Ankan là gì? Cách gọi tên và phản ứng đặc trưng

Ankan là hydrocacbon mạch hở trong phân tử chỉ chứa các liên kết C-C và C-H.

Công thức chung của ankan là C_nH_2n+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.

Danh pháp, Cách gọi tên ankan

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

Để dễ nhớ các đồng phân này, chúng ta có câu:

Mẹ _(Metan) Em _(Etan) Phải _(Propan) Bón _(Butan) Phân _(Pentan) Hóa _(Hexan) Học _(Heptan) Ở (_Octan) Ngoài _(Nonan) Đồng _(Đecan).

2. 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.

Tính chất hóa học của ankan

Phản ứng đặc trưng của ankan

Phản ứng đặc trưng của ankan là phản ứng thế

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 + Cl₂ CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ CCl₄ + HCl

Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự và tạo thành hỗn hợp chất với tỉ lệ % khác nhau.

Ankan tác dụng với Clo

CH₃-CH₂-CH₃ + Cl₂ CH₃-CH₂-CH₂Cl +HCl (43%) và CH₃-CHCl-CH₃ + HCl (57%)

Ankan tác dụng với brom

CH₃-CH₂-CH₃ + Br₂ $small xrightarrow[]{t^{0},1:1}$ CH₃-CH₂-CH₂Br + HBr (3%) và CH₃-CHBr-CH₃ +HBr (97%)

Phản ứng tách của Ankan

Phản ứng tách H2 của Ankan

Phản ứng này còn gọi là phản ứng đề hidro hóa

CH₃-CH₃ $small xrightarrow[]{500^{0}C,xt}$ CH₂=CH₂ + H₂

Phương trình phản ứng tổng quát: C_nH_2n+2 $small dpi{100} fn_cm small xrightarrow[]{t^{0},xt}$ C_nH_2n + H₂

Chú ý:

Phản ứng tách H₂ chỉ xảy ra với những ankan trong phân tử có từ 2 nguyên tử C trở lên.
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 $small xrightarrow[]{t^{0},p,xt}$ CH₄ + C₃H₆ hoặc C₂H₄ + C₃H₆ hoặc C₄H₈ + H₂

Phương trình phản ứng tổng quát: C_nH_2n+2 $small xrightarrow[]{t^{0},p,xt}$ C_xH_2x+2 + C_yH_2y

Chú ý:

Ankan thẳng C_nH_2n+2 khi cracking có thể xảy ra theo (n – 2) hướng khác nhau tạo ra 2(n-2) sản phẩm.
Nếu hiệu suất phản ứng cracking 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:

C_nH_2n+2 $small xrightarrow[]{t^{0}}$ nC + (n+1)H₂

Phản ứng phân hủy bởi halogen (Cl₂ hoặc F₂)

C_nH_2n+2 + nCl₂ $small xrightarrow[]{t^{0}}$ C_nCl_2n+2 + (n+1)H₂

Phản ứng cháy của Ankan

Phản ứng này còn gọi là phản ứng oxi hóa ankan

CH₄ + 2O₂ $small xrightarrow[]{t^{0}}$ CO₂ + 2H₂O

Phương trình phản ứng tổng quát: C_nH_2n+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:

n_CO₂ < n_H₂_O.
n_H₂_O – 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.

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 $small dpi{100} fn_cm small xrightarrow[]{t^{0},xt}$ HCH=O + 2H₂O

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 $small dpi{100} fn_cm small dpi{100} fn_cm small xrightarrow[]{t^{0},CaO}$ CH₄↑ + Na₂CO₃

Phương trình phản ứng tổng quát: C_nH_2n+2-x(COONa)_x + xNaOH $small dpi{100} fn_cm small dpi{100} fn_cm small xrightarrow[]{t^{0},CaO}$ C_nH_2n+2 + xNa₂CO₃

Riêng với CH₄ có thể dùng phản ứng:

Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄

Al₄C₃ + 12HCl → 4AlCl₃ + 3CH₄

C + 2H₂ $small dpi{100} fn_cm small xrightarrow[]{t^{0},xt}$ CH₄

Hỗn hợp x gồm 1 ankan và 1 anken

Hỗn hợp X gồm 1 ankan và 1 anken. Tỉ khối của X so với H2 là 11,25. Đốt cháy hoàn toàn 4,48 lít X thu được 6,72 lít CO2 (các thể tích khí đo ở đktc). Công thức của ankan và anken lần lượt là:

Số C trung bình = n_CO2 / n_X = 0,3 / 0,2 = 1,5 => có 1 chất có số C < 1,5

Vì anken có số C tối thiểu là 2 => ankan có 1C => CH₄

Gọi anken cần tìm có CTPT là C_nH_2n và n_anken = a mol; n_CH4 = b mol

=> a + b = 0,2 (1)

Bảo toàn nguyên tố C: n_CO2 = n.n_C2H2n + n_CH4 => an + b = 0,3 (2)

Từ (1), (2), (3) => a = 0,05; an = 0,15; b = 0,15

=> n = 3 => anken là C₃H₆

Qua bài viết này, chắc hẳn các bạn đã ôn lại được kiến thức về ankan để giải các bài tập hóc búa trong các kì thi một cách ngon lành.

5/5 - (4 bình chọn)

Khoa học