BÀI 12: ALKANE

KHỞI ĐỘNG

Gas dùng làm nhiên liệu đun nấu trong gia đình có thành phần chủ yếu là propane và butane. Đây là các alkane ở thể khí trong điều kiện thường nhưng được hóa lỏng dưới áp suất cao. 

Alkane là gì? chúng có vai trò như thế nào đối với đời sống, sản xuất?

Giải nhanh:

- Là những hydrocarbon no, mạch hở, trong phân tử chỉ có liên kết đơn C-C hoặc C-H.

- Vai trò: làm dung môi, chất bôi trơn, chất chống gỉ, sáp đun nấu và pha thuốc mỡ; làm nguyên liệu để hàn cắt kim loại, làm đèn xi nhan; tổng hợp chất hữu cơ...

1. KHÁI NIỆM VỀ ALKANE

Thảo luận 1: Vì sao methane được gọi là khí hồ ao?

Giải nhanh:

Do vi sinh vật phân huỷ carbon hữu cơ trong trầm tích hồ thành khí methane sủi bọt trên bề mặt.

Thảo luận 2: Hãy nêu nhận xét đặc điểm cấu tạo phân tử của các alkane. Vì sao alkane còn được gọi là hydrocarbon bão hòa hay hydrocarbon no?

Giải nhanh:

- Alkane chỉ chứa liên kết đơn trong phân tử.

- Vì nó chỉ chứa liên kết đơn và số nguyên tử H lớn nhất so với các hydrocarbon cùng số nguyên tử C.

Luyện tập 1: Alkane nào dưới đây có mạch phân nhánh?

Giải nhanh:

Alkane b.

Luyện tập 2: Phân tử của một alkane trong sáp nến có 52 nguyên tử hydrogen. Hãy xác định nguyên tử Carbon trong thành phần alkane nói trên.

Giải nhanh:

Đặt CT sáp nến là: C_nH_2n+2 (n ≥ 1)

Ta có: 2n + 2 = 52 => n = 25 nguyên tử C.

2. DANH PHÁP ALKANE

Thảo luận 3: Dựa vào thông tin nào trong bảng 12.1 để chứng minh bốn chất đầu dãy đồng đẳng alkane đều ở thể khí?

Giải nhanh:

Do nhiệt độ sôi của 4 chất đều < 0.

Luyện tập 1: Gọi tên gốc alkyl sau CH₃ - , C₂H₅ - , CH₃CH₂CH₂-

Giải nhanh:

CH₃-: methyl; C₂H₅-: ethyl; CH₃CH₂CH₂-: propyl

Luyện tập 2: Viết công thức cấu tạo và đọc tên tất cả đồng phân alkane có công thức phân tử C₅H₁₂

Giải nhanh:

3. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Thảo luận 4: Khi số nguyên tử carbon tăng, thể của các phân tử alkane chuyển từ khí sang lỏng rồi đến rắn. Giải thích

Giải nhanh:

Vì số nguyên tử C tăng, kích thước phân tử tăng, số electron cũng tăng nên tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng.

Vận dụng: Vì sao người ta thường dùng xăng để rửa các vết bẩn dầu mỡ?

Giải nhanh:

Vì xăng có thành phần chính là alkane, không phân cực nên là dung môi để hoà tan các phân tử cũng không phân cực.

4. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Thảo luận 5: Những nguyên tử carbon trong phân tử alkane không phân nhánh nằm trên một đường thẳng không? Giải thích.

Giải nhanh:

Không vì những nguyên tử C nằm ở tâm các hình tứ diện.

Thảo luận 6: Giải thích hiện tượng xảy ra trong hai ống nghiệm ở thí nghiệm 1

Giải nhanh:

- Do bromine là phân tử không phân cực nên tan được trong hexane: lớp trên có màu nâu đậm của bromine, lớp dưới hầu như chỉ có nước.

- Ở ống có chiếu sáng, phản ứng hoá học xảy ra, làm lớp trên bị nhạt màu.

Thảo luận 7: Khi cho methane tác dụng với Chlorine (có chiếu sáng hoặc đun nóng), các nguyên tử hydrocarbon trong methane lần lượt bị thay thế bởi các nguyên tử chlorine, tạo ra 4 dẫn xuất Chloro khác nhau. Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.

Giải nhanh:

CH₄+ Cl₂ → CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

Luyện tập: Cho 2-methylbutane tác dụng với chlorine trong điều kiện chiếu sáng thu được tối đa bao nhiêu đồng phân cấu tạo dẫn xuất monochloro? 

Giải nhanh:

Thảo luận 8: Viết 3 phương trình hóa học khác nhau khi cracking decane (C₁₀H₂₂) 

Giải nhanh:

C₁₀H₂₂ CH₄ + C₉H₁₈

C₁₀H₂₂ C₈H₁₈ + C₂H₄ 

C₁₀H₂₂ C₃H₈ + C₇H₁₄

Luyện tập: Theo ví dụ 5, nếu lấy cùng khối lượng methane và propane thì chất nào tỏa nhiệt nhiều hơn? 

Giải nhanh:

Giả sử cùng lấy 1 g methane và propane 

n_methane = (mol) ⇒ Nhiệt lượng toả ra 890:16 = 55,625 kJ

n_propane  = (mol) ⇒ Nhiệt lượng toả ra 2219:44 ≈ 50,43 kJ

Vậy nếu lấy cùng khối lượng thì methane tỏa nhiệt nhiều hơn

Thảo luận 9: Quan sát, nhận xét màu ngọn lửa và viết phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy hexane

Giải nhanh:

Ngọn lửa vàng xanh. PTHH: 2C₆H₁₄ + 19O₂ → 12CO₂ + 14H₂O

Thảo luận 10: Sau bước 2 của thí nghiệm 3, so sánh hiện tượng xảy ra ba giữa hai ống nghiệm 

Giải nhanh:

2 ống đều không làm mất màu dung dịch KMnO₄

5. ỨNG DỤNG CỦA ALKANE VÀ ĐIỀU CHẾ ALKANE TRONG CÔNG NGHIỆP

Thảo luận 11: Nguyên nhân nào làm gia tăng khói thải và các hạt bụi mịn vào không khí?

Giải nhanh:

Do sự gia tăng phương tiện giao thông, sự phát triển ồ ạt nhà máy, xí nghiệp, sự phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hoá thạch, cháy rừng…

Luyện tập: Bụi mịn PM2.5 là các loại bụi mịn có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2,5 µm. Chúng lơ lửng trong không khí và được hình thành từ các nguyên tố như C, S, N cùng với các hợp chất kim loại khác. Cho biết tác hại của bụi mịn PM2.5 đến sức khỏe.

Giải nhanh:

Gia tăng các tác động tiêu cực đến sức khoẻ như tăng tỉ lệ mắc bệnh hô hấp, làm trầm trọng các triệu chứng bệnh hô hấp và ảnh hưởng đến tim mạch, có thể dẫn đến đau tim và tử vong.

Vận dụng: Em hãy đề xuất một số giải pháp để hạn chế tình trạng ô nhiễm không khí hiện nay.

Giải nhanh:

- Trồng cây xanh, phủ xanh đồi trọc.

- Ưu tiên sử dụng các phương tiện công cộng.

- Xử lý khí thải trước khi xả ra môi trường.

- Không vứt rác bừa bãi.

- Tuyên truyền, vận động người dân để nâng cao nhận thức.

BÀI TẬP

Bài 1: Quan sát biểu đồ thể hiện nhiệt độ sôi của bốn alkane đầu tiên

a) Nhận xét, giải thích sự biến đổi nhiệt độ sôi của các alkane đã cho trong biểu đồ 

b) Nhiệt độ phòng methane, ethane, propane và butane là những chất lỏng hay chất khí?

Giải nhanh:

a) Nhiệt độ sôi của các alkane tăng dần vì chúng có phân tử khối tăng nên lực liên kết Vande Waals tăng.

b) Là những chất khí.

Bài 2: Biết rằng thành phần chủ yếu của xăng dầu là hydrocarbon. Hãy giải thích vì sao

a) phải chứa xăng dầu trong các thùng chứa chuyên dụng và bảo quản ở những kho riêng

b) các sự cố tràn dầu trên biển thường gây ra thảm họa cho một vùng biển rất rộng

c) khi bị cháy xăng dầu không nên dùng nước để dập đám cháy

Giải nhanh:

a) Xăng, dầu, dễ bay hơi và rất dễ gây ra phản ứng nổ.

b) Dầu không tan trong nước, bị tác thành từng lớp nổi lên mặt nước và do tác động sóng biển và thủy triều váng dầu trôi đi rất xa, thấm qua da, màng tế bào sinh vật sống trên biển.

c) Vì xăng dầu vừa nhẹ hơn nước vừa không tan trong nước. 

Bài 3: Alkane X có công thức phân tử là C₅H₁₂. Xác định công thức cấu tạo và gọi tên của alkane X, biết X chỉ có thể tạo ra một dẫn xuất monochloro duy nhất

Giải nhanh:

: 2,2 – dimethylpropane.