1. Ankan Là Gì?
Ankan là các hiđrocacbon no, mạch hở, chỉ chứa liên kết đơn (C-C và C-H) trong phân tử. Điểm đặc trưng nhất để nhận biết ankan chính là Công Thức Tổng Quát Của Ankan Là CnH2n+2 (n ≥ 1).
2. Đồng Đẳng, Công Thức Cấu Tạo Của Ankan
- Đồng đẳng: Ankan còn được gọi là parafin.
- Công thức đơn giản nhất: Metan (CH4).
- Cấu trúc mạch carbon: Mạch hở, có thể phân nhánh hoặc không.
- Liên kết: Chỉ có liên kết đơn hình thành từ sự lai hóa sp3 của nguyên tử carbon, tạo hình tứ diện đều. Mạch carbon có dạng gấp khúc và các nguyên tử carbon có thể xoay tự do quanh liên kết đơn.
- Công thức cấu tạo: CnH2n+2 (n ≥ 1).
3. Tên Gọi Của Ankan
a. Danh pháp ankan mạch thẳng:
Tên mạch cacbon + an
Ví dụ:
- CH4: Metan
- C2H6: Etan
- C3H8: Propan
- C4H10: Butan
b. Danh pháp ankan mạch nhánh:
Số chỉ vị trí nhánh – tên nhánh + tên mạch chính + an
Nguyên tắc:
- Chọn mạch chính: Mạch dài nhất, nhiều nhánh nhất.
- Đánh số: Bắt đầu từ đầu mạch gần nhánh hơn.
- Nhiều nhánh giống nhau: Dùng tiền tố (đi, tri, tetra,…).
- Thứ tự gọi tên nhánh: Theo bảng chữ cái.
Gốc hiđrocacbon (ankyl): CnH2n+1
Ví dụ:
Tên gọi thường:
- iso: Một nhánh CH3 ở C số 2.
- neo: Hai nhánh CH3 ở C số 2.
4. Đồng Phân Ankan
4.1. Đồng phân mạch carbon
Đồng phân ankan xuất hiện khi số lượng carbon từ 4 trở lên.
Ví dụ: Đồng phân của C5H12
4.2. Bậc của Carbon trong Ankan
Bậc của carbon là số nguyên tử carbon liên kết trực tiếp với nó.
- Ankan không phân nhánh: Chỉ chứa C bậc I hoặc II.
- Ankan phân nhánh: Chứa C bậc III hoặc IV.
5. Tính Chất Vật Lý Của Ankan
- Trạng thái:
- C1 – C4: Khí.
- C5 – C18: Lỏng.
- C18 trở lên: Rắn.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng khi tăng số nguyên tử carbon.
- Độ tan: Không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ.
- Màu sắc: Không màu.
- Mùi: Metan, etan, propan không mùi. C5-C10 có mùi xăng, C10-C16 có mùi dầu hỏa. Ankan rắn ít bay hơi nên hầu như không mùi.
6. Tính Chất Hóa Học Của Ankan
6.1. Phản Ứng Thế
Phản ứng thế clo, brom (xúc tác ánh sáng hoặc nhiệt độ), tạo hỗn hợp sản phẩm. Brom thường thế vào H ở carbon bậc cao. Flo gây phản ứng mãnh liệt. Iot không phản ứng.
Ankan lớn dễ tham gia phản ứng thế, ưu tiên thế H ở carbon bậc cao.
6.2. Phản Ứng Tách
- Tách hiđro: 400-900°C, xúc tác (Cr2O3 + Al2O3).
- Phân cắt mạch carbon: Tạo các phân tử nhỏ hơn.
6.3. Phản Ứng Oxi Hóa
- Đốt cháy: Tạo CO2 và H2O, tỏa nhiều nhiệt.
- Oxi hóa không hoàn toàn: Tạo dẫn xuất chứa oxi (xúc tác, nhiệt độ).
7. So Sánh Ankan, Anken, Ankin
| Đặc điểm | Ankan | Anken | Ankin |
|---|---|---|---|
| Thành phần | C, H | C, H | C, H |
| Công thức | CnH2n+2 (n ≥ 1) | CnH2n (n ≥ 2) | CnH2n-2 (n ≥ 2) |
| Liên kết | Liên kết đơn | 1 liên kết đôi | 1 liên kết ba |
| Tính chất hóa học | Phản ứng cháy, thế | Cộng, oxi hóa, trùng hợp | Cộng, oxi hóa, dime, trime |
8. Điều Chế và Ứng Dụng Của Ankan
8.1. Điều chế
- Công nghiệp: Tách từ dầu mỏ và khí tự nhiên.
- Phòng thí nghiệm:
- Nung natri axetat với vôi tôi xút.
- Cho nhôm cacbua tác dụng với nước.
8.2. Ứng dụng
- Dầu bôi trơn, dung môi, nhiên liệu.
- Tổng hợp chất hữu cơ: CF2Cl2, CCl4, CH2Cl2, CH3Cl,…
- Điều chế NH3, CO + H2, axit axetic, HCHO, CH3OH (từ CH4).
9. Bài Tập Vận Dụng
Câu 1: Công thức tổng quát của ankan là:
A. CnHn+2
B. CnH2n+2
C. CnH2n
D. CnH2n-2
Đáp án: B. CnH2n+2 (n ≥ 1)
Câu 2: Nhiên liệu thường làm từ hiđrocacbon no vì:
A. Hiđrocacbon no có thể xảy ra phản ứng thế.
B. Hiđrocacbon no có nhiều ở tự nhiên.
C. Hiđrocacbon no nhẹ hơn nước.
D. Hiđrocacbon no khi cháy tỏa nhiệt nhiều và có nhiều trong tự nhiên.
Đáp án: D. Hiđrocacbon no khi cháy tỏa nhiệt nhiều và có nhiều trong tự nhiên.
Câu 3: Số đồng phân cấu tạo của ankan có công thức C5H12 là:
A. 6
B. 4
C. 5
D. 3
Đáp án: D. 3
Câu 4: Số đồng phân cấu tạo của ankan có công thức C6H14 là:
A. 3
B. 4
C. 5
D. 6
Đáp án: C. 5
Câu 5: Ankan X có công thức C5H12, khi clo hóa tạo 4 sản phẩm monoclo. Tên của X là:
A. 2,2-đimetylpropan
B. 2-metylbutan
C. pentan
D. 2-đimetylpropan
Đáp án: B. 2-metylbutan
Câu 6: Ankan X có công thức C6H14, khi clo hóa tạo 4 sản phẩm monoclo. Tên của X là:
A. 2,2-đimetylbutan
B. 3-metylpentan
C. hexan
D. 2,3-đimetylbutan
Đáp án: B. 3-metylpentan
Câu 7: Ankan X chứa 82,76% cacbon. Số nguyên tử hidro trong mỗi phân tử X là:
A. 6
B. 8
C. 10
D. 12.
Đáp án: C
Câu 8: Ankan X chứa 20% hidro. Tổng số nguyên tử trong mỗi phân tử X là:
A. 8
B. 11
C. 6
D. 14
Đáp án: A
Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn 2,9 gam ankan X, thu 4,48 lít CO2 (đktc). Công thức phân tử của X là:
A. C3H8
B. C4H10
C. C5H10
D. C5H12
Đáp án: B
Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn một hidrocacbon X thu được 0,11 mol CO2 và 0,132 mol H2O. Khi X tác dụng với khí clo (tỉ lệ 1:1) thu được một sản phẩm thế duy nhất. Tên của X là:
A. 2,2-đimetylpropan
B. etan
C. 2-metylpropan
D. 2-metylbutan
Đáp án: A
Câu 11: Đốt cháy hoàn toàn một thể tích khí thiên nhiên gồm metan, etan, propan (O2 chiếm 20% thể tích không khí), thu được 7,84 lít CO2 (đktc) và 9,9g nước. Thể tích không khí (đktc) ít nhất cần dùng là:
A. 70,0 lít
B. 78,4 lít
C. 84,0 lít
D. 56,0 lít
Đáp án: A
