CHUYÊN ĐỀ: ALKANE - HYDROCARBON NO
Đối tượng: Học sinh giỏi THCS & Chương trình Hóa học phổ thông 2018.I. Khái niệm và Cấu tạo phân tử
- Khái niệm: Alkane là những hydrocarbon mạch hở, trong phân tử chỉ chứa các liên kết đơn ($C-C$ và $C-H$).
- Công thức chung: $C_nH_{2n+2}$ ($n \ge 1$).
- Đặc điểm cấu tạo: * Các nguyên tử Carbon ở trạng thái lai hóa $sp^3$.
- Cấu trúc không gian dạng hình tứ diện đều với góc hóa trị $109,5^\circ$.
- Liên kết $\sigma$ ($C-C$ và $C-H$) rất bền vững về mặt hóa học.
II. Danh pháp và Đồng phân
1. Đồng phân
- Alkane chỉ có đồng phân mạch carbon.
- Xuất hiện từ $C_4H_{10}$ (Butane).
Ví dụ: $C_4H_{10}$ có 2 đồng phân; $C_5H_{12}$ có 3 đồng phân.
2. Tên gọi (IUPAC)
Số chỉ vị trí nhánh + Tên nhánh (alkyl) + Tên mạch chính + ane- Mạch chính: Là mạch dài nhất và có nhiều nhánh nhất.
- Đánh số: Ưu tiên phía gần nhánh hơn sao cho tổng chỉ số vị trí nhánh là nhỏ nhất.
III. Tính chất hóa học (Trọng tâm)
Do chỉ có liên kết $\sigma$ bền, Alkane tham gia phản ứng theo cơ chế thế gốc tự do ($S_R$).1. Phản ứng thế Halogen ($S_R$)
- Quy tắc thế: Halogen ưu tiên thế vào nguyên tử Hydrogen ở Carbon bậc cao (ít H hơn) để tạo sản phẩm chính.
- Phương trình minh họa (Propane + Chlorine):
$$CH_3-CH_2-CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{as, 1:1} \underbrace{CH_3-CHCl-CH_3}_{\text{Sản phẩm chính (2-chloropropane)}} + HCl$$
2. Phản ứng Cracking và Tách Hydrogen
- Cracking (Bẻ gãy mạch): Tạo ra hỗn hợp alkane và alkene ngắn hơn.
- Ví dụ (Butane): $C_4H_{10} \xrightarrow{t^\circ, xt} CH_4 + C_3H_6$ (Methane và Propene).
- Dehydrogenase (Tách H2):
- Ví dụ (Ethane): $C_2H_6 \xrightarrow{500^\circ C, xt} CH_2=CH_2 + H_2$.
3. Phản ứng Oxi hóa
- Oxi hóa hoàn toàn (Cháy): Tỏa nhiệt mạnh, ứng dụng làm nhiên liệu.
$$C_3H_8 + 5O_2 \xrightarrow{t^\circ} 3CO_2 + 4H_2O \quad (\Delta H < 0)$$
Đặc điểm: $n_{H_2O} > n_{CO_2}$ và $n_{alkane} = n_{H_2O} - n_{CO_2}$.
IV. Phương pháp điều chế
1. Trong phòng thí nghiệm (Phương pháp Dumas)
Nung muối Sodium carboxylate với vôi tôi xút:$$CH_3COONa (r) + NaOH (r) \xrightarrow{CaO, t^\circ} CH_4 \uparrow + Na_2CO_3$$
2. Trong công nghiệp
- Chưng cất dầu mỏ: Thu được hỗn hợp các alkane theo phân đoạn nhiệt độ.
- Tổng hợp từ khí than (Fischer-Tropsch):
$$nCO + (2n+1)H_2 \xrightarrow{t^\circ, xt} C_nH_{2n+2} + nH_2O$$
V. Ứng dụng thực tiễn
- Nhiên liệu: Khí đốt (gas), xăng, dầu diesel, nến (paraffin).
- Nguyên liệu: Sản xuất hydrogen, carbon black, acetic acid và các loại polymer (PE, PP).
- Dung môi: Hexane, heptane dùng trong chiết tách dầu thực vật và thí nghiệm.
Các em hãy bổ sung thêm các nội dung khác mà em biết dưới bài này nhé
