Bài giảng Hóa 11 Bài 25: Ankan

Bài tập về Ankan

Kiến thức cần nhớ

Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp

1. Dãy đồng đẳng ankan

- Metan (CH₄) và các chất tiếp theo có công thức phân tử C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂,.. lập thành dãy đồng đẳng ankan (hay parafin) có công thức chung C_nH_2n+2 (n ≥ 1).

- Trong phân tử ankan chỉ có các liên kết đơn C - C, C - H. Các nguyên tử cacbon trong phân tử ankan (trừ C₂H₆) không cùng nằm trên một đường thẳng.

Hình 1: Mô hình phân tử propan, butan và isobutan

2. Đồng phân

- Từ C₄H₁₀ trở đi, ứng với mỗi công thức phân tử có các công thức cấu tạo mạch cacbon không phân nhánh và mạch cacbon phân nhánh của các đồng phân mạch cacbon.

Thí dụ: Ứng với công thức phân tử C₅H₁₂ có các đồng phân cấu tạo sau:

3. Danh pháp

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

Bảng 1: Tên và một vài hằng số vật lí của một số ankan mạch không nhánh và tên gốc ankyl tương ứng

- 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 nhánh 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 (xem bảng trên).

Thí dụ:

- 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 số 2 là III; bậc của nguyên tử C số 3 là II;…

Tính chất vật lí

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

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các ankan tăng theo chiều tăng của phân tử khối.

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

Tính chất hóa học

- Ở nhiệt độ thường, các ankan không tác dụng với dung dịch axit, dung dịch kiềm và các chất oxi hóa như dung dịch KMnO₄ (thuốc tím)...

- Khi chiếu sáng hoặc đun nóng, các ankan dễ dàng tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách hiđro và phản ứng cháy. 

1. Phản ứng thế bởi halogen

- Clo có thể thay thế lần lượt từng nguyên tử H trong phân tử metan.

Phương trình hóa học:

CH₄ + Cl₂$\stackrel{\mathrm{as}}{\to }$CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂$\stackrel{\mathrm{as}}{\to }$CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂$\stackrel{\mathrm{as}}{\to }$CHCl3 + HCl

CHCl₃ + Cl₂$\stackrel{\mathrm{as}}{\to }$CCl₄ + HCl

Hình 1: Clo hóa metan

- Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự metan.

Nhận xét:

- Nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc cao hơn dễ bị thế hơn nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc thấp hơn.

2. Phản ứng tách

- Dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp, các ankan có phân tử khối nhỏ bị tách hiđro thành hiđrocacbon không no tương ứng.

Thí dụ:

CH₃ – CH₃$\stackrel{500°\mathrm{C},\mathrm{xt}}{\to }$CH₂ = CH₂ + H₂

- Ở nhiệt độ cao và chất xúc tác thích hợp, ngoài việc bị tách hiđro, các ankan còn có thể bị phân cắt mạch cacbon tạo thành các phân tử nhỏ hơn.

Thí dụ:

CH₃ – CH₂ – CH₃$\stackrel{\mathrm{t}°, \mathrm{xt}}{\to }\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6+{\mathrm{CH}}_4\\ {\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_6+{\mathrm{H}}_2\end{array}\right.$

3. Phản ứng oxi hóa

- Khi bị đốt, các ankan đều cháy, tỏa nhiều nhiệt.

C_nH_{2n + 2} + $\frac{3\mathrm{n}+1}{2}$O₂$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$nCO₂ + (n + 1)H₂O

Điều chế

1. Trong phòng thí nghiệm

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

CH₃COONa + NaOH$\stackrel{\mathrm{CaO}, \mathrm{t}°}{\to }$CH₄↑ + Na₂CO₃

Hình 2: Điều chế metan trong phòng thí nghiệm

2. 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 ...

Ứng dụng của ankan

- Các ankan được dùng làm nhiên liệu, nguyên liệu cho công nghiệp.

Hình 3: Một số ứng dụng của ankan

Các dạng bài tập về ankan

Dạng 1: Cấu tạo, đồng phân, danh pháp, tính chất vật lí, ứng dụng của ankan

Dạng 2: Phản ứng thế của ankan

 Phương pháp giải

Bước 1: Viết phương trình hoá học của phản ứng ankan với Cl₂ hoặc Br₂:

$C_n{H}_{2n+2}+xC{l}_2\stackrel{as}{\to }{C}_n{H}_{2n+2-x}C{l}_x+xHCl$

Bước 2: Tính khối lượng mol của sản phẩm thế hoặc khối lượng mol trung bình của hỗn hợp sản phẩm để tìm số nguyên tử cacbon trong ankan hoặc mối liên hệ giữa số cacbon và số nguyên tử clo, brom trong sản phẩm thế.

$\to$ Xác định được số nguyên tử cacbon và số nguyên tử clo, brom trong sản phẩm thế.

$\to$Công thức cấu tạo của ankan ban đầu và công thức cấu tạo của các sản phẩm thế.

Dạng 3: Phản ứng tách của ankan

Phương pháp giải

Trong phản ứng khối lượng được bảo toàn, từ đó suy ra: $n_{ankan}.M_{ankan}=n_{hhsau}.{\overline{M}}_{hhsau}$

Dạng 4: Phản ứng oxi hoá ankan

Phương pháp giải

Khi đốt ankan luôn có:

$\left\{\begin{array}{l}{n}_{H_{2}O}>n_{C{O}_2}\\ n_{ankan}=n_{H_{2}O}-n_{C{O}_2}\end{array}\right.$

Ta có công thức:

Số C = $\frac{n_{C{O}_2}}{n_{ankan}}=\frac{n_{C{O}_2}}{n_{H_{2}O}-n_{C{O}_2}}$

Đối với các hiđrocacbon, bảo toàn nguyên tố O:

$n_{O_2\text{ pư}}=\frac{2n_{C{O}_2}+n_{H_{2}O}}{2}$

Bảo toàn khối lượng:

$\left\{\begin{array}{l}{m}_{ankan}+m_{O_2}=m_{C{O}_2}+m_{H_{2}O}\\ m_{ankan}=m_C+m_H\end{array}\right.$

Chú ý: Khi gặp bài tập liên quan đến hỗn hợp các ankan thì nên sử dụng phương pháp trung bình: Thay hỗn hợp các ankan bằng một ankan $C_{\overline{n}}{H}_{2\overline{n}+2}$  dựa vào giả thiết để tính toán số $\overline{n}$ .

Giả sử có hỗn hợp hai ankan có số cacbon tương ứng là n và m $\left(n<m\right),$  số cacbon trung bình là  thì ta luôn có $n<\overline{n}<m.$

Nếu đề bài yêu cầu tính thành phần phần trăm về số mol, thể tích hoặc khối lượng của các ankan thì có thể:

+ Dùng phương pháp đường chéo.

+ Lập hệ phương trình.

Bài tập

1. Bài tập vận dụng

Bài 1: Ankan X có công thức phân tử C₆H₁₄. Clo hóa X, thu được 4 sản phẩm dẫn xuất monoclo. Tên gọi của X là

A. 2,2-đimetylbutan                    B. 3- metylpentan

C. hexan                                    D. 2,3- đimetylbutan

Đáp án: B

Clo hóa 3–metylpentan được 4 sản phẩm thế monoclo.

(Ghi chú: vị trí mũi tên cho biết Cl có thể thế H gắn với C đó)

Bài 2: Đốt cháy hoàn toàn 2,24 lít hỗn hợp X (đktc) gồm CH₄, C₂H₆ và C₃H₈ thu được V litx khí CO₂ (đktc) và 6,3 gam H₂O. Giá trị của V là

A. 5,60                         B. 7,84                           C. 4,48                                D. 10,08.

Bài 3: Ankan X có chứa 14 nguyên tử hiđrô trong phân tử. Số nguyên tử cacbon trong một phân tử X là

A. 4                              B. 5                                 C. 6                                     D. 7.

Bài 4: Ankan X có chứa 82,76% cacbon theo khối lượng. Số nguyên tử hiđro trong một phân tử X là

A. 6                              B. 8                                           C. 10                                     D. 12.

Bài 5: Ankan X có chứa 20% hiđro theo khối lượng. Tổng số nguyên tử trong một phân tử X là

A. 8                                B. 11                                C. 6                                    D. 14.

Bài 6: Đốt cháy hoàn toàn 2,9 gam ankan X, thu được 4,48 lít CO₂ (đktc). Công thức phân tử của X là

A. C₃H₈                         B. C₄H₁₀                        C. C₅H₁₀                               D. C₅H₁₂.

Bài 7: Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon X thu được 0,11 mol CO₂ và 0,132 mol H₂O. Khi X tác dụng với khí clo (theo tỉ lệ số mol 1 : 1) thu được một sản phẩm hữu cơ duy nhất . Tên gọi của X là

A. 2,2-đimetylpropan                                  B. etan

C. 2-metylpropan                                        D. 2- metylbutan

Bài 8: Đốt cháy hoàn toàn một thể tích khí thiên nhiên gồm metan, etan, propan bằng oxi không khí (trong không khí, oxi chiếm 20% thể tích), thu được 7,84 lít khí CO₂ (đktc) và 9,9 gam nước. thể tích không khí (dktc) nhỏ nhất cần dùng để đốt cháy hoàn toàn lượng khí thiên niên trên là

A. 70,0 lít                    B. 78,4 lít                            C. 84,0 lít                             D. 56,0 lít.

Bài 9:. Clo hóa ankan X theo tỉ lệ mol 1: 1 tạo sản phẩm dẫn xuất monoclo có thành phần khối lượng clo là 45,223%. Công thức phân tử của X là

A. C₄H₁₀                           B. C₃H₈                                C. C₃H₆                              D. C₂H₆.

Đáp án: B

C_nH_2n+2 + Cl₂ → C_nH_2n+1Cl + HCl

⇒ CTPT: C₃H₈

Bài 10: Khi brom hóa một ankan chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất có tỉ khối hơi đối với hiđro là 75,5. Tên của ankan là

A. 3,3-đimetylhexan                         B. 2,2-đimetylpropan

C. isopentan                                     D. 2,2,3-trimetylpentan.

Đáp án: B

C_nH_2n+2 + Br₂ → C_nH_2n+1Br + HBr

⇒ 14n + 81 = 75,5.2 ⇒ n = 5 ⇒ CTPT: C₅H₁₂

Khi brom hóa ankan chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất nên CTCT của X là:

 

Bài 11: Công thức tổng quát của ankan là

A. C_nH_n+2                     B. C_nH_2n+2                            C. C_nH_2n                           D. C_nH_2n-2

Bài 12: Số đồng phân cấu tạo ứng với công thức phân tử C₅H₁₂ là

A. 6                              B. 4                                       C. 5                                    D. 3

Đáp án: D

Bài 13: Số đồng phân cấu tạo ứng với công thức phân tử C₆H₁₄ là

A. 3                        B. 4                         C. 5                               D. 6.

Đáp án: C

Bài 14: Hợp chất (CH₃)₂CHCH₂CH₂CH₃ có tên gọi là

A. neopentan    B. 2- metylpentan

C. ísopentan    D. 1,1- đimetylbutan.

Đáp án: B

 

Bài 15: Ankan (CH₃)₂CHCH₂C(CH₃)₃ có tên gọi là

A. 2,2,4-trimetylpentan    B. 2,2,4,4-tetrametybutan

C. 2,4,4-trimetylpentan    D. 2,4,4,4-tetrametylbutan

Đáp án: A

 

Bài 16: Ankan X có công thức phân tử C₅H₁₂. Clo hóa X, thu được 4 sản phẩm dẫn xuất monoclo. Tên gọi của X là

A. 2,2-đimetylpropan    B. 2- metylbutan

C. pentan                      D. 2- đimetylpropan

Đáp án: B

Clo hóa 2–metylbutan được 4 sản phẩm thế monoclo.

2. Bài tập tự luyện có hướng dẫn

(Xem thêm trong file dưới)

Xem thêm các dạng bài tập và câu hỏi liên quan khác

70 Bài tập về ancol (có đáp án)

30 Bài tập về hệ thống hóa về hiđrocacbon (có đáp án)

80 Bài tập về anken (có đáp án)

50 Bài tập phản ứng hữu cơ (có đáp án)

60 Bài tập cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ (có đáp án)