2CH(CH3)CH3

Sơ đồ tư duy ankan

 

Nguồn: Tài liệu sơ đồ tư duy ankan trên diendan.hocmai.vn

Một số bài tập về ankan

Bài tập về ankan ở dạng nhận biết

Câu 1: Đồng phân cấu tạo có công thức phân tử C5H12 ?

A. 3 đồng phân. 

B. 4 đồng phân. 

C. 5 đồng phân. 

D. 6 đồng phân

Câu 2: Phản ứng đặc trưng của hiđrocacbon no là

A. Phản ứng tách.

 B. Phản ứng thế. 

C. Phản ứng cộng. 

D. Cả A, B và C.

Câu 3: Các chất khí điều chế trong phòng thí nghiệm thường được thu theo phương pháp đẩy không khí (cách 1, cách 2) hoặc đầy nước (cách 3) như các hình vẽ dưới đây:

Có thể dùng cách nào trong 3 cách trên để thu khí Metan ?

A. Cách 1. 

B. Cách 2.

C. Cách 3. 

D. Cách 2 hoặc Cách 3.

Bài tập về ankan ở dạng vận dụng

Câu 4: Cho iso-pentan tác dụng với Cl2 theo tỉ lệ số mol 1 : 1, số sản phẩm monoclo tối đa thu được là:

A. 2. 

B. 3. 

C. 5. 

D. 4.

Câu 5: Đốt cháy một hỗn hợp gồm nhiều hiđrocacbon trong cùng một dãy đồng đẳng nếu ta thu được số mol H2O > số mol CO2 thì CTPT chung của dãy là:

A. CnHn , n ≥ 2. 

B. CnH2n+2 , n ≥1 .

C. CnH2n-2 , n≥ 2. 

D. CnH2n-2 , n≥ 3.

Câu 6: đốt cháy hoàn toàn 3,60g ankan X thu được 5,60 lít khí CO2 (đktc).Công thức phân tử X là trường hợp nào sau đây?

A. C3H8 

B. C5H10 

C. C5H12 

D. C4H10

Câu 7: Ankan Y phản ứng với brom tạo ra 2 dẫn xuất monobrom có tỷ khối hơi so với H2 bằng 61,5. Tên của Y là:

A. butan. 

B. propan. 

C. Iso-butan. 

D. 2-metylbutan.

Câu 8: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X gồm hai ankan kế tiếp trong dãy đồng đẳng được 24,2 gam CO2 và 12,6 gam H2O. Công thức phân tử 2 ankan là:

A. CH4 và C2H6 . 

B. C2H6 và C3H8 . 

C. C3H8 và C4H10 . 

D. C4H10 và C5H12

Câu 9: Đốt cháy một hỗn hợp hiđrocacbon ta thu được 2,24 lít C (đktc) và 2,7 gam H2 O thì thể tích O2 đã tham gia phản ứng cháy (đktc) là:

A. 5,6 lít. 

B. 2,8 lít. 

C. 4,48 lít. 

D. 3,92 lít.

Câu 10: Khi tiến hành craking 22,4 lít khí C4H10 (đktc) thu được hỗn hợp A gồm CH4, C2H6, C2H4, C3H6, C4H8, H2 và C4H10 dư. Đốt cháy hoàn toàn A thu được x gam C và y gam H2O. Giá trị của x và y tương ứng là:

A. 176 và 180. 

B. 44 và 18. 

C. 44 và 72. 

D. 176 và 90

Câu 11: Cho vào ống nghiệm khô khoảng 4 : 5 gam hỗn hợp bột mịn đã được trộn đều gồm natri axetat khan và vôi tôi xút theo tỉ lệ 1 : 2 về khối lượng. Đun nóng phần đáy ống nghiệm bằng đèn cồn. Dẫn khí sinh ra lần lượt vào các ống nghiệm đựng : dung dịch brom, dung dịch thuốc tím. Hiện tượng quan sát được ở ống nghiệm đựng dung dịch brom và dung dịch thuốc tím là

A. dung dịch brom và dung dịch thuốc tím đều mất màu.

B. dung dịch brom mất màu, dung dịch thuốc tím không nhạt màu.

C. dung dịch brom không nhạt màu, dung dịch thuốc tím mất màu.

D. dung dịch brom và dung dịch thuốc tím đều không nhạt màu.

Bài tập về ankan ở mức độ thông hiểu

Câu 12

: Ankan X có công thức phân tử C 5 H 12 , khi tác dụng với clo tạo được 4 dẫn xuất monoclo. Tên của X là

A. pentan 

B. isopentan 

C. neopentan 

D.2,2- đimetylpropan

Nguồn bài tập: THPT Lê Hữu Trác.

Trên đây là tổng hợp những kiến thức trọng tâm về ankan (bài 25 Hóa 11) và các dạng bài tập về ankan cơ bản, mong rằng với những nội dung này sẽ giúp các em ghi nhớ dễ dàng hơn kiến thức của bài học. Chúc các em học tốt!