Tóm tắt lý thuyết 1.ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN, DANH PHÁP CỦA ANKAN 1.1. Đồng đẳng Chất đầu tiên trong dãy ankan là metan: CH4, tiếp đến là C2H6, C3H8, C4H10.... Công thức chung CnH2n+2 (\(n \ge 1\)) Hình 1: Mô hình phân tử a) Butan b) Isobutan Nhận xét về phân tử C4H10: Chứa các liên kết đơn Mỗi nguyên tử C tạo được 4 liên kết đơn hướng về 4 đỉnh của 1 hình tứ diện đều Các nguyên tử C không nằm trên cùng 1 đường thẳng. Nhận xét chung về ankan: Trong phân tử ankan chỉ có liên kết C-C và C-H Mỗi nguyên tử Cacbon tạo được 4 liên kết đơn hướng từ nguyên tử C (nằm ở tâm hình tứ diện) về 4 đỉnh của hình tứ diện với góc liên kết \(\widehat {CCC},\widehat {HCH},\widehat {CCH}\) khoảng 109,5o ⇒ Các nguyên tử Cacbon trong phân tử ankan (trừ C2H6) không cùng nằm trên một đường thẳng. 1.2. Đồng phân Từ C4H10 trở đi có đồng phân cấu tạo (đồng phân mạch C). Bậc C: Bậc của nguyên tử C ở phân tử ankan bằng số nguyên tử C liên kết trực tiếp với nó. Hình 2: Bậc Cacbon Ankan chỉ chứa C bậc I và C bậc II là ankan không phân nhánh, chứa C bậc III và C bậc IV là ankan phân nhánh. Ví dụ 1: Viết đồng phân của C5H12 Lưu ý: Nếu làm bài trắc nghiệm có thể đếm số đồng phân bằng cách: Vẽ ra sườn cacbon, bỏ qua bước điền -H vì điều đó làm hình rối. Sau đó dùng mũi tên đánh dấu các vị trí nhánh là ta đếm đủ số đồng phân. Nhớ chú ý đến tính đối xứng của phân tử để tránh trùng lặp công thức. Hoặc có thể sử dụng công thức tính số đồng phân của ankan là 2n-4 + 1 (với 3 < n < 7) Ví dụ 2: Viết đồng phân của C6H14 Áp dụng công thức tính nhanh thì C6H14 có 2(6 - 4) + 1 = 5 đồng phân. thử kiểm tra lại bằng cách vẽ và đếm nhé! 1.3. Danh pháp 1.3.1. Tên hệ thống theo danh pháp IUPAC Số nguyên tử cacbonTên gọi mạch chính1Met-2Et-3Prop-4But-5Pent-6Hex-7Hept-8Oct-9Non-10Đec-Bảng 1: Quy tắc gọi tên mạch chính a) Ankan không phân nhánh Tên ankan = tên C mạch chính + an Ví dụ: H3C-CH3 (etan); H3C-CH2-CH2-CH3 (Butan) b) Ankan phân nhánh: Gọi theo kiểu tên thay thế. Tên ankan = Số chỉ vị trí nhánh + Tên nhánh + Tên mạch chính + an Tên gốc ankyl: Đổi đuôi an thành yl (ankan) (gốc ankyl) Nhóm nguyên tử còn lại sau khi lấy bớt 1 nguyên tử H từ phân tử ankan, có công thức CnH2n+1, được gọi là nhóm ankyl. Tên của nhóm ankyl lấy từ tên của ankan tương ứng đổi đuôi an thành đuôi yl Một số quy tắc gọi tên: Mạch Cacbon chính là mạch C dài nhất. Đánh số thứ tự các nguyên tử Cacbon mạch chính từ phía gần nhánh hơn. Gọi tên nhánh theo thứ tự alphabe. Ví dụ: nhánh CH3- (metyl) với nhánh C2H5- (etyl) thì gọi tên nhánh etyl trước metyl vì chữ cái e đứng trước m trong thứ tự anphabe. Nếu có nhiều nhánh giống nhau, ta thêm “đi” , “tri”, “tetra”, “penta”.... Lưu ý: không lấy kí tự đầu của từ chỉ số lượng nhánh để xét thứ tự gọi tên. Ví dụ: (CH3)2- : Đimetyl ; C2H5- :Etyl Tuyệt đối không lấy kí tự Đ trong từ chỉ số lượng "đi" để xét. Trong trường hợp này, ta dùng chữ cái đầu của tên nhánh là m và e, như vậy vẫn là gọi tên nhánh etyl trước, metyl sau. Ví dụ 1: Gọi tên chất sau đây Có 2 cách đánh số mạch chính như sau: Cách 1: (Sai) vì hai nhánh có số là 3 và 4 thì sẽ lớn hơn Cách 2 (đúng) có số của hai nhánh là 2 và 3 Trong đó có chứa 2 nhánh CH3- (metyl) ta đọc tên là 2,3- Đimetylpentan Ví dụ 2: Gọi tên chất sau đây Ta đánh số thứ tự trước Trên đây có chứa 1 nhóm Etyl (C2H5-)và 1 nhóm mety (CH3-), vì chữ e đứng trước chữ m nên ta đọc nhánh etyl trước Tên gọi: 4-etyl-2-metylheptan 2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA ANKAN 2.1. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lượng riêng Trạng thái: ở đk thường các ankan từ C1 → C4 ở trạng thái khí, từ C5 → C18 ở trạng thái lỏng, C19 trở đi ở trạng thái rắn. t0nc, t0s của ankan nói chung đều tăng theo số nguyên tử C trong phân tử tức là tăng theo phân tử khối. Khối lượng riêng tăng theo số nguyên tử C trong phân tử nhưng luôn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước. (ankan nhẹ hơn nước) 2.2. Tính tan Không tan trong nước. Là những dung môi không phân cực. Hoà tan được vào những chất không phân cực. An kan lỏng có thể thấm qua da hoặc màng tế bào. 3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA ANKAN Do chỉ có liên kết \(\sigma\) tương đối bền vững, trơ về mặt hoá học, ở điều kiện thường chúng không phản ứng được với axit, bazơ, các chất oxi hoá mạnh. Dưới tác dụng của nhiệt độ và ánh sáng ankan tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách, phản ứng oxi hoá. 3.1. Phản ứng thế CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl clometan (metylclorua) CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl điclometan (metylenclorua) CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl triclometan (clorofom) CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl tetraclometan (cacbontetra clorua) Nhận xét: Sản phẩm thế ưu tiên với H ở C bậc cao 3.2. Phản ứng tách Gãy liên kết C-C, C-H; chất xúc tác thường dùng là Cr2O3, Fe, Pt. a) Tách H2 (Đề hidro hóa) CH3-CH3 CH2=CH2 + H2 b) Phản ứng crackinh (bẻ gãy mạch cacbon) 3.3. Phản ứng Oxi hóa hoàn toàn Phương trình phản ứng tổng quát đốt cháy: ⇒ số mol H2O luôn luôn lớn hơn CO2 Nếu thiếu Oxi, phản ứng cháy của ankan xảy ra không hoàn toàn, sản phẩm cháy ngoài CO2, H2O còn có CO, C ... 4. ĐIỀU CHẾ ANKAN 4.1. Phòng thí nghiệm Làm thí nghiệm điều chế CH4 từ Natri axetat với vôi tôi xút. CH3COONa+NaOH CH4 +Na2CO3 Al4C3+12H2O → 3CH4 + 4Al(OH)3 Hình 2: Điều chế Metan trong phòng thí nghiệm Video: Điều chế Metan 4.2. Trong Công nghiệp Metan và các đồng đẳng được tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ Hình 3: Metan và các đồng đẳng được tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ 5. ỨNG DỤNG CỦA ANKAN Từ C1 đến C20 được ứng dụng làm nhiên liệu Nhiều Ankan được dùng làm dung môi và dầu bôi trơn máy. Điều chế chất sinh hàn. Nhờ tác dụng của nhiệt và các phản ứng oxy hoá không hoàn toàn → HCHO, rượu metylic , axitaxetic…v..v… Hình 4: Ứng dụng của ankan Bài tập minh họa Bài 1: Viết và gọi tên các đồng phân của C7H16 Hướng dẫn: Áp dụng công thức tính nhanh số đồng phân có: 2(7-4) + 1 = 9 đồng phân Bài 2: Hỗn hợp khí X gồm C3H8 và H2. Cho thêm vào hỗn hợp X một lượng O2 vừa đủ để phản ứng rồi đưa vào tất cả các khí nhiên kế.Sau khi thực hiện phản ứng cháy và làm lạnh cho hơi nước ngưng tụ, thể tích khí sau khi phản ứng bằng 2,55 lần thể tích hỗn hợp X ban đầu. Phần trăm thể tích C3H8 trong hỗn hợp X là: Hướng dẫn: Phương trình hóa học: \(C_{3}H_{8}\hspace{10pt}+5O_{2}\rightarrow 3CO_{2}\hspace{10pt}+4H_{2}O\) \(a\hspace{50pt}5a\hspace{40pt}3a\) \(2H_{2}+O_{2}\rightarrow H_{2}O\) \(b\hspace{30pt}\frac{b}{2}\) nKhí X = a + b ; nKhí sau phản ứng = 3a Ta có : \(\frac{3a}{a+b}.100=2,55\Rightarrow \frac{a}{a+b}=0,85\) \(\%C_{3}H_{8}=\frac{a}{a+b}.100=0,85.100=85\%\) Bài 3: Đốt cháy một lượng hỗn hợp X gồm etan và propan ta thu được CO2 và hơi H2O theo tỉ lệ thể tích 8:11. Thành phần % theo thể tích của etan trong X là: Hướng dẫn: \(\left\{\begin{matrix} C_{2}H_{6} \ (x) \\ C_{3}H_{8} \ (y) \end{matrix}\right. \rightarrow \left\{\begin{matrix} 2CO_{2} + 3H_{2}O \\ 3CO_{2} + 4H_{2}O \end{matrix}\right.\) \(\left\{\begin{matrix} x + y = 1 \ \ \ \ \ \\ \dfrac{2x+3y}{3x+4y}=\dfrac{8}{11} \end{matrix}\right. \Rightarrow \left\{\begin{matrix} x = \dfrac{1}{3} \\ y = \dfrac{2}{3} \end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow \%V_{C_{2}H_{6}} = 33,33 \ \%\)
