Giải SBT Hóa 11 (Chân trời sáng tạo) Bài 12: Alkane

Sách bài tập Hóa học 11 Bài 12: Alkane

Bài 12.1 trang 51 SBT Hóa học 11: Theo ước tính, trung bình mỗi ngày một con bò “ợ” vào bầu khí quyển khoảng 250 L – 300 L một chất khí có khả năng gây hiệu ứng nhà kính. Khi đó là

A. O₂.   

B. CO₂.     

C. CH₄.   

D. NH₃.

Lời giải:

CO₂ và CH₄ có khả năng gây hiệu ứng nhà kính. Tuy nhiên, CH₄ là khí do bò “ợ” ra.

→ Chọn C.

Bài 12.2 trang 51 SBT Hóa học 11: Biogas là một loại khí sinh học, được sản xuất bằng cách ủ kín các chất thải hữu cơ trong chăn nuôi, sinh hoạt. Biogas được dùng để đun nấu, chạy máy phát điện sinh hoạt gia đình. Thành phần chính của biogas là

A. N₂.   

B. CO₂. 

C. CH₄.   

D. NH₃.

Lời giải:

Thành phần chính của biogas là methane (CH₄).

→ Chọn C.

Bài 12.3 trang 51 SBT Hóa học 11: Đồ thị dưới đây thể hiện mối tương quan giữa nhiệt độ sôi và số nguyên tử carbon trong phân tử alkane không phân nhánh được biểu diễn như sau:

Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa nhiệt độ sôi và số nguyên tử carbon trong phân tử alkane không phân nhánh

Dựa vào đồ thị đã cho, số phân tử alkane không phân nhánh ở thể khí trong điều kiện thường là

A. 4. 

B. 2.   

C. 3.     

D. 1.

Lời giải:

Trên đồ thị, ta thấy có 4 alkane có nhiệt độ sôi nhỏ hơn nhiệt độ phòng. Do đó, 4 alkane này ở thể khí trong điều kiện thường.

→ Chọn A.

Bài 12.4 trang 52 SBT Hóa học 11: Alkane (A) có công thức phân tử C₅H₁₂. (A) tác dụng với chlorine khi đun nóng chỉ tạo một dẫn xuất monochloro duy nhất. Tên gọi của (A) là

A. pentane.       

B. 2-methylbutane.

C. 2,2-dimethylpropane.   

D. 3-methylbutane.

Lời giải:

Alkane có công thức phân tử C₅H₁₂, tạo ra một dẫn xuất monochloro duy nhất là 2,2 – dimethylpropane.

→ Chọn C.

Bài 12.5 trang 52 SBT Hóa học 11: Có bao nhiêu alkane (có số nguyên tử C ≤ 5) khi tác dụng với chlorine (có ánh sáng hoặc đun nóng) tạo duy nhất một sản phẩm thế monochloro?

A. 3.   

B. 2.     

C. 1.   

D. 4.

Lời giải:

Các alkane (có số nguyên tử C ≤ 5) khi tác dụng với chlorine (có ánh sáng hoặc đun nóng) tạo duy nhất một sản phẩm thế monochloro:

→ Chọn A.

Bài 12.6 trang 52 SBT Hóa học 11: Khi cho 2,2-dimethylbutane tác dụng với chlorine thu được tối đa bao nhiêu dẫn xuất monochloro?

A. 3.   

B. 2.     

C. 5.     

D. 4.

Lời giải:

 Khi cho 2,2-dimethylbutane tác dụng với chlorine thu được 3 dẫn xuất monochloro.

→ Chọn A.

Bài 12.7 trang 52 SBT Hóa học 11: Cho alkane sau:

Danh pháp thay thế của alkane trên là

A. 2-ethyl-3-methylbutane.   

B. 2-methyl-3-ethylbutane.

C. 3,4-dimethylpentane.

D. 2,3-dimethylpentane.

Lời giải:

Cần chọn mạch chính dài nhất (5 nguyên tử C), nhiều nhánh nhất (hai nhánh). Đánh số thứ tự theo chiều sao cho tổng chỉ số của các nhánh là nhỏ nhất (vị trí số 1 ở đầu mạch carbon và gần nhánh nhất).

→ Chọn D.

Bài 12.8 trang 52 SBT Hóa học 11: Để hoàn thành bài tập gọi tên các đồng phân của alkane có công thức phân tử là C₄H₁₀, một bạn học sinh đã vẽ các dạng mạch carbon của alkane này, biết rằng dạng mạch carbon này chỉ chứa các liên kết đơn có thể có, sau đó bạn tiếp tục bổ sung các nguyên tử hydrogen vào dạng mạch carbon để hoàn tất bài tập. Theo em, học sinh đó đã sai ở điểm nào?

Lời giải:

4 nguyên tử carbon chỉ chứa liên kết đơn có thể được “bẻ” theo nhiều cách khác nhau vì các liên kết C−C có thể quay tự do. Trong hình trên, có 7 cách quay các liên kết C—C trong hình mà vẫn không làm đổi bản chất giữa chúng. Do đó bạn học sinh này chỉ đưa ra được 2 đồng phân của C₄H₁₀.

Bài 12.9 trang 53 SBT Hóa học 11: So sánh và giải thích nhiệt độ sôi của alkane mạch không phân nhánh với alkane mạch phân nhánh khi chúng có cùng số nguyên tử carbon trong phân tử.

Lời giải:

Các phân tử alkane phân nhánh có nhiệt độ sôi thấp hơn các phân tử alkane không phân nhánh dù cho chúng có cùng số nguyên tử carbon. Điều này được giải thích vì các phân tử alkane không phân nhánh có diện tích bề mặt lớn hơn so với phân tử alkane phân nhánh nên tồn tại tương tác van der Waals giữa các phân tử lớn hơn, dẫn đến nhiệt độ sôi cao hơn.

Bài 12.10 trang 53 SBT Hóa học 11: Mặc dù có 5 nguyên tử carbon trong phân tử nhưng neopentane (2,2-dimethylpropane) ở thể khí trong điều kiện thường. Giải thích.

Lời giải:

Trong số 3 đồng phân của C₅H₁₂, neopentane có cấu trúc đối xứng cao, phân tử xem như có dạng hình cầu nên tương tác van der Waals giữa các phân tử neopentane rất yếu, dẫn đến nhiệt độ sôi của neopentane là 9,5 °C. Điều này làm cho phân tử neopentane ở thể khí trong điều kiện thường (hai đồng phân còn lại là pentane có nhiệt độ sôi ở 36 °C và isopentane có nhiệt độ sôi ở 27,8 °C nên trong điều kiện thường, chúng ở thể lỏng).

Bài 12.11 trang 53 SBT Hóa học 11: Em hãy cho biết xăng có tan được trong nước hay không và chất béo có tan được trong xăng hay không. Theo em, bác thợ sửa xe thường rửa tay bằng gì để sạch các vết dầu mỡ?

Lời giải:

Xăng có thành phần chính là các phân tử alkane có số nguyên tử carbon từ 7 – 11 nguyên tử.

Vì xăng là các phân tử không phân cực trong khi nước là phân tử phân cực, nên xăng không tan được trong nước.

Đồng thời, chất béo là hợp chất không phân cực nên chất béo cũng tan được trong xăng. Dầu mỡ sửa chữa xe cũng là các phân tử alkane nên không thể tan được trong nước, điều đó được hiểu là dầu mỡ trên tay bác thợ sửa chữa xe không thể làm sạch chỉ bởi nước. Bác thợ sửa xe thường dùng dầu hoả (là các phân tử alkane có số nguyên tử carbon từ 12 – 15 nguyên tử) để hoà tan các vết dầu mỡ, sau đó rửa lại bằng xà phòng.

Bài 12.12 trang 53 SBT Hóa học 11: Vì sao khi tiếp xúc lâu dài với xăng sẽ làm cho da bị phồng rộp và gây đau nhức?

Lời giải:

Vì xăng hay dầu hỏa có thể hòa tan được lớp dầu trên da. Khi tiếp xúc lâu dài với xăng, dầu hoả, ... sẽ làm cho lớp dầu bảo vệ da bị trôi đi, da không còn lớp dầu bảo vệ nên sẽ bị phồng rộp và gây đau nhức.

Khi tiếp xúc với xăng, dầu hoả, dung môi pha sơn, ... cần đeo găng tay cẩn thận.

Bài 12.13 trang 53 SBT Hóa học 11: Butane là chất lỏng có thể nhìn thấy bên trong một chiếc bật lửa trong suốt, có nhiệt độ sôi thấp hơn một ít so với nhiệt độ của nước đóng băng (–0,5 °C). Tuy nhiên vì sao butane trong bật lửa lại không sôi?

Lời giải:

Butane trong bật lửa không sôi, mặc dù butane có nhiệt độ sôi thấp hơn một ít so với nhiệt độ của nước đóng băng (–0,5 °C), vì các lý do sau:

+ Khi được đưa vào trong bật lửa, butane chịu áp suất rất cao so với áp suất khí quyển. Điều này làm tăng nhiệt độ sôi của butane lên cao hơn nhiệt độ phòng. Do đó butane không thể sôi ở áp suất cao này.

+ Khi được giải nén, butane lỏng lập tức bốc hơi và tạo khí butane, bốc cháy khi gặp tia lửa do ma sát giữa bánh răng kim loại với đá lửa.

Bài 12.14 trang 53 SBT Hóa học 11: Cho 2-methylpropane tác dụng với chlorine (tỉ lệ mol 1 : 1, có ánh sáng) thu được tối đa bao nhiêu sản phẩm thế monochloro?

Lời giải:

Cho 2-methylpropane tác dụng với chlorine (tỉ lệ mol 1 : 1, có ánh sáng) thu được 2 sản phẩm thế monochloro.

Bài 12.15 trang 53 SBT Hóa học 11: Khi cho 2-methylpropane tác dụng với bromine ở 127 °C thu được hỗn hợp 2 sản phẩm thế monobromo là 1-bromo-2-methylpropane (0,56%) và 2-bromo-2-methylpropane (99,44%). Xác định tỉ lệ khả năng phản ứng tương đối của nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc I và nguyên tử carbon bậc III trong phản ứng.

Lời giải:

2-methylpropane có công thức cấu tạo:

Như vậy 2-methylpropane có 9 nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc I và 1 nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc III. Gọi a và k là khả năng phản ứng tương đối của nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc I và nguyên tử carbon bậc III trong phản ứng thế bromine đã cho.

Vì sản phẩm thế hydrogen vào carbon bậc I chiếm 0,56% nên ta có phương trình: $\frac{9\mathrm{a}}{9\mathrm{a}+1\mathrm{k}}\times 100\mathrm{\%}=0,56\mathrm{\%}$

Chọn a = 1

$\Rightarrow \frac{9}{9+\mathrm{k}}\times 100\mathrm{\%}=0,56\mathrm{\%}\Rightarrow \mathrm{k}\approx 1598$

Vậy với 2-methylpropane, tỉ lệ khả năng phản ứng tương đối của nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc I và nguyên tử carbon bậc III trong phản ứng là 1 : 1 598.

Bài 12.16 trang 53 SBT Hóa học 11: Trong phản ứng thế của propane với chlorine ở nhiệt độ phòng khi có ánh sáng, tỉ lệ khả năng phản ứng tương đối của nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc I và nguyên tử carbon bậc II tương ứng là 1 : 4.

a) Xác định tỉ lệ phần trăm các sản phẩm thế monochloro thu được trong phản ứng thế trên.

b) Dự đoán khả năng phản ứng và tỉ lệ phần trăm các sản phẩm thế thu được khi thay chlorine bằng bromine.

Lời giải:

a) Propane CH₃–CH₂–CH₃ khi tác dụng với chlorine sẽ thu được 2 sản phẩm thế monochloro là CH₃-CH₂-CH₂Cl và CH₃-CHCl-CH₃.

Vì tỉ lệ khả năng phản ứng tương đối của nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc I và nguyên tử carbon bậc II tương ứng là 1 : 4 nên tổng khả năng phản ứng của 8 nguyên tử hydrogen (gồm 6 nguyên tử hydrogen gắn vào carbon bậc I và 2 nguyên tử hydrogen gắn vào carbon bậc II)  là$$6\times 1+2\times 4=14$$=> Tỉ lệ phần trăm của sản phẩm CH₃-CH₂-CH₂Cl là$$\frac{6\times 1}{14}\times 100\mathrm{\%}\approx 42,86\mathrm{\%}$$=> Tỉ lệ phần trăm của sản phẩm CH₃-CHCl-CH₃ là$$\frac{2\times 4}{14}\times 100\mathrm{\%}\approx 57,14\mathrm{\%}$$

b) Phản ứng của propane với bromine sẽ xảy ra chậm hơn so với phản ứng của propane với chlorine. Tuy nhiên lúc này, do bromine có tính chọn lọc hơn so với chlorine nên khả năng phản ứng của nguyên tử carbon bậc II cao hơn nhiều so với của nguyên tử carbon bậc I, dẫn đến sản phẩm thế CH₃–CHBr–CH₃ sẽ chiếm tỉ lệ phần trăm cao hơn nhiều so với sản phẩm thế CH₃–CH₂–CH₂Br.

Bài 12.17 trang 54 SBT Hóa học 11: Giải thích tại sao các bể chứa xăng thường được quét một lớp nhũ màu trắng bạc?

Lời giải:

Lớp nhũ màu trắng bạc phản xạ tốt các tia nhiệt (hấp thụ các tia nhiệt kém) nên hạn chế được sự truyền nhiệt từ bên ngoài vào, nhờ đó xăng đỡ nóng hơn, tránh hiện tượng gây cháy nổ bể.

Bài 12.18 trang 54 SBT Hóa học 11: Phân tích thành phần nguyên tố của hợp chất hữu cơ (X) thu được kết quả %C và %H (theo khối lượng) lần lượt là 84,21% và 15,79%. Phân tử khối của hợp chất (X) này được xác định thông qua kết quả phổ khối lượng) như hình bên dưới với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất.

a) Xác định công thức phân tử của (X).

b) Nếu không có kết quả phân tích phổ khối lượng của (X), trình bày cách xác định công thức phân tử của (X) dựa trên những dữ kiện em đã biết.

Lời giải:

a) Vì $\mathrm{\%}{\mathrm{m}}_{\mathrm{H}}+\mathrm{\%}{\mathrm{m}}_{\mathrm{C}}=15,79\mathrm{\%}+84,21\mathrm{\%}=100\mathrm{\%}$
nên phân tử (X) chỉ chứa nguyên tố hydrogen và carbon.

Gọi công thức phân tử của (X) là C_xH_y.

Khối lượng mol phân tử của (X) được xác định trên phổ khối lượng tương ứng với peak có giá trị m/z lớn nhất. Do đó, từ phổ khối lượng của (X), ta có: ${\mathrm{M}}_{\left(X\right)}=114$

$\begin{array}{l}\mathrm{x}=\frac{\mathrm{\%}{\mathrm{m}}_{\mathrm{C}}}{12}\times \frac{\mathrm{M}}{100}=\frac{84,21}{12}\times \frac{114}{100}\approx 8\\ \mathrm{y}=\frac{\mathrm{\%}{\mathrm{m}}_{\mathrm{H}}}{1}\times \frac{\mathrm{M}}{100}=\frac{15,79}{1}\times \frac{114}{100}\approx 18\end{array}$

Vậy công thức phân tử của (X) là C₈H₁₈.

b) Vì $\mathrm{\%}{\mathrm{m}}_{\mathrm{H}}+\mathrm{\%}{\mathrm{m}}_{\mathrm{C}}=15,79\mathrm{\%}+84,21\mathrm{\%}=100\mathrm{\%}$ nên phân tử (X) chỉ chứa nguyên tố hydrogen và carbon.

Gọi công thức đơn giản nhất của (X) là C_xH_y.

$\begin{array}{l}\mathrm{x}:\mathrm{y}=\frac{\mathrm{\%}\mathrm{C}}{12}:\frac{\mathrm{\%}\mathrm{H}}{1}=\frac{84,21}{12}:\frac{15,79}{1}\\ =7,0175:15,79\approx 4:9\end{array}$=> Công thức đơn giản nhất của (X) là (C₄H₉)_n hay C_4nH_9n.

Vì trong hợp chất C_xH_yO_z bất kì, ta có: $\mathrm{y}\le 2\mathrm{x}+2\iff 4\mathrm{n}\le 2\times 4\mathrm{n}+2\Rightarrow \mathrm{n}\le 2$

+) Với n = 1, công thức phân tử của (X) là C₄H₉

=> Loại trường hợp này vì số H trong hợp chất hydrocarbon  luôn luôn là số chẵn.

+) Với n = 2, công thức phân tử của (X) là C₈H₁₈ (nhận).

Vậy công thức phân tử của (X) là C₈H₁₈.

Bài 12.19* trang 54 SBT Hóa học 11: Gọi tên alkane sau theo danh pháp thay thế:

Phương pháp giải:

- Tên theo danh pháp thay thế của alkane:

+ Alkane không phân nhánh: Tiền tố ứng với số nguyên tử C trong alkane + ane.

+ Alkane phân nhánh: Sổ chỉ vị trí nhánh – Tên nhánh + Tiền tố ứng với số nguyên tử C trong alkane + ane.

- Lưu ý:

+ Để đọc tên nhánh này, carbon của nhánh phức tạp gắn vào mạch chính được đánh số 1. Tên nhánh phức tạp được cho vào ngoặc. Khi gọi tên nhánh, ưu tiên theo thứ tự chữ cái của nhánh, không ưu tiên theo chữ cái của các tiếp đầu ngữ iso, di, tri,... Ví dụ: isobutyl vẫn ưu tiên hơn dimethyl, mặc dù “i” đứng sau “d”.

Lời giải:

Bài 12.20* trang 55 SBT Hóa học 11: Chỉ số octane (octane number) là đại lượng đặc trưng cho yếu tố đo lường khả năng chống kích nổ của một nhiên liệu khi nhiên liệu này bốc cháy với không khí bên trong xi lanh của động cơ đốt trong. Nếu chỉ số octane của một mẫu xăng thấp, xăng sẽ tự cháy mà không do bu-gi bật tia lửa điện đốt. Điều này làm cho hiệu suất động cơ giảm và sẽ hư hao các chi tiết máy.

Người ta quy ước rằng chỉ số octane của 2,2,4-trimethylpentane là 100 và của heptane là 0. Các hydrocarbon mạch vòng và mạch phân nhánh có chỉ số octane cao hơn hydrocarbon mạch không phân nhánh.

Để xác định chỉ số octane của một mẫu xăng, người ta dùng máy đo chỉ số octane.

a) Chỉ số octane càng cao, chất lượng xăng sẽ như thế nào?

b) Trong thực tế, xăng không chỉ gồm 2,2,4-trimethylpentane và heptane mà là một hỗn hợp gồm nhiều hydrocarbon khác nhau. Giả thiết một mẫu xăng chỉ gồm 8 phần thể tích 2,2,4-trimethylpentane và 2 phần thể tích heptane thì chỉ số octane của mẫu xăng này là bao nhiêu?

Lời giải:

a) Chỉ số octane càng cao, độ chịu nén trước khi phát nổ của xăng càng lớn nên chất lượng xăng càng tốt. Ví dụ xăng có chỉ số octane 92 dễ bị cháy khi nén hơn so với xăng có chỉ số octane 95 nên xăng có chỉ số octane 95 giá trị hơn xăng có chỉ số octane 92. Tuy nhiên phải tuỳ vào tỉ số nén của động cơ để chọn xăng phù hợp. Động cơ có tỉ số nén thấp thì không cần dùng xăng có chỉ số octane cao.

b) Vì mẫu xăng trên chứa 80% thể tích là 2,2,4-trimethylpentane, nên chỉ số octane của mẫu xăng là 80.

Bài 12.21* trang 55 SBT Hóa học 11: Ethanol có thể làm tăng chỉ số octane của xăng không?

Lời giải:

Chỉ số octane là thước đo khả năng chống kích nổ của xăng. Ethanol có cấu trúc phân tử gồm các nguyên tử carbon và hydrogen liên kết đơn giản với nhau. Do đó ethanol có thể cháy ổn định hơn so với các phân tử xăng phức tạp khác. Ethanol có chỉ số octane cao hơn nhiều (khoảng 109) so với xăng. Khi trộn ethanol vào xăng với tỷ lệ nhất định, chỉ số octane trung bình của hỗn hợp sẽ được nâng lên, giúp xăng cháy ổn định và hiệu quả hơn trong động cơ.

Bài 12.22* trang 55 SBT Hóa học 11: Thế nào là xăng RON 92? RON 95? Xăng nào có chỉ số octane cao hơn?

Lời giải:

Xăng RON 92 là xăng có chỉ số octane 92.

Xăng RON 95 là xăng có chỉ số octane 95.

Do đó, xăng RON 95 có chỉ số octane cao hơn so với xăng RON 92.

Bài 12.23* trang 55 SBT Hóa học 11: Tính chỉ số octane của xăng E5 và xăng E10.

Lời giải:

Xăng E5 chứa 5% ethanol và 95% xăng RON 92 (theo thể tích).

=> Chỉ số octane của xăng E5 là: $\frac{5\times 109+95\times 92}{100}=92,85$

Xăng E10 chứa 10% ethanol và 90% xăng RON 92 (theo thể tích).

=> Chỉ số octane của xăng E10 là: $\frac{10\times 109+90\times 92}{100}=93,7$

Xem thêm các bài giải SBT Hóa học lớp 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác: