Giải Hóa 11 Bài 15 (Kết nối tri thức): Alkane

Giải Hóa 11 Bài 15: Alkane

Mở đầu trang 82 Hóa học 11: Khí thiên nhiên, khí dầu mỏ, xăng, nhiên liệu phản lực (jet fuel) và dầu diesel có vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống, kinh tế, công nghiệp. Vậy thành phần chính của các nhiên liệu này là gì? Ngoài ra, các alkane có phải là nguồn nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất các hoá chất hữu cơ hiện nay không?

Lời giải:

- Thành phần chính của khí thiên nhiên, khí dầu mỏ, xăng, nhiên liệu phản lực (jet fuel) và dầu diesel là các alkane.

- Ngoài ra, các alkane còn là nguồn nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất các hoá chất hữu cơ hiện nay.

I. Khái niệm, danh pháp

Giải Hóa 11 trang 84

Câu hỏi 1 trang 84 Hóa học 11: Viết các công thức cấu tạo và gọi tên theo danh pháp thay thế của alkane có công thức phân tử C₅H₁₂ và phân loại các đồng phân đó.

Lời giải:

- Đồng phân không phân nhánh:

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₃: pentane.

- Đồng phân phân nhánh:

: 2 – methylbutane.

: 2,2 – dimethylpropane.

Câu hỏi 2 trang 84 Hóa học 11: Viết công thức cấu tạo của alkane có tên gọi 2 – methylpropane.

Lời giải:

2 – methylpropane:

Câu hỏi 3 trang 84 Hóa học 11: Tên gọi của chất sau đây bị sai, em hãy giải thích và sửa lại cho đúng:

Lời giải:

Tên gọi của chất này bị sai vị trí nhánh.

Sửa lại: 2 – methylbutane.

III. Tính chất vật lí

Câu hỏi 4 trang 85 Hóa học 11: Dựa vào Bảng 15.2, em hãy nhận xét về quy luật biến đổi nhiệt độ sôi của alkane theo phân tử khối.

Lời giải:

Nhiệt độ sôi của các alkane tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối.

IV. Tính chất hoá học

Câu hỏi 5 trang 87 Hóa học 11: Viết sơ đồ phản ứng của butane với bromine trong điều kiện có chiếu sáng, tạo thành các sản phẩm monobromine.

Lời giải:

2. Phản ứng cracking

3. Phản ứng reforming

4. Phản ứng oxi hoá

Giải Hóa 11 trang 88

Hoạt động trang 88 Hóa học 11: Phản ứng oxi hoá hexane

Chuẩn bị: hexane, dung dịch KMnO₄ 1%; ống nghiệm, bát sứ, que đóm.

Tiến hành:

1. Phản ứng của hexane với dung dịch KMnO₄

Cho khoảng 1 mL hexane vào ống nghiệm, thêm vài giọt dung dịch KMnO₄ 1%, lắc đều ống nghiệm trong khoảng 5 phút, sau đó đặt ống nghiệm vào giá rồi để yên khoảng 10 phút. Quan sát thấy ống nghiệm có 2 lớp, lớp dưới là dung dịch KMnO₄ trong nước màu tím, lớp trên là hexane không màu.

2. Phản ứng đốt cháy hexane

Cho khoảng 1 mL hexane (lưu ý không được lấy nhiều hơn) vào bát sứ nhỏ, cẩn thận đưa que đóm đang cháy vào bề mặt chất lỏng, hexane bốc cháy cho ngọn lửa màu vàng.

Trả lời câu hỏi:

a) Hexane có phản ứng với dung dịch KMnO₄ ở điều kiện thường không? Tại sao?

b) Tại sao lại đốt cháy hexane trong bát sứ mà không nên đốt trong cốc thuỷ tinh? Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.

c) Nếu đốt cháy hexane trong điều kiện thiếu oxygen sẽ tạo ra carbon monoxide và nước. Hãy viết phương trình hoá học của phản ứng này.

Lời giải:

a) Hexane không phản ứng với dung dịch KMnO₄ ở điều kiện thường. Do ở phân tử hexane chỉ có các liên kết đơn C – C và C – H, đó là các liên kết σ bền vững, vì thế hexane tương đối trơ về mặt hoá học, không phản ứng với chất oxi hoá mạnh như KMnO₄.

b) Đốt cháy hexane trong bát sứ mà không nên đốt trong cốc thuỷ tinh do phản ứng này toả ra lượng nhiệt lớn có thể làm vỡ cốc thuỷ tinh.

Phương trình hoá học minh hoạ:

$C_6{H}_{14}+\frac{19}{2}{O}_2\stackrel{t^o}{\to }6C{O}_2+\text{7}{H}_{2}O$

c) Đốt cháy hexane trong điều kiện thiếu oxygen:

$C_6{H}_{14}+\frac{13}{2}{O}_2\stackrel{t^o}{\to }6CO+\text{7}{H}_{2}O$

Câu hỏi 6 trang 88 Hóa học 11: Viết phương trình hoá học của phản ứng đốt cháy hoàn toàn pentane.

Lời giải:

$C_5{H}_{12}+\text{8}{O}_2\stackrel{t^o}{\to }5C{O}_2+\text{6}{H}_{2}O$

V. Ứng dụng

Câu hỏi 7 trang 89 Hóa học 11: Tại sao ở các cây xăng, kho chứa xăng dầu thường treo các biển cấm dưới đây?

Lời giải:

Do xăng, dầu dễ bay hơi, dễ bắt lửa, dễ cháy do đó ở các cây xăng, kho chứa xăng dầu thường treo các biển cấm lửa, cấm hút thuốc.

Lý thuyết Alkane

1. Khái niệm, danh pháp

a. Khái niệm và công thức chung của alkane

Alkane là các hydrocarbon no mạch hở chỉ chứa liên kết đơn C-H và C-C trong phân tử.

Công thức chung của alkane là: C_nH_2n+2 (n là số nguyên, n ≥ 1)

b. Danh pháp

* Alkane không phân nhánh

Tên theo danh pháp thay thế của alkane mạch không phân nhánh:

* Alkane mạch nhánh

- Gốc alkyl: Phần còn lại sau khi lấy đi một nguyên tử hydrogen từ phân tử alkane (công thức chung của gốc alkyl là C_nH_2n+1

Tên gốc alkyl:

- Alkane mạch nhánh gồm alkane mạch chính kết hợp với một hay nhiều nhánh.

Tên theo danh pháp thay thế của alkane mạch phân nhánh:

2. Đặc điểm cấu tạo

Trong phân tử alkane chỉ chứa các liên kết đơn C-C và C-H, các liên kết này là liên kết ở Ϭ bền vững và kém phân cực.

Trong phân tử methane, bốn liên kết C-H giống nhau tạo với nhau một gốc 109,5^o và hướng về bốn đỉnh của một từ diện đều.

3. Tính chất vật lý

Ở điều kiện thường, alkane từ C1 đến C4 và neopentane ở trang thái khí, từ C5 đến C17 (trừ neopentane) ở trạng thái lỏng, không màu, alkane từ C18 trở lên là chất rắn màu trắng (còn gọi là sáp parafin). Các alkane mạch nhánh thường có nhiệt độ sôi thấp hơn so với đồng phân alkane mach không phân nhánh. Alkane không tan hoặc tan rất ít trong nước và nhẹ hơn nước, tan tốt hơn trong các dung môi hữu cơ.

4. Tính chất hoá học

a. Phản ứng thế

Phản ứng halogen hóa alkane là phản ứng xảy ra khi đặt bình chứa hỗn hợp của alkane với halogen ở nơi có ánh sáng hoặc ở nhiệt độ cao (đun nóng). Sản phẩm của phản ứng halogen hóa là các dẫn xuất halogen.

Phản ứng thế có thể tiếp tục diễn ra với các nguyên tử hydrogen chloromethane cho hỗn hợp các sản phẩm chloromethane, dichloromethane, trichloromethane và tetrachloromethane.

b. Phản ứng cracking

Cracking alkane là quá trình phân cắt liên kết C-C (bẻ gẫy mạch carbon) của các alkane mạch dài để tạo thành hỗn hợp các hydrocarbon có mạch carbon ngắn hơn.

c. Phản ứng reforming

Reforming alkane là quá trình chuyển các alkane mạch không phân nhánh thành các alkane mạch phân nhánh và các hydrocarbon mạch vòng nhưng không làm thay đổi.

d. Phản ứng oxi hoá

* Phản ứng oxi hoá hoàn toàn (phản ứng cháy)

Khi tiếp xúc với oxygen và có tin lớn khơi mào, alkane bị đốt cháy trở thành khí carbon dioxide, hai nước và giải phóng năng lượng.

* Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn

Ở nhiệt độ cao, có mặt xúc tác, alkane bị oxi hoá cắt mạch carbon bởi oxygen tạo thành hỗn hợp carboxylic acid.

5. Ứng dụng

- Sử dụng làm nhiên liệu trong sản xuất và đời sống.

- Sản xuất phân bón urea, hydrogen và ammonia. Các alkane lỏng được sử dụng làm nhiên liệu xăng, diesel và nhiên liệu phản lực....

6. Điều chế

a. Phương pháp điều chế alkane

Sau khi loại bỏ các hợp chất không phải là hydrocarbon (đặc biệt là H₂S và CO₂), khi được dẫn qua đường ống dẫn đến nơi tiêu thụ hoặc được nên lại ở dạng lỏng để dễ dàng vận chuyển.

b. Phương pháp điều chế alkane ở thể lỏng, rắn trong công nghiệp

Khi chưng cất dầu mỏ nhận được hỗn hợp alkane có chiều dài mạch carbon khác nhau ở các phân đoạn sôi khác nhau. Để nhận được các alkane tinh khiết cần phải có các công nghệ tách và tinh chế rất phức tạp.

7. Ô nhiễm không khí do phương tiện giao thông

a. Các chất trong khí thái của phương tiện giao thông gây ô nhiễm không khí

- Quá trình cháy của xăng, dầu diesel trong động cơ các phương tiện giao thông là nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính làm Trái Đất nóng lên.

- Ngoài ra quá trình cháy tạo nhiệt độ cao khiến oxygen và nitrogen trong không khi phản ứng với nhau, tạo thành các loại oxide của nitrogen (NO2). Các chất này gây ô nhiễm môi trường không khí.

b. Một số biện pháp hạn chế ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông

- Sử dụng nhiên liệu cháy sạch.

- Sử dụng nhiên liệu sinh học như xăng pha thêm ethanol (E5, E10...), blodiesel.

- Sử dụng các phương tiện giao thông tiết kiệm năng lượng và chuyển đổi sang các loại động cơ điện

Sơ đồ tư duy Alkane

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 11 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Bài 15: Alkane

Bài 16: Hydrocarbon không no

Bài 17: Arene (Hydrocarbon thơm)

Bài 18: Ôn tập chương 4

Bài 19: Dẫn xuất halogen