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 CnH2n+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

  1. 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) (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).

  1. Mạch chính là mạch dài nhất có nhiều nhóm thế nhất.
  2. 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 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 CH2=CH2 + H2

Phương trình phản ứng tổng quát: CnH2n+2 CnH2n + 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=CH

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 CH4 + C3H6 hoặc C2H4 + C3H6 hoặc C4H8 + H2

Phương trình phản ứng tổng quát: CnH2n+2 CxH2x+2 + CyH2y

Chú ý:

  • Ankan thẳng CnH2n+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:

CnH2n+2 nC + (n+1)H2

Phản ứng phân hủy bởi halogen (Cl2 hoặc F2)

CnH2n+2 + nCl2 CnCl2n+2 + (n+1)H2

Phản ứng cháy của Ankan

Phản ứng này còn gọi là phản ứng oxi hóa ankan

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Phương trình phản ứng tổng quát: CnH2n+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:

  • nCO2 < nH2O.
  • nH2O – nCO2 = nankan bị đốt cháy.

Nếu đốt cháy 1 hiđrocacbon mà thu được nCO2 < nH2O thì hiđrocacbon đem đốt cháy thuộc loại ankan.

Nếu đốt cháy hỗn hợp hiđrocacbon cho nCO2 < nH2O 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 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 CH4↑ + Na2CO3

Phương trình phản ứng tổng quát: CnH2n+2-x(COONa)x + xNaOH CnH2n+2 + xNa2CO3

Riêng với CH4 có thể dùng phản ứng:

Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4

Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4

C + 2H2 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 = nCO2 / nX = 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 CnH2n và nanken = a mol;  nCH4 = b mol

=> a + b = 0,2  (1)

Bảo toàn nguyên tố C: nCO2 = n.nC2H2n + nCH4 => an + b = 0,3  (2)

công thức

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.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *