Lý thuyết Ankan (mới 2023 + Bài Tập) - Hóa học 11

Lý thuyết Hóa 11 Bài 25: Ankan

Bài giảng Hóa 11 Bài 25: Ankan

I. 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;…

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.

III. 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

IV. 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 ...

V. Ứng dụng của ankan

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

Hình 3: Một số ứng dụng của ankan

Trắc nghiệm Hóa học lớp 11 Bài 25: Ankan

Câu 1: 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

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích: Công thức tổng quát của ankan là C_nH_2n+2 (n  1)

Câu 2: Hợp chất hữu cơ nào sau đây thuộc dãy đồng đẳng ankan?

A. C₁₀H₂₂

B. C₈H₁₆

C. C₆H₆

D. C_nH_2n-2

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Công thức tổng quát của ankan là C_nH_2n+2 (n  1)

→ C₁₀H₂₂ thuộc dãy đồng đẳng ankan với n = 10.

Câu 3: Phản ứng đặc trưng của ankan là:

A. Cộng với halogen

B. Thế với halogen

C. Crackinh

D. Đề hiđro hoá

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

Ở phân tử ankan chỉ có liên kết C-C và C-H. Đó là các liên kết xích ma bền vững, vì thế ankan tương đối trơ về mặt hóa học. Ở nhiệt độ thường chúng không phản ứng với axit, bazơ và chất oxi hóa mạnh như KMnO₄.

Dưới tác dụng của ánh sáng, xúc tác và nhiệt độ, ankan tham gia các phản ứng thế với halogen, phản ứng tách và phản ứng oxi hóa. Tuy nhiên, phản ứng đặc trưng của ankan là thế với halogen:

C_nH_2n+2 + Cl₂  $\stackrel{AS}{\to }$C_nH_2n+1Cl + HCl

Halogen có thể thay thế lần lượt từng nguyên tử H trong phân tử ankan.

Câu 4: Số đồng phân cấu tạo ứng với công thức phân tử C₅H₁₂ là

A. 6

B. 4

C. 5

D. 3

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃;

CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₃;

CH₃-C(CH₃)₂-CH₃

Câu 5: Số đồng phân cấu tạo ứng với công thức phân tử C₆H₁₄ là

A. 3

B. 4

C. 5

D. 6

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C 

Giải thích:

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃;

CH₃-CH₂-CH₂-CH(CH₃)-CH₃;

CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₃;

CH₃-CH(CH₃)-CH(CH₃)-CH₃;

CH₃-C(CH₃)₂-CH₂-CH₃

Câu 6: Hợp chất (CH₃)₂CHCH₂CH₂CH₃ có tên gọi là      

A. neopentan

B. 2-metylpentan

C. isopentan

D. 1,1-đimetylbutan.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích: 

$\begin{array}{l}\stackrel{1}{C}{H}_3-\underset{\left|\right.}{\overset{2}{C}}H-\stackrel{3}{C}{H}_2-\stackrel{4}{C}{H}_2-\stackrel{5}{C}{H}_3\\ C{H}_3\end{array}$

2-metylpentan

Câu 7: 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

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

$\begin{array}{l}C{H}_3\\ \stackrel{5}{C}{H}_3-\underset{\left|\right.}{\overset{4}{C}}H-\stackrel{3}{C}{H}_2-\underset{\left|\right.}{\overset{\left|2\right.}{C}}-\stackrel{1}{C}{H}_3\\ C{H}_3 C{H}_3\end{array}$

2,2,4-trimetylpentan

Câu 8: 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

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

$\begin{array}{l}\stackrel{\downarrow }{C}{H}_3–\underset{\left|\right.}{\stackrel{\downarrow }{C}}H–\stackrel{\downarrow }{C}{H}_2–\stackrel{\downarrow }{C}{H}_3\\ C{H}_3\end{array}$

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

Vị trí mũi tên cho biết Cl có thể thế H gắn với C đó

Câu 9: 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

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

$\begin{array}{l}\stackrel{\downarrow }{C}{H}_3–\stackrel{\downarrow }{C}{H}_2–\underset{\left|\downarrow \right.}{\stackrel{\downarrow }{C}}H–C{H}_2–C{H}_3\\ C{H}_3\end{array}$

Vị trí mũi tên cho biết Cl có thể thế H gắn với C đó

→ Clo hóa 3-metylpentan được 4 sản phẩm thế monoclo.  

Câu 10: Cho 2-metylbutan tác dụng với Cl₂ (ánh sáng, tỉ lệ số mol 1 : 1), số sản phẩm monoclo tối đa thu được là

A. 2

B. 3

C. 5

D. 4.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

$\begin{array}{l}\stackrel{\downarrow }{C}{H}_3–\underset{\left|\right.}{\stackrel{\downarrow }{C}}H–\stackrel{\downarrow }{C}{H}_2–\stackrel{\downarrow }{C}{H}_3\\ C{H}_3\end{array}$

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

Vị trí mũi tên cho biết Cl có thể thế H gắn với C đó

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Hóa học lớp 11 đầy đủ, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 26: Xicloankan

Lý thuyết Bài 27: Luyện tập: Ankan và xicloankan

Lý thuyết Bài 1: Sự điện li

Lý thuyết Bài 2: Axit, bazo và muối

Lý thuyết Bài 3: Sự điện li của nước. pH. Chất chỉ thị axit – bazơ