CHƯƠNG 4. HYDROCACBON

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?

Đáp án:

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

Alkane được ứng dụng nhiều trong cuộc sống thường ngày như:

• 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

Ngoài ra còn được ứng dụng để:  tổng hợp các chất hữu cơ như CH3Cl, CH2Cl2, CCl4, CF2Cl2, …

1. KHÁI NIỆM VỀ ALKANE

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

Đáp án:

Do methane là thành phần chính trong những các bong bóng khí ở các vùng đầm lầy.

Bài 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?

Đáp án:

Alkane dạng mạch hở, trong phân tử chỉ có liên kết đơn C - C, C - H 

Do chỉ có các liên kết đơn nên còn được gọi là hydrocarbon bão hòa hay hydrocarbon no

Bài 3: Alkane nào dưới đây có mạch phân nhánh?

Đáp án:

Alkane b 

Bài 4: 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.

Đáp án:

alkane công thức chung là: CnH2n+2 (n ≥ 1)

Trong sáp nến có 52 nguyên tử hydrogen --> 2n + 2 = 52 --> n = 25

=> có 25 nguyên tử Carbon

2. DANH PHÁP ALKANE

Bài 1: Dựa vào thông tin nào trong bảng 12.1 để chứng minh bốn chất đầu dãy đồng đẳng alkane đều ở thể khí

Đáp án:

Do nhiệt độ sôi của 4 chất đầu < nhiệt độ phòng

Bài 2: Gọi tên gốc alkyl sau CH3 - , C2H5 - , CH3CH2CH2-

Đáp án:

Tên gốc alkyl

CH3 - : methyl

C2H5 - : ethyl

CH3CH2CH2- : propyl

Bài 3: Viết công thức cấu tạo và đọc tên tất cả đồng phân alkane có công thức phân tử C5H12

Đáp án:

3. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Bài 1: Khi số nguyên tử carbon tăng, thể của các phân tử alkane chuyển từ khí sang lỏng rồi đến rắn. Giải thích

Đáp án:

Khi đó là số electron tăng, dẫn đến tương tác van der Waals giữa các phân tử cũng tăng → thể của các alkane chuyển dần từ khí sang lỏng rồi đến rắn.

Bài 2: Giải thích vì sao người ta thường dùng xăng để rửa các vết bẩn dầu mỡ?

Đáp án:

Dầu mỡ là hỗn hợp hydrocarbon dễ bị hòa tan trong dung môi xăng cũng là hỗn hợp hydrocarbon.

4. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Bài 1: Những nguyên tử carbon trong phân tử alkane không phân nhánh nằm trên một đường thẳng không?

Đáp án:

Các nguyên tử carbon trong phân tử alkane (trừ C2H6) không cùng nằm trên một đường thẳng. 

Bài 2: Giải thích hiện tượng xảy ra trong hai ống nghiệm ở thí nghiệm 1

Đáp án:

Do bromine là phân tử không phân cực nên tan được trong hexane là dung môi không phân cực, dẫn đến lớp trên là hexane có chứa bromine. Do đó ở ống nghiệm không chiếu sáng (hoặc không ngâm vào nước nóng), lớp trên có màu nâu đậm của bromine. Lớp dưới hầu như chỉ có nước với một lượng rất nhỏ bromine tạo màu nâu nhạt.

- Ở ống nghiệm có chiếu sáng (hoặc ngâm vào nước nóng khoảng 50 °C), phản ứng hoá học xảy ra ở lớp trên (gồm hexane và bromine) làm lớp này bị nhạt màu.

Bài 3: 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 

Đáp án:

CH4+ Cl2 → CH3Cl + HCl

CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl

CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

Bài 4: 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? 

Đáp án:

=> Thu được tối đa 4 đồng phân cấu tạo dẫn xuất monochloro

Bài 5: Viết 3 phương trình hóa học khác nhau khi cracking decane (C10H22) 

Đáp án:

C10H22 →to,p CH4 + C9H18

C10H22 →to,p C8H18 + C2H4 

C10H22 →to,p C3H8 + C7H14

Bài 6: Theo ví dụ 5, nếu lấy cùng khối lượng methane và propane thì chất nào tỏa nhiệt nhiều hơn? 

Đáp án:

Giả sử cùng lấy 1g 2 chất methane và propane 

nmethane = 1/16 (mol) ⇒ Nhiệt lượng toả ra  là 1/16.890 = 55,625 kJ

npropane  = 1/44 (mol) ⇒ Nhiệt lượng toả ra là  1/44.2219 ≈ 50,43 kJ

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

Bài 7: Quan sát nhận xét màu ngọn lửa và viết phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy hexane

Đáp án:

Ngọn lửa có màu xanh

PTHH 2C6H14 + 19O2 → 12CO2 + 14H2O

Bài 8: Sau bước 2 của thí nghiệm 3, so sánh hiện tượng xảy ra ba giữa hai ống nghiệm 

Đáp án:

2 ống nghiệm không làm mất màu dung dịch KMnO4

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

Bài 1: Nguyên nhân nào làm gia tăng khói thải và các hạt bụi mịn vào không khí?

Đáp án:

- Nguyên nhân tự nhiên: cháy rừng ; biến đổi khí hậu đột ngột;  bụi thiên nhiên từ sa mạc, đất cát, phun trào núi lửa; thời điểm giao mùa xuất hiện sương mù. 

- Nguyên nhân nhân tạo: giao thông vận tải; sinh hoạt; sản xuất công nghiệp; rác thải; xây dựng; nông nghiệp.

Bài 2: 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.

Đáp án:

- Gây ra hiện tượng dị ứng da, làm bạn cảm thấy ngứa ngáy, khó chịu. Nếu tiếp xúc  nhiều còn có thể gây ra các hiện tượng viêm mũi, đau mắt, các bệnh về tai mũi họng.

- Làm suy giảm hệ miễn dịch. 

- Làm ảnh hưởng lớn đến phổi

-Tăng nguy cơ tử vong ở những người mắc bệnh tim.

-Làm gia tăng tỷ lệ mắc bệnh thoái hóa não của chúng ta.

- Là nguyên nhân gây ung thư và khủng khiếp hơn là biến đổi gen ở người. 

Bài 3: Em hãy đề xuất một số giải pháp để hạn chế tình trạng ô nhiễm không khí hiện nay

Đáp án:

Để khắc phục ô nhiễm môi trường không khí chúng ta cần:

- Trồng cây xan

- Ưu tiên sử dụng các phương tiện công cộng,

- Đô thị hóa đúng cách.

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

- Không vứt rác bừa bãi.

- Ứng dụng công nghệ xanh vào cuộc sống.

- Hạn chế sử dụng các hóa chất trong nông, lâm nghiệp.

- Cấm các loại xe đã hết hạn, không đảm bảo.

- Tuyên truyền, vận động về tác hại của ô nhiễm môi trường không khí.

- Xử lý rác thải đúng cách.

- Hạn chế sử dụng các vật liệu đốt không thân thiện với môi trường

- Sử dụng các thiết bị tiết kiệm điện, không thải độc ra môi trường.

BÀI TẬP

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

1. a) Nhận xét, giải thích sự biến đổi nhiệt độ sôi của các alkane đã cho trong biểu đồ 
2. b) Nhiệt độ phòng methane, ethane, propane và butane là những chất lỏng hay chất khí?

Đáp án:

1. a) Nhiệt độ sôi tăng dần do phân tử khối tăng --> lực liên kết Vande Waals tăng --> nhiệt độ sôi tăng.
2. b) chất khí

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

1. a) phải chứa xăng dầu trong các thùng chứa chuyên dụng và bảo quản ở những kho riêng
2. b) các sự cố tràn dầu trên biển thường gây ra thảm họa cho một vùng biển rất rộng
3. c) khi bị cháy xăng dầu không nên dùng nước để dập đám cháy

Đáp án:

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

1. b) Dầu không tan trong nước bị sóng biển và thủy triều váng dầu trôi đi rất xa, thấm qua sa màng tế bào sinh vật sống trên biển, gây hủy hoại môi trường biển.
2. c) Vì xăng dầu vừa nhẹ hơn nước vừa không tan trong nước. Nếu dùng nước sẽ làm cho xăng dầu loãng ra, tiếp xúc với không khí nhiều hơn, làm cho cháy lớn và cháy rộng hơn.

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

Đáp án:

Alkane tác dụng với chlorine chỉ tạo ra một dẫn xuất monochloro duy nhất → alkane này có tính đối xứng cao.

Vậy alkane thoả mãn là:

: 2,2 – dimethylpropane.