Chuyên đề 12. Hiđrocacbon

Lý thuyết về ankan

Chi tiết

Chuyên mục: Chuyên đề 12. Hidrocacbon

Được viết ngày Thứ sáu, 26 Tháng 12 2014 11:42

Viết bởi Nguyễn Văn Đàm

I. KHÁI NIỆM, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN, DANH PHÁP

- Định nghĩa: ankan (parafin) là những hiđrocacbon no, mạch hở.

- Công thức chung: C_nH_2n+2 (n ≥ 1).

- Tên gọi:

+ Tên thay thế:

Số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh + tên mạch chính + an

+ Tên thường:

     Nếu chỉ có một nhánh duy nhất CH₃ ở nguyên tử C số 2 thì thêm tiền tố iso, nếu có 2 nhánh CH₃ ở C số 2 thì thêm tiền tố neo. Chú ý phân biệt isoankan với isoankyl và neoankan với neoankyl. Isooctan là 2,2,4 – trimetylpentan.

- Đồng phân: mạch C.

Một số ankan đơn giản thường gặp

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Ở nhiệt độ thường, các ankan từ C1 đến C4 ở trạng thái khí; từ C5 đến khoảng C18 ở trạng thái lỏng; từ khoảng C18 trở lên ở trạng thái rắn.

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của ankan nói chung đều tăng theo số nguyên tử C trong phân tử tức là tăng theo phân tử khối. Ankan nhẹ hơn nước.

- Ankan không tan trong nước và đều là những chất không màu.

III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

1. Phản ứng thế (Cl₂/as hoặc Br₂/t⁰)

C_nH_2n+2 + xX₂ → C_nH_2n+2-xX_x + xHX

- Về nguyên tắc các nguyên tử H trong phân tử ankan có thể bị thay thế lần lượt từ 1 đến hết.

- Khả năng phản ứng: Cl₂ > Br₂ > I₂ và C_{bậc 3}> C_{bậc 2} > C_{bậc 1}. 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^. + C_nH_2n+2 → C_nH_2n+1^. + HX

C_nH_2n+1^. + X₂ → C_nH_2n+1X + X^.

+ Tắt mạch:                                       

2X^. → X₂

X^. + C_nH_2n+1^. → C_nH_2n+1X

C_nH_2n+1^. + C_nH_2n+1^. → C_2nH_4n+2

Lưu ý: Số sản phẩm thế 1 lần (monohalogen) cũng chính là số gốc ankyl mà các đồng phân tạo ra = số loại nguyên tử H tương đương = số loại nguyên tử C tương đương (trừ C bậc 4).

2. Các phản ứng xảy ra do tác dụng của nhiệt

a. Phản ứng tách H₂ (phản ứng đề hiđro hóa)

C_nH_2n+2 → C_nH_2n + H₂ (Fe, t⁰)

                                         Anken

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=CH_2­

CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₃ → CH₂=C(CH₃)-CH=CH₂ + 2H₂

n-C₆H₁₄ → 4H₂ + C₆H₆ (benzen)

n-C₇H₁₆ → 4H₂ + C₆H₅CH₃ (toluen)

b. Phản ứng phân hủy

- Phản ứng phân hủy bởi nhiệt:                           

C_nH_2n+2 → nC + (n + 1)H₂ (t⁰)

- Phản ứng phân hủy bởi halogen (Cl₂ hoặc F₂):     

C_nH_2n+2 + nCl₂ → C_nCl_2n+2 + (n + 1)H₂ (t⁰)

c. Phản ứng crăcking (n≥ 3)

C_nH_2n+2 → C_xH_2x+2 + C_yH_2y (t⁰, p, xt)

Chú ý:

     + Ankan thẳng C_nH_2n+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.

3. Phản ứng cháy                                

C_nH_2n+2 + (3n + 1)/2O₂ → nCO₂ + (n + 1)H₂O

- Đối với phản ứng cháy của ankan cần lưu ý 2 đặc điểm:

     + n_CO2 < n_H2O.

     + n_H2O - n_CO2 = n_{ankan bị đốt cháy}.

- Nếu đốt cháy 1 hiđrocacbon mà thu được n_CO2 < n_H2O thì  hiđrocacbon đem đốt cháy thuộc loại ankan.

- Nếu đốt cháy hỗn hợp hiđrocacbon cho n_CO2 < n_H2O 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

IV. ĐIỀU CHẾ

- Thực hiện phản ứng tổng hợp Wuyêc:      

C_nH_2n+1X + C_mH_2m+1X + 2Na → C_nH_2n+1 - C_mH_2m+1 + 2NaX (t⁰)

- Nhiệt phân muối Natri của axit cacboxylic (phản ứng vôi tôi xút):

C_nH_2n+2-x(COONa)_x + xNaOH → C_nH_2n+2 + xNa₂CO₃ (CaO, t⁰)

- Cộng hiđro vào hiđrocacbon không no hoặc vòng không bền:

C_nH_2n+2-2k + kH₂ → C­_nH_2n+2 (Ni, t⁰)

- Riêng với CH₄ có thể dùng phản ứng:

Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄

Al₄C₃ + 12HCl → 4AlCl₃ + 3CH₄

C + 2H₂ → CH₄ (xúc tác, t⁰)

Tách từ nguồn khí thiên nhiên.

V. ỨNG DỤNG

     Mời các bạn thử sức với các câu hỏi và bài tập sau của hochoaonline.net