Công thức tổng quát của ankan là
Công thức tổng quát của ankan là
Câu hỏi: Công thức tổng quát của ankan là
A. CnH2n+2 (n ≥1)
B. CnH2n (n ≥ 2)
C. CnH2n-2 (n ≥2)
D. CnH2n-2 (n ≥3)
Trả lời:
Đáp án đúng: A
Công thức tổng quát của ankan là CnH2n+2 (n ≥1)
Hãy cùng Toploigiai tìm hiểu thêm về Ankan nhé:
1. Ankan là gì?
– Ankan là hydrocacbon mạch hở trong phân tử chỉ chứa các liên kết C-C và C-H.
– Công thức chung của ankan là CnH2n+2.
– Hợp chất ankan có công thức đơn giản nhất là metan: CH4.
– Dãy đồng phân không phân nhánh của ankan được gọi là parafin. Trong trường hợp phân nhánh thì được gọi là isoparafin.
2. Cách gọi tên của ankan
a) Cách gọi tên các ankan mạch thẳng: Tên mạch cacbon + an.
Trong đó 10 ankan đầu tiên sẽ là:
+ CH4: Metan
+ C2H6: Etan
+ C3H8: Propan
+ C4H10: Butan
+ C5H12: Pentan
+ C6H14: Hexan
+ C7H16: Heptan
+ C8H18: Octan
+ C9H20: Nonan
+ C10H22: Đecan
b) Còn đối với các ankan phân nhánh tên gọi sẽ là: Vị trí mạch nhánh + tên nhánh + tên mạch chính (tên ankan tương ứng với số nguyên tử cacbon trong mạch chính).
– Mạch chính là mạch dài nhất có nhiều nhóm thế nhất.
– Đánh số vị trí cacbon trong mạch chính bắt đầu từ phía gần nhánh hơn.
3. Tính chất hóa học của ankan
a) Ankan phản ứng thế bởi halogen (Cl2, Br2)
– Khi chiếu sáng hoặc đốt nóng hỗn hợp metan và clo sẽ xảy ra phản ứng thế lần lượt các nguyên tử hiđro bằng clo:
+ CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
CH3Cl: metyl clorua (clometan)
+ CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl
CH2Cl2: metylen clorua (điclometan)
+ CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
CHCl3: clorofom (triclometan)
+ CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl
CCl4: cacbon tetraclorua(tetraclometan)
– Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự và tạo thành hỗn hợp chất với tỉ lệ % khác nhau, như minh họa dưới đây:
• Ankan + Cl2 → CH3-CH2-CH3 + Cl2
• Ankan + Br2 → CH3-CH2-CH3 + Br2
* Nhận xét và cơ chế phản ứng:
– Khả năng phản ứng: Cl2 > Br2 > I2 và C bậc3 > C bậc2 > C bậc1. Sản phẩm chính là sản phẩm ưu tiên thế X vào H của C bậc cao (C có ít H hơn). C bậc a là C liên kết với a nguyên tử C khác.
– Phản ứng thế xảy ra theo cơ chế gốc tự do
– dây chuyền gồm 3 giai đoạn:
+ Khơi mào phản ứng: X2 → 2X.
+ Phát triển mạch:
X. + CnH2n+2 → CnH2n+1. + HX
CnH2n+1. + X2 → CnH2n+1X + X.
+ Tắt mạch: 2X. → X2
X. + CnH2n+1. → CnH2n+1X
CnH2n+1. + CnH2n+1. → C2nH4n+2
b. Phản ứng tách của Ankan
* Phản ứng tách H2 của Ankan
– Phản ứng này còn gọi là phản ứng đề hidro hóa
CH3-CH3 → CH2=CH2 + H2
– Tổng quát: CnH2n+2 → CnH2n + H2
* Chú ý:
– Chỉ những ankan trong phân tử có từ 2 nguyên tử C trở lên mới có khả năng tham gia phản ứng tách H2.
– Trong phản ứng tách H2, 2 nguyên tử H gắn với 2 nguyên tử C nằm cạnh nhau tách ra cùng nhau và ưu tiên tách H ở C bậc cao.
CH3-CH2-CH3 → CH2=CH-CH3 + H2
– Một số trường hợp riêng khác:
CH3-CH2-CH2-CH3 → 2H2 + CH2=CH-CH=CH2
CH3-CH(CH3)-CH2-CH3 → CH2=C(CH3)-CH=CH2 + 2H2
n-C6H14 → 4H2 + C6H6 (benzen)
n-C7H16 → 4H2 + C6H5CH3 (toluen)
* Phản ứng tách mạch Cacbon của Ankan (n≥ 3)
– Phản ứng này còn gọi là phản ứng cracking (bẻ gãy mạch cacbon) xảy ra ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác thích hợp.
CH3-CH2-CH2-CH3
– Tổng quát: CnH2n+2 → CxH2x+2 + CyH2y
* Chú ý:
+ Ankan thẳng CnH2n+2 khi crăcking có thể xảy ra theo (n – 2) hướng khác nhau tạo ra 2(n-2) sản phẩm.
+ Nếu hiệu suất phản ứng crăcking là 100% và không có quá trình cracking thứ cấp thì tổng số mol sản phẩm tăng gấp đôi so với các chất tham gia nên KLPTTB giảm đi một nửa.
+ Số mol ankan sau phản ứng luôn bằng số mol ankan ban đầu dù quá trình cracking có nhiều giai đoạn.
* Phản ứng phân hủy của Ankan
– Ankan bị phân hủy bởi nhiệt:
CnH2n+2 → nC + (n+1)H2
– Phản ứng phân hủy bởi halogen (Cl2 hoặc F2):
CnH2n+2 + nCl2 → CnCl2n+2 + (n+1)H2
c. Phản ứng cháy của Ankan
– Phản ứng này còn gọi là phản ứng oxi hóa ankan
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
– Tổng quát: CnH2n+2 + [(3n+1)/2]O2 → nCO2 + (n+1)H2O
– Đối với phản ứng cháy của ankan khi làm bài tập cần lưu ý 2 đặc điểm:
♦ nCO2 < nH2O.
♦ nH2O – nCO2 = nankan bị đốt cháy.
– Nếu đốt cháy 1 hiđrocacbon mà thu được nCO2 < nH2O thì hiđrocacbon đem đốt cháy thuộc loại ankan.
– Nếu đốt cháy hỗn hợp hiđrocacbon cho nCO2 < nH2O thì trong hỗn hợp đốt cháy có chứa ít nhất 1 ankan.
* Chú ý: Nếu cho ankan tham gia phản ứng với oxi khi có mặt muối Mn2+ thì xảy ra phản ứng oxi hóa không hoàn toàn tạo RCOOH.
R-CH2-CH2-R + 5/2O2 → 2RCOOH + H2O
– Các ankan đầu dãy đồng đẳng rất dễ cháy, tỏa nhiều nhiệt. Khí CO2, hơi nước và nhiệt tạo ra nhanh nên có thể gây nổ.
– Nếu không đủ oxi, ankan bị cháy không hoàn toàn, khi đó ngoài CO2 và H2O còn tạo ra các sản phẩm như CO, muội than, không những làm giảm năng suất tỏa nhiệt mà còn gây độc hại cho môi trường. Khi có xúc tác, nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi như:
CH4 + 2O2 → HCH=O + 2H2O
4. Điều chế ankan
Trong công nghiệp
Metan và các đồng đẳng được tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ.
Trong phòng thí nghiệm
Khi cần một lượng nhỏ metan, người ta nung natri axetat với vôi tôi xút, hoặc có thể cho nhôm cacbua tác dụng với nước
Nhiệt phân muối Natri của axit cacboxylic (phản ứng vôi tôi xút)
CH3COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3
Phương trình phản ứng tổng quát: CnH2n+2-x(COONa)x + xNaOH → CnH2n+2 + xNa2CO3
Riêng với CH4 có thể dùng phản ứng:
Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4
Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4
C + 2H2 → CH4
5. Ứng dụng của ankan trong thực tế
– Dùng làm nhiên liệu (CH4 dùng trong đèn xì để hàn, cắt kim loại).
– Dùng làm dầu bôi trơn.
– Dùng làm dung môi.
– Để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác: CH3Cl, CH2Cl2, CCl4, CF2Cl2,…
– Đặc biệt từ CH4 điều chế được nhiều chất khác nhau: hỗn hợp CO + H2, amoniac, CH ≡ CH, rượu metylic, anđehit fomic