Ankan: Định nghĩa, tính chất, ứng dụng và điều chế

Ankan là một nhóm chất hữu cơ cơ bản trong chương trình Hóa học lớp 11. Để hiểu rõ hơn về hợp chất quan trọng này, hãy cùng Monkey tìm hiểu những lý thuyết trọng tâm bao gồm định nghĩa, tính chất, ứng dụng và cách điều chế của ankan trong bài viết dưới đây. 

10 triệu++ trẻ em tại 108 nước đã
giỏi tiếng Anh như người bản xứ &
phát triển ngôn ngữ vượt bậc qua
các app của Monkey

Đăng ký ngay để được Monkey tư vấn mẫu sản phẩm tương thích cho con .

Định nghĩa Ankan là gì? Dãy đồng đẳng, đồng phân và danh pháp ankan

Ankan là gì? Ankan là những hydrocacbon no dạng mạch hở, trong phân tử chỉ có liên kết đơn C-C hoặc C-H. 

Công thức tổng quát: CnH2n+2 (n ≥ 1).

Ankan đơn thuần nhất là metan ( CH4 ) .

Dãy đồng đẳng ankan

CH4 và những chất có công thức phân tử như C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, … được gọi là dãy đồng đẳng ankan với công thức tổng quát là CnH2n + 2 ( n ≥ 1 ) .

• Mạch cacbon ở dạng mạch hở, hoàn toàn có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh .
• Trong phân tử ankan, những nguyên tử cacbon trong không cùng nằm trên một đường thẳng ( trừ C2H6 ) .
• Trong phân tử chỉ có link đơn tạo thành từ 4 obitan lai hóa sp3 trong nguyên tử cacbon với xu thế kiểu tứ diện đều. Vì vậy, mạch cacbon có dạng gấp khúc và những nguyên tử cacbon hoàn toàn có thể quay khá tự do xung quanh những link đơn .

Đồng phân

Từ C4H10 trở đi, mỗi công thức phân tử sẽ ứng với những công thức cấu trúc mạch cacbon không phân nhánh và có phân nhánh của những đồng phân mạch cacbon .
Chẳng hạn, công thức phân tử C2H5 sẽ ứng với những chất đồng phân cấu trúc như sau :

Danh pháp của ankan

Một số ankan mạch cacbon không phân nhánh với danh pháp khác nhau được giới thiệu trong bảng dưới đây:

Tên gọi của ankan mạch thẳng 

Tên gọi của ankan mạch thẳng = Tên mạch cacbon + an
Ví dụ :
CH4 : Metan
C2H6 : Etan
C3H8 : Propan
C4H10 : Butan

Tên gọi của ankan mạch nhánh 

Tên gọi của ankan mạch nhánh = Vị trí mạch nhánh – tên nhánh + tên mạch chính + an. Trong đó :

• Số mạch cacbon chính là mạch dài và có nhiều nhánh nhất .
• Đánh số thứ tự những nguyên tử cacbon mạch chính mở màn từ phía gần nhánh hơn .
• Gọi tên mạch nhánh ( nhóm ankyl ) theo thứ tự vần vần âm cùng với số chỉ vị trí của nó, sau đó là ankan tương ứng với mạch chính ( cụ thể ở bảng trên ) .
• Gốc hidrocacbon là phần còn lại của phân tử hidrocacbon sau khi bớt đi một số ít nguyên tử hidro nhưng vẫn sống sót trong phân tử ở trạng thái link và không mang e tự do giống gốc tự do .
• Công thức tổng quát nhóm ankyl là : CnH ( 2 n + 1 )
• Bậc của nguyên từ cacbon trong phân tử ankan bằng số nguyên tử cacbon link trực tiếp với nó .

Với trường hợp chỉ có 1 nhánh CH3 ở nguyên tử C số 2, ta thêm tiền tố iso ở cuối .
Với trường hợp có 2 nhánh CH3 ở nguyên tử C số 2, ta thêm tiền tố neo .

Tính chất vật lý của ankan

Dưới đây là các tính chất vật lý cơ bản của ankan mà bạn cần biết: 

• Ở điều kiện kèm theo thường, 4 ankan tiên phong trong dãy đồng đẳng ( CH4 đến C4H10 ) sống sót ở dạng khí. Các ankan tiếp theo là dạng lỏng và từ C18H38 trở đi ở dạng rắn .
• Xét theo chiều tăng của phân tử khối, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của những ankan tăng dần .
• Ankan nhẹ hơn nước, hầu hết ankan không tan trong nước mà chỉ tan trong dung môi hữu cơ .
• Ankan là dung môi không phân cực, hoàn toàn có thể hòa tan trong những chất không phân cực như benzen, dầu mỡ …

Tính chất hóa học của ankan

Trong nhiệt độ thường, các ankan không tác dụng với dung dịch axit, dung dịch kiềm và các chất oxi hóa. Nhưng khi được đun nóng hoặc chiếu sáng, các ankan dễ dàng tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách hidro và phản ứng cháy. Cùng tìm hiểu tính chất hóa học của ankan thông qua 3 loại phản ứng điển hình nhất.  

Phản ứng thế bởi halogen

Clo có thể thay thế lần lượt từng nguyên tử H trong phân tử metan:

CH4 + Cl2 → CH3Cl ( clometan – metyl clorua ) + HCl ( ĐK : Ánh sáng )
CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 ( điclometan – metylen clorua ) + HCl ( ĐK : Ánh sáng )
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 ( triclometan – clorofom ) + HCl ( ĐK : Ánh sáng )
CHCl3 + Cl2 → CCl4 ( tetraclometan – cacbon tetraclorua ) + HCl ( ĐK : Ánh sáng )
Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự như metan :
CH3-CH2-CH3 + Br2 → CH3-CHBr-CH3 + HBr ( loại sản phẩm chính )
CH3-CH2-CH3 + Br2 → CH3-CH2-CH2-Br + HBr ( mẫu sản phẩm phụ )

• Đối với ankan có mạch cacbon từ 3 C trở lên, clo và brom sẽ ưu tiên thế H ở những cacbon có bậc cao tạo thành loại sản phẩm chính .
• Vì ankan có phản ứng mãnh liệt với flo nên sẽ bị phân hủy thành C và HF : CnH2n + 2 + ( n + 1 ) F2 → nC + ( 2 n + 2 ) HF
• Ankan không phản ứng thế với Iot .
• Khả năng phản ứng của dãy halogen với ankan giảm theo thứ tự : F2 > Cl2 > Br2 > I2 .

Nhận xét:

• Nguyên tử hiđro khi link với nguyên tử cacbon ở bậc cao hơn sẽ dễ bị thế hơn nguyên tử hiđro link với nguyên tử cacbon bậc thấp hơn .
• Các loại sản phẩm thế được gọi là dẫn xuất halogen của hiđrocacbon .

Phản ứng tách

Dưới tác dụng của nhiệt và những chất xúc tác thích hợp, các ankan có phân tử khối nhỏ sẽ bị tách hiđro thành hiđrocacbon không no tương ứng.

Ví dụ : CH3 – CH3 → CH2 = CH2 + H2 ( 500 độ C, chất xúc tác )
Phương trình tổng quát : CnH ( 2 n + 2 ) → CnH2n + H2 ( nhiệt độ, Fe )
Ở nhiệt độ cao và chất xúc tác thích hợp, ngoài việc bị tách hiđro, những ankan còn hoàn toàn có thể bị phân cắt mạch cacbon tạo thành những phân tử nhỏ hơn .

Lưu ý: 

• Những ankan có 2 nguyên tử C trở lên mới tham gia phản ứng tách H2 .
• Trong phản ứng này, 2 nguyên tử H với 2 nguyên tử C nằm cạnh nhau sẽ tách ra cùng nhau. Cần ưu tiên tách nguyên tử H ở nguyên tử C có bậc cao hơn. C4H10 → CH3 – CH = CH – CH3 + H2 ( nhiệt độ Fe )

Phản ứng oxi hóa

Khi bị đốt, những ankan đều cháy và tỏa ra nhiều nhiệt theo công thức chung :
CnH2n + 2 + ( 3 n + 50% ) O2 → nCO2 + ( n + 1 ) H2O
Nếu thiếu oxi, phản ứng cháy của ankan xảy ra không trọn vẹn : Sản phẩm cháy còn có C, CO, .. ngoài CO2 và nước .

Nhận xét:

• Khi đốt ankan, ta thu được nCO2 < nH2O

• Nếu đốt hiđrocacbon, ta thu được nCO2 < nH2O. Hiđrocacbon được đốt là ankan ( CnH2n + 2 ) .

Điều chế ankan trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp

Đâu là cách ankan được tạo ra? Cùng Monkey tìm hiểu cách điều chế của hợp chất này trong 2 môi trường: Phòng thí nghiệm và trong công nghiệp.  

Điều chế ankan trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, metan được điều chế bằng cách đun nóng natri axetat khan với hỗn hợp vôi tôi xút theo phương trình :
CH3COONa + NaOH → CH4 ↑ + Na2CO3 ( ĐK : CaO, nhiệt độ )

Điều chế ankan trong công nghiệp

Người ta tìm thấy một lượng lớn ankan (CH4, C2H6, C3H8, C4H10 …) trong dầu mỏ, khí dầu mỏ, khí thiên nhiên,… Thông qua phương pháp chưng cất phân đoạn, ankan trong công nghiệp thu được ở những phân đoạn chưng cất khác nhau. 

C + 2H2 → CH4 ( Ni, 500 độ C )
CO + 3H2 → CH4 + H2O ( nhiệt độ, xúc tác )

Những ứng dụng nổi bật của ankan

Với những tính chất vật lý và hóa học trên, ankan mang lại những ứng dụng đa dạng và khác nhau trong thực tiễn đời sống. Điển hình là: 

• Nhiên liệu trong hàn cắt sắt kẽm kim loại .
• Dầu bôi trơn và chất dung môi .
• Được sử dụng để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác như : CH3Cl, CH2Cl2, CCl4, CF2Cl2, …
• Đặc biệt, CH4 hoàn toàn có thể ứng dụng để điều chế nhiều chất khác nhau như : Hỗn hợp CO + H2, ammoniac, C2H2, rượu metylic, andehit fomic, …

So sánh ankan, anken, ankin

Từ đặc thù cấu trúc và đặc thù, ta có bảng so sánh ankan, anken và ankin như sau :

Xem thêm: 

Bài tập về ankan SGK Hóa học 11 kèm lời giải chi tiết

Để nắm được những kiến thức trọng tâm đầy đủ nhất về ankan, cùng Monkey vận dụng lý thuyết đã học để thực hành một số bài tập cơ bản trong SGK Hóa học 11 dưới đây. 

Bài 1 (trang 115 SGK Hóa 11)

Thế nào là hidrocacbon no, ankan, xicloankan ?

Gợi ý đáp án: 

Hiđrocacbon no là hiđrocacbon mà trong phân tử chỉ có link đơn. hiđrocacbon no được chia thành hai loại :

• Ankan ( hay parafin ) là những hiđrocacbon no không có mạch vòng .
• Xicloankan là những hiđrocacbon no có mạch vòng .

Hiđrocacbon no là nguồn nguyên vật liệu chính và là nguồn nguyên vật liệu quan trọng ngành công nghiệp hóa học .

Bài 2 (trang 115 SGK Hóa 11)

Viết công thức phân tử của những hidrocacbon tương ứng với những gốc ankyl sau : – CH3 ; – C3H7 ; – C6H13

Gợi ý đáp án: 

Bài 4 (trang 116 SGK Hóa 11)

Các hidrocacbon no được dùng làm nguyên vật liệu do nguyên do nào sau đây ?
A. Hiđrocacbon no có phản ứng thế .
B. Hiđrocacbon no có nhiều trong tự nhiên .
C. Hiđrocacbon no là chất nhẹ hơn nước .
D. Hiđrocacbon no cháy tỏa nhiều nhiệt và có nhiều trong tự nhiên

Lời giải: Đáp án D.

Bài 5 (trang 116 SGK Hóa 11)

Hãy lý giải :
a ) Tại sao không được để những bình chứa xăng, dầu ( gồm những ankan ) gần lửa, trong khi đó người ta hoàn toàn có thể nấu chảy nhựa đường để làm giao thông vận tải .
b ) Không dùng nước để dập những đám cháy xăng, dầu mà phải dùng cát hoặc bình chứa khí cacbonic .

Gợi ý đáp án: 

a ) Không được để những bình chứa xăng, dầu gần lửa là vì : Xăng dầu gồm những ankan mạch ngắn, dễ bay hơi, rất dễ bắt lửa. Nhưng người ta hoàn toàn có thể nấu chảy nhựa đường để làm đường giao thông vận tải vì nhựa đường chứa những ankan có mạch cacbon rất lớn, khó bay hơi và rất khó bắt lửa .
b ) Không dùng nước để dập những đám cháy xăng dầu mà cần dùng cát hoặc những bình chứa khí cacbonic là vì : Xăng, dầu nhẹ hơn nước ; khi dùng nước thì xăng, dầu sẽ nổi lên trên mặt nước, làm cho đám cháy cháy thêm to hơn. Khi sử dụng cát hoặc bình chứa khí cacbonic, sẽ ngăn cản xăng, dầu tiếp xúc với oxi để đám cháy bị dập tắt .

Bài 7 (trang 116 SGK Hóa 11)

Khi đốt cháy trọn vẹn 3,6 g ankan X thu được 5,6 lít khí CO2 ( đktc ). Công thức phân tử của X là :
A. C3H8 ;
B. C5H10
C. C5H12 ;
D. C4H10

Gợi ý đáp án: 

Gọi công thức phân tử của ankan là : CnH2n + 2

⇒ n = 5 ⇒ ankan là C5H12
Vậy đáp án đúng là C .

Như vậy, bài viết trên đã giúp bạn đọc có thêm những kiến thức cơ bản về ankan, bao gồm: Ankan là gì, tính chất vật lý, hóa học, ứng dụng và cách điều chế. Monkey hy vọng rằng bạn có thể vận dụng tốt những kiến thức đã học này trong những bài tập thực hành môn Hóa học cũng như thực tiễn đời sống. Đừng quên truy cập website của Monkey mỗi ngày để cập nhật những thông tin thú vị khác về môn Hóa học nhé! 

Alkane – Ngày truy cập 15/8/2022

https://en.wikipedia.org/wiki/Alkane
What are Alkanes ? – Ngày truy vấn 15/8/2022
https://byjus.com/chemistry/alkanes/

Source: https://vh2.com.vn
Category : Ứng Dụng