BÀI 12: ALKANE

(19 câu)

1. NHẬN BIẾT (3 câu)

Câu 1. Alkane là gì?

Trả lời:

Alkane là một nhóm các hợp chất hữu cơ không có nhóm chức nào khác ngoài liên kết đơn giữa các nguyên tử carbon và hydrogen. Các phân tử alkane có công thức phân tử chung là CnH2n+2, trong đó "n" là số lượng nguyên tử carbon trong phân tử.

Câu 2. Tính chất vật lý của alkane?

Trả lời:

Nhẹ hơn nước, không tan trong nước, nhưng tan trong các dung môi không phân cực

Câu 3. Ứng dụng của alkane?

Trả lời:

Dùng làm nhiên liệu, dung môi, dầu nhờn,… nguyên liệu tổng hợp hữu cơ

2. THÔNG HIỂU (6 câu)

Câu 1. Trình bày cách gọi tên alkane? Cho ví dụ?

Trả lời:

1. Danh pháp thay thế của alkane không phân nhánh:

Tiền tố ứng với số nguyên tử Carbon của alkane + ane

Ví dụ: 

+ CH3CH3: ethane

+ CH3[CH2]3CH3: pentane

1. Danh pháp thay thế của alkane có phân nhánh:

Số chỉ vị trí nhánh – Tên nhánh + Tiền tố ứng với số nguyên tử carbon mạch chính + ane

 Ví dụ:

Câu 2. Viết cấu tạo hóa học của 2 alkane và gọi tên theo danh pháp thay thế?

Trả lời:

Câu 3. Trình bày về phản ứng thế halogen của alkane?

Trả lời:

* Phản ứng thế halogen của alkane là quá trình thay thế một hoặc nhiều nguyên tử hydro trong phân tử alkane bằng một hoặc nhiều nguyên tử halogen, chủ yếu là clorin (Cl) hoặc bromin (Br). Đây là một trong những phản ứng hữu ích và phổ biến nhất của alkane.

* PTHH minh họa:

1. Phản ứng thế halogen của metan với Cl2:

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

2. Phản ứng thế halogen của etan với Br2:

C2H6 + Br2 → C2H5Br + HBr

3. Phản ứng thế halogen của propan với Cl2:

C3H8 + Cl2 → C3H7Cl + HCl

Câu 4. Trình bày về phản ứng oxy hóa của alkane?

Trả lời:

* Phản ứng oxy hóa của alkane là quá trình trong đó các phân tử alkane phản ứng với oxy trong môi trường có điều kiện oxy hóa để tạo ra sản phẩm mới. Trong quá trình này, các nguyên tử hydrogen của alkane bị thay thế bởi các nguyên tử oxi, tạo thành sản phẩm mới là alkohol hoặc keton.

* PTHH minh họa:

1. Phản ứng oxy hóa của methane:

2 CH4 + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O

2. Phản ứng oxy hóa của ethane:

2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O

3. Phản ứng oxy hóa của propane:

C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

Câu 5. Trình bày về phản ứng cracking của alkane?

Trả lời:

* Phản ứng cracking của alkane là quá trình phân hủy các phân tử alkane lớn thành các phân tử alkane nhỏ hơn, đơn giản hóa chúng thành các sản phẩm có khối lượng thấp hơn. 

* Phản ứng cracking của alkane xảy ra ở nhiệt độ cao, thông thường từ 500℃ đến 900℃ và áp suất cao.

* PTHH minh họa:

1. Cracking propane:

C3H8    t°,   p→   C2H4 + CH4

2. Cracking butane:

C4H10     t°,   p→   C3H6 + CH4

3. Cracking octane:

C8H18     t°,   p→   C6H14 + C2H4 + H2

Câu 6. Trình bày về phản ứng reforming của alkane?

Trả lời:

* Phản ứng reforming của alkane là quá trình biến đổi các phân tử alkane thành các hợp chất hữu cơ có giá trị cao hơn, chủ yếu là các hidrocacbon không no. 

* Phản ứng này thường được sử dụng để sản xuất các chất hữu cơ quan trọng như benzene, tolun và xylen, được sử dụng trong sản xuất chất làm nhựa, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu và thuốc nổ.

* PTHH minh họa:

1. Reforming methane:

CH4       t°,   xt→   CH3OH + H2

2. Reforming propane:

C3H8     t°,   xt→   C3H6 + H2

3. Reforming butane:

C4H10    t°,   xt→    C4H8 + H2

3. VẬN DỤNG (7 câu)

Câu 1. Alkane được ứng dụng trong ngành công nghiệp nhiên liệu, hãy liệt kê một số ứng dụng của alkane trong lĩnh vực này? 

Trả lời:

Alkane được sử dụng như nhiên liệu trong các phương tiện giao thông như ô tô, máy bay và tàu thủy. Nó cũng được sử dụng làm nhiên liệu trong các hệ thống sưởi ấm và hệ thống phát điện.

PTHH minh họa: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + năng lượng

Câu 2. Alkane được sử dụng trong sản xuất các hợp chất hữu cơ, hãy đưa ra một ví dụ về ứng dụng này? 

Trả lời:

Một ví dụ về ứng dụng này là sử dụng etylen để sản xuất polyetylen, một loại nhựa rất phổ biến được sử dụng trong các sản phẩm như túi ni lông, chai nhựa và vỏ hộp.

PTHH minh họa: nC2H4 → [CH2-CH2]n

Câu 3. Alkane có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm sạch, hãy đưa ra một ví dụ về ứng dụng này? 

Trả lời:

Một ví dụ về ứng dụng này là sử dụng metan để sản xuất hydro lỏng, một nhiên liệu sạch thay thế xăng và dầu diesel. Hydro lỏng có thể được sử dụng trong các phương tiện giao thông, máy phát điện và hệ thống sưởi ấm.

PTHH minh họa: CH4 + 3H2 → C2H6 + H2O

Câu 4. Bằng hiểu biết của bản thân, hãy cho biết tên gọi của các chất sau là gì?

Trả lời:

Lần lượt từ trái qua phải: Cyclopropane; Cyclobutane; Cyclopentane; Cyclohexane

Câu 5. Cho cấu tạo hóa học của 1 alkane sau, hãy gọi tên?

Trả lời:

1. 4-2ethyl-2-methylheptane
2. Methylpropane

Câu 6. Trình bày 1 thí nghiệm hóa học về phản ứng thế halogen của alkane? Có phương trình hóa học?

Trả lời:

* Phản ứng thế halogen của alkane bằng dung dịch Br2/CCl4.

* Nguyên liệu:

- Hỗn hợp các hidrocarbon no (ví dụ như pentan hoặc heptan).

- Dung dịch Br2/CCl4.

* Cách thực hiện:

- Cho một lượng nhỏ hỗn hợp các hidrocarbon no vào một ống nghiệm.

- Thêm một lượng nhỏ dung dịch Br2/CCl4 vào ống nghiệm và lắc đều.

- Quan sát và ghi lại các hiện tượng xảy ra trong ống nghiệm, bao gồm sự tan chất rắn, sự xuất hiện của màu và sự thay đổi nhiệt độ.

* Kết quả thí nghiệm:

Trong dung dịch Br2/CCl4, hidrocarbon no sẽ phản ứng với Br2 để tạo ra các sản phẩm phản ứng là các chất halogen hóa (CnH2n+1Br) và axit hydrobromic (HBr). Các sản phẩm sẽ xuất hiện dưới dạng chất rắn màu nâu hoặc cam. Quá trình phản ứng này diễn ra tốt hơn với hidrocarbon có số lượng carbon nhỏ hơn.

* Phương trình hóa học:

CnH2n+2 + nBr2 → CnH2n+1Br + HBr

Câu 7. Trình bày 1 thí nghiệm hóa học về phản ứng oxy hóa halogen của alkane? Có phương trình hóa học?

Trả lời:

* Một thí nghiệm đơn giản để minh họa phản ứng oxy hóa halogen của alkane là sử dụng bromine và 2-methylpropane.

Bước 1: Cho 2-methylpropane vào một ống nghiệm khô và sạch.

Bước 2: Thêm một ít bromine lỏng vào ống nghiệm.

Bước 3: Lắc nhẹ ống nghiệm và quan sát thay đổi màu sắc và hiện tượng trong ống nghiệm.

* Khi bromine tác dụng với 2-methylpropane, các liên kết C-H sẽ bị phá vỡ và thay thế bằng liên kết C-Br. Trong quá trình này, bromine sẽ bị oxy hóa thành ion bromua (Br-) và mất màu. Do đó, khi phản ứng hoàn toàn, màu đỏ nâu của bromine sẽ biến mất.

* Phương trình hóa học của phản ứng:

2-methylpropane + Br2 → 2-bromo-2-methylpropane + HBr

C6H14 + Br2 → C6H13Br + HBr

4. VẬN DỤNG CAO (3 câu)

Câu 1. Cho 2 chất X và Y là các hydrocarbon không no có cùng công thức phân tử C5H12. Chất X chứa 2 liên kết pi và chất Y không chứa liên kết pi. Đun nóng 2 chất với dung dịch KMnO4 trong dung dịch H2SO4 đặc, chất X có màu tím đậm được chuyển thành dung dịch màu vàng và chất Y không có phản ứng gì xảy ra. Tìm cấu trúc của chất X và chất Y?

Trả lời:

- Chất X chứa 2 liên kết pi, vì vậy nó là một hợp chất không no có cấu trúc kép. 

- Do phản ứng với KMnO4, nó có thể là một trong các chất sau: 

1,2-butadiene hoặc 1,3-pentadiene hoặc 2-metyl-1,3-butadiene.

- Các chất này đều có công thức phân tử C5H8. Vì màu tím của dung dịch KMnO4 đậm hơn màu vàng của sản phẩm phản ứng, chất X có thể là 1,3-pentadiene.

- Chất Y không chứa liên kết pi, do đó nó là một hợp chất không no đơn giản, có thể là n-pentan hoặc các chất đồng đẳng khác.

Câu 2. Hỗn hợp A gồm các hidrocarbon no X và Y. Cho hỗn hợp A tác dụng với dung dịch Br2/CCl4, thu được hỗn hợp B gồm các sản phẩm phản ứng.

4. a) Viết phương trình phản ứng giữa hỗn hợp A và dung dịch Br2/CCl4.
5. b) Nếu thêm AgNO3 vào hỗn hợp B, sản phẩm kết tủa là gì?

Trả lời:

1. a) Phản ứng giữa hỗn hợp A và dung dịch Br2/CCl4 là phản ứng thế halogen của alkane. Phương trình phản ứng có thể được viết như sau:

X + Br2 => XB rắn + HBr

Y + Br2 => YB rắn + HBr

1. b) Khi thêm AgNO3 vào hỗn hợp B, sản phẩm kết tủa là AgBr. Điều này xảy ra vì Br- là ion clo phi kim và có khả năng kết hợp với Ag+ để tạo ra kết tủa AgBr.

Câu 3. Hỗn hợp A gồm các hydrocarbon no C6H14, B gồm các hidrocacbon không no C6H10 và C gồm các hidrocacbon no C8H18. Đốt cháy 50ml hỗn hợp A cần 200ml khí O2 (đktc) và sản phẩm cháy là 80ml khí CO2 (đktc) và 75ml khí H2O (đktc). Đốt cháy 50ml hỗn hợp B cần 200ml khí O2 (đktc) và sản phẩm cháy là 60ml khí CO2 (đktc) và 50ml khí H2O (đktc). Đốt cháy 50ml hỗn hợp C cần 400ml khí O2 (đktc) và sản phẩm cháy là 160ml khí CO2 (đktc) và 200ml khí H2O (đktc). Tính tỉ khối của hỗn hợp A, B và C.

Trả lời:

* PTHH:

C6H14 + 19/2O2 => 6CO2 + 7H2O

C6H10 + 9O2 => 6CO2 + 5H2O

C8H18 + 25/2O2 => 8CO2 + 9H2O

* Theo phương trình cháy của hidrocacbon no, 1 mol hidrocacbon cần 1 mol O2, tạo ra 1 mol CO2 và 1 mol H2O. Vì vậy, số mol hidrocacbon trong hỗn hợp A, B và C được tính như sau:

Số mol hidrocacbon trong hỗn hợp A = 80/22,4 = 3,57 mol

Số mol hidrocacbon trong hỗn hợp B = 60/22,4 = 2,68 mol

 Số mol hidrocacbon trong hỗn hợp C = 160/22,4 = 7,14 mol

* Vì hỗn hợp A gồm các hydrocarbon no, nên tỉ khối của nó bằng tổng tỉ khối của các hydrocarbon trong hỗn hợp đó. Tổng tỉ khối được tính như sau:

+ Tổng tỉ khối của hỗn hợp A = (3,57 x 86) / 50 = 6,14

Trong đó, 86 là tỉ khối của hydrocarbon no C6H14.

* Hỗn hợp B gồm các hydrocarbon không no, do đó tỉ khối của nó là trung bình cộng của các tỉ khối của các hydrocarbon trong hỗn hợp đó. Tỉ khối của các hydrocarbon được tính như sau:

+ Tỉ khối của hydrocarbon 1,3-butadiene (C4H6) = 4,6 / 1 = 4,6

+ Tỉ khối của hydrocarbon cyclohexene (C6H10) = 6,9 / 1 = 6,9

+ Tỉ khối trung bình của hỗn hợp B = [(2,68 x 4,6) + (2,68 x 6,9)] / 50 = 5,77

* Hỗn hợp C gồm các hydrocarbon no, nên tỉ khối của nó bằng tổng tỉ khối của các hydrocarbon trong hỗn hợp đó. Tổng tỉ khối được tính như sau:

+ Tổng tỉ khối của hỗn hợp C = (7,14 x 114) / 50 = 16,17

Trong đó, 114 là tỉ khối của hydrocarbon no C8H18.

=> Vì vậy, tỉ khối của hỗn hợp A, B và C lần lượt là 6,14; 5,77 và 16,17.