ALKANE
I. KHÁI NIỆM, DANH PHÁP
1. Khái niệm và công thức chung của alkane:
- Alkane là các hydrocarbon no mạch hở chỉ chứa liên kết đơn (liên kết ) C-H và C-C trong phân tử.
- Công thức tổng quát chung của alkane CnH2n+2 (n là số nguyên, n ).
Ví dụ: CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12 ,…. lập thành dãy đồng đẳng của methane.
2. Danh pháp:
a) Alkane không phân nhánh:
- Tên theo danh pháp thay thế của alkane mạch không phân nhánh:
Bảng 15.1. Tên thay thế của một số alkane mạch không phân nhánh
Số nguyên tử carbon
Công thức alkane
Phần nền
Tên alkane
1
CH4
Meth-
Methane
2
CH3CH3
Eth-
Ethane
3
CH3[CH2] CH3
Prop-
Propane
4
CH3[CH2]2 CH3
But-
Butane
5
CH3[CH2]3 CH3
Pent-
Pentane
6
CH3[CH2]4 CH3
Hex-
Hexane
7
CH3[CH2]5 CH3
Hept-
Heptane
8
CH3[CH2]6 CH3
Oct-
Octane
9
CH3[CH2]7 CH3
Non-
Nonane
10
CH3[CH2]8 CH3
Dec-
Decane
b) Alkane mạch nhánh:
- Gốc Alkyl: phần còn lại sau khi lấy đi một nguyên tử hydrogen từ phân tử alkane (công thức chung của gốc alkyl là CnH2n+1 ).
Ví dụ: methyl (CH3-), ethyl (C2H5-), propyl (C3H7-),…
- Alkane mạch nhánh gồm Alkane mạch chính kết hợp với một hay nhiều nhánh.
- Tên theo danh sách thay thế của Alkane mạch phân nhánh:
* Lưu ý:
- Chọn mạch dài nhất, có nhiều nhánh nhất làm mạch chính.
- Đánh số nguyên tử carbon mạch chính sao cho mạch nhánh có số chỉ vị trí nhỏ nhất.
- Dùng chữ số (1,2,3,…) và gạch nối (-) để chỉ vị trí nhánh, nhóm cuối cùng viết liền với tên mạch chính.
- Nếu có nhiều nhánh giống nhau: dùng các từ như di- (2), tri- (3), tetra- (4),…. để chỉ số lượng nhóm giống nhau; tên nhánh viết theo thứ tự bảng chữ cái.
Ví dụ:
Ví dụ 1. Alkane là các hydrocarbon
A. no, mạch vòng, chỉ chứa liên kết đơn C-H và C-C trong phân tử.
B. no, mạch hở, chỉ chứa liên kết đơn C-H và C-C trong phân tử.
C. không no, mạch hở có một liên kết đôi C=C trong phân tử.
D. không no, mạch vòng có một liên kết đôi C=C trong phân tử.
Ví dụ 2. Viết các công thức cấu tạo và gọi tên theo danh pháp thay thế của các Alkane có công thức phân tử C4H10, C5H12, C6H14 và phân loại các đồng phân đó.
Đáp án:
C4H10
CH3 – CH2 – CH2 – CH3: butane
: 2 – methylbutane
(isobutane)
C5H12
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3: pentane
: 2 – methylbutane (isopentane)
: 2,2 – dimethylpentane (neopentane)
C6H14
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3: hexane
: 2 – methylpentane (isohexane)
: 3 - methylpantan
: 2, 2 – dimethylbutane (neohexane)
: 2, 3 - dimethylbutane
Ví dụ 3. Viết công thức cấu tạo của Alkane có tên gọi sau đây:
a) 2-methylpropane b) 3-ethyl-2,4-dimethylhexane
c) isopentane d) neopentane
Đáp án:


Ví dụ 4. Gọi tên các alkane sau:
(i) (ii)
Đáp án:
Tên các alkane: (i) 3 – ethyl – 2 – methylheptane (ii) 3,3 – diethylpentane.
II. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO
- Trong phân tử Alkane chỉ chứa các liên kết đơn C-C và C-H. Các liên kết này là liên kết bền vững và kém phân cực. Do vậy, phân tử Alkane hầu như không phân cực và ở điều kiện thường chúng tương đối trơ về mặt hoá học.
- Trong phân tử methane, bốn liên kết C-H giống nhau tạo với nhau 1 góc 109,5oC và hướng về bốn đỉnh của một tứ diện đều (Hình 15.1a).
-
Hình 15.1. Công thức cấu tạo và mô hình phân tử của methane và ethane
Ví dụ 1. Mô tả hình dạng của phân tử methane và ethane.
Đáp án:
- Trong phân tử methane, bốn liên kết C – H giống nhau tạo với nhau 1 góc 109,5o và hướng về 4 đỉnh của hình tứ diện đều.
- Trong phân tử ethane, mỗi nguyên tử C tạo được 4 liên kết đơn hướng từ nguyên tử C (nằm ở tâm của hình tứ diện) về 4 đỉnh của một tứ diện với góc liên kết  khoảng 109,5o.
III. TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Bảng 15.2. Tính chất vật lý của một số Alkane
Alkane
nhiệt độ nóng chảy
oC
Nhiệt độ sôi oC
Khối lượng riêng (g/cm3) ở 20 oC
Methane
-182,5
-161,5
-
Ethane
-183,3
-88,6
-
Propane
-187,7
-42,1
0,501
Butane
-138,3
-0,5
0,579
Pentane
-129,7
36,1
0,626
Hexane
-95,3
68,7
0,659
Heptane
-90,6
98,4
0,684
Octane
-56,8
125,7
0,703
Nonane
-53,6
150,8
0,718
Decane
-29,7
174,0
0,730
- Ở điều kiện thường, Alkane từ C1 đến C4 và neopentane ở trạng thái khí, từ C5 đến C17 (trừ neopentane) ở trạng thái lỏng, không màu. Alkane từ C18 trở lên là chất rắn, màu trắng (còn gọi là sáp paraffin). Các Alkane mạch nhánh thường có nhiệt độ sôi thấp hơn so với đồng phân Alkane mạch không phân nhánh. Alkane không tan hoặc tan rất ít trong nước, nhẹ hơn nước, tan tốt trong dung môi hữu cơ.
Ví dụ 1.
a) Dựa vào Bảng 15.2, em hãy nhận xét về quy luật biến đổi nhiệt độ sôi của alkane theo phân tử khối.
b) So sánh và giải thích nhiệt độ sôi của alkane mạch không phân nhánh với alkane mạch phân nhánh khi chúng có cùng số nguyên tử carbon trong phân tử.
Đáp án:
a) Nhiệt độ sôi của các alkane tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối.
b) Các phân tử alkane phân nhánh có nhiệt độ sôi thấp hơn các phân tử alkane không phân nhánh dù cho chúng có cùng số nguyên tử carbon. Điều này được giải thích vì các phân tử alkane không phân nhánh có diện tích bề mặt lớn hơn so với phân tử alkane phân nhánh nên tồn tại tương tác van der Waals giữa các phân tử lớn hơn, dẫn đến nhiệt độ sôi cao hơn.
Ví dụ 2. Ở điều kiện thường dãy hydrocarbon nào sau đây ở thể khí?
A. C10H22, C5H12. B. C2H6, C6H14. C. CH4, C3H8. D. C3H8, C6H14.
Ví dụ 3. Em hãy cho biết xăng có tan được trong nước hay không và chất béo có tan được trong xăng hay không. Theo em, bác thợ sửa xe thường rửa tay bằng gì để sạch các vết dầu mỡ?
Đáp án:
Xăng có thành phần chính là các phân tử alkane có số nguyên tử carbon từ 7 - 11 nguyên tử. Vì xăng là các phân tử không phân cực trong khi nước là phân tử phân cực, nên xăng không tan được trong nước. Đồng thời, chất béo là hợp chất không phân cực nên chất béo cũng tan được trong xăng.
Dầu mỡ sửa chữa xe cũng là các phân tử alkane nên không thể tan được trong nước, điều đó được hiểu là dầu mỡ trên tay bác thợ sửa chữa xe không thể làm sạch chỉ bởi nước. Bác thợ sửa xe thường dùng dầu hoả (là các phân tử alkane có số nguyên tử carbon từ 12 - 15 nguyên tử) để hoà tan các vết dầu mỡ, sau đó rửa lại bằng xà phòng.
IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
1. Phản ứng thế:
- Khi đặt bình chứa hỗn hợp của Alkane với halogen (thường là chlorine hoặc bromine) trong phòng tối và ở nhiệt độ phòng, phản ứng không xảy ra. Nhưng nếu đun nóng hoặc chiếu ánh sáng sẽ xảy ra phản ứng thế nguyên tử hydrogen trong Alkane bằng nguyên tử halogen:
- Phản ứng trên được gọi là phản ứng halogen hoá Alkane. Sản phẩm của phản ứng halogen hoá là các dẫn xuất halogen.
Ví dụ: Khi trộn methane với chlorine và chiếu ánh sáng tử ngoại, sản phẩm thu được là chloromethane.
- Phản ứng thế có thể tiếp tục diễn ra với các nguyên tử hydrogen còn lại của chloronethane cho hỗn hợp các sản phẩm chloromethane, dichloromethane, trichloromethane và tetrachlomethane.
- Khi thực hiện phản ứng thế halogen vào các Alkane có 3 nguyên tử carbon trở lên sẽ thu được hỗn hợp các sản phẩm thế monohalogen.
2. Phản ứng cracking:
- Cracking Alkane là quá trình phân cắt liên kết C-C (bẽ gãy mạch carbon) của các Alkane mạch dài để tạo thành hỗn hợp các hydrocarbon có mạch carbon ngắn hơn.
- Phản ứng cracking được ứng dụng trong công nghiệp lọc dầu. Phản ứng cracking được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cao và thường có xúc tác.
Ví dụ: Cracking nonane C9H20 thu được các Alkane mạch ngắn hơn là C5 -C7 và alkene C2-C4. Sơ đồ phản ứng:
3. Phản ứng reforming:
- Reforming Alkane là quá trình chuyển các Alkane mạch không phân nhánh thành các Alkane mạch phân nhánh và các hydrocarbon mạch vòng nhưng không làm thay đổi số nguyên tử carbon trong phân tử và củng không làm thay đổi đáng kể nhiệt độ sôi của chúng.
- Reforming Alkane xảy ra quá trình đồng phân hoá (isomer hoá) và arene hoá (thơm hoá). Quá trình thực hiện với các Alkane C5-C11 trong điều kiện nhiệt độ cao và thường có xúc tác.
Ví dụ: Reforming hexane thu được các Alkane mạch nhánh và các hydrocarbon mạch vòng.
- Quá trình reforming được ứng dụng trong công nghiệp lọc dầu để làm tăng chỉ số octane của xăng và sản xuất các arene (benzene, toluene, xylene) làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ.
4. Phản ứng oxi hoá:
a) Phản ứng oxi hoá hoàn toàn (phản ứng cháy):
- Khi tiếp xúc với oxygen và có tia lửa khơi màu, Alkane bị đốt cháy tạo thành khí carbon dioxide, hơi nước và giải phóng năng lượng.
Ví dụ: Phản ứng cháy của Alkane có vai trò quan trọng đối với đời sống con người. Đốt cháy các Alkane cung cấp nhiệt để đun nấu, sưởi ấm và cung cấp năng lượng cho các ngành công nghiệp.
b) Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn:
- Ở nhiệt độ cao, có mặt xúc tác Alkane bị oxi hoá cắt mạch carbon bởi oxygen tạo thành hỗn hợp carbonxylic acid:
- Các acid béo mạch dài dùng để sản xuất xà phòng và các chất tẩy rửa được điều chế bằng phương pháp oxi hoá cắt mạch các Alkane C25-C35.
Ví dụ 1. Thí nghiệm: phản ứng bromine hoá hexane.
Chuẩn bị: Ống nghiệm, hexane, nước bromine, cốc thuỷ tinh.
Tiến hành:
- Cho vào ống nghiệm khoảng 1mL hexane rồi cho tiếp vào đó khoảng 1mL nước bromine.
Hiện tượng: Quan sát thấy ống nghiệm có hai lớp, lớp dưới là nước Bromine có màu vàng, lớp trên là hexane không màu.
- Lắc đều và quan sát hiện tượng.
- Đặt ống nghiệm vào cốc nước ấm (khoảng 50oC), quan sát hiện tượng xảy ra.
Trả lời câu hỏi:
1. Nêu hiện tượng xảy ra trong quá trình thí nghiệm. Giải thích.
2. Viết phương trình hoá học ở dạng công thức phân tử của phản ứng xảy ra trong thí nghiệm trên (nếu có), Giả thiết chỉ có một nguyên tử hydrogen được thay thế.
Đáp án:
1. Ban đầu ống nghiệm có hai lớp, lớp dưới là bromine màu vàng, lớp trên là hexane không màu.
Sau khi đặt ống nghiệm vào cốc nước nóng, thu được hỗn hợp không có màu.
2. Phương trình hoá học: C6H14 + Br2 C6H13Br + HBr
Ví dụ 2. Monochloro hoá propane (có chiếu sáng, ở 25°C), thu được 45% 1-chloropropane và 55% 2-chloropropane; còn monobromine hoá propane (có chiếu sáng và đun nóng đến 127 °C), thu được 4% 1-bromopropane và 96% 2-bromopropane. Dựa trên các kết quả thực nghiệm này, hãy nhận xét về:
(a) quan hệ giữa khả năng tham gia phản ứng thế của alkane và bậc của carbon;
(b) khả năng phản ứng của các halogen và tính chọn lọc vị trí thế của các halogen.
Đáp án:
(a) Bậc của carbon càng cao, phản ứng thế xảy ra càng dễ dàng. Phản ứng thế ở carbon bậc ba dễ hơn ở carbon bậc hai và phản ứng thế ở carbon bậc hai dễ hơn ở carbon bậc một.
(b) Chlorine tham gia phản ứng thế dễ đàng hơn so với bromine. Vì vậy, tính chọn lọc vị trí thế của chlorine yếu hơn so với bromine (nói cách khác, do khảnăng phản ứng của bromine yếu, nên bromine chủ yếu lựa chọn phản ứng ở vị trí carbon bậc cao hơn, nơi phản ứng xảy ra dễ dàng hơn).
45% 55%
4% 96%
Ví dụ 3. Hai hydrocarbon A và B có cùng công thức phân tử là C5H12 tác dụng với chlorine thì A chỉ tạo ra một dẫn xuất monochloro duy nhất, còn B có thể tạo ra 4 dẫn xuất monochloro. Gọi tên hydrocarbon A và B.
Đáp án:

2,2 – dimethylpropane 2 – methylbutane
Ví dụ 4. Khi cho 3-methylpentane tham gia phản ứng thế với chlorine trong điều kiện có chiếu sáng theo có thể tạo ra tối đa bao nhiêu dẫn xuất monochlorine?
A. 3. B. 4. C. 2. D. 5.
Đáp án: B.
Các vị trí có thể chlorine hóa tạo các đồng phân khác nhau (*) là:
Ví dụ 5. Dầu thô có thành phần chính là các hydrocarbon. Người ta có thể phân tách các hydrocacrbon có trong dầu thô bằng phương pháp chưng cất phân đoạn. Mỗi phân đoạn gồm một số hydrocarbon có nhiệt độ sôi gần nhau.
(a) Vì sao khó thu được hydrocarbon tinh khiết bằng cách chưng cất dầu thô?
(b) Undecane (C11H24) là một hydrocarbon mạch dài có trong dầu thô. Undecane có thể bị cracking tạo thành pentane và một alkene. Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.
Đáp án:
(a) Khó thu được hydrocarbon tinh khiết bằng cách chưng cất dầu thô bởi mỗi phân đoạn nhận được hỗn hợp hydrocarbon khác nhau có nhiệt độ sôi gần nhau.
(b) Các PTHH cracking Undecane có thể là:
C11H24  C5H12 + C6H12
C11H24  C5H12 + 2C3H6
C11H24  C5H12 + 3C2H4
Ví dụ 6. Phát biểu nào sau đây không đúng về phản ứng reforming alkane?
A. Chuyển alkane mạch không phân nhánh thành các alkane mạch phân nhánh.
B. Chuyển alkane mạch không phân nhánh thành các hydrocarbon mạch vòng.
C. Số nguyên tử carbon của chất tham gia và của sản phẩm bằng nhau.
D. Nhiệt độ sôi của sản phẩm lớn hơn nhiều so với alkane tham gia phản ứng.
Ví dụ 7. Viết phương trình reforming hexane tạo thành một alkane mạch phân nhánh và một hydrocarbon mạch vòng.
Đáp án:
Ví dụ 8. Thí nghiệm: phản ứng oxi hoá hexane.
Chuẩn bị: hexane, dung dịch KMnO4 1%; Ống nghiệm, bát sứ, que đóm.
Tiến hành:
1. Phản ứng của hexane với dung dịch KMnO4: Cho khoảng 1mL hexane vào ống nghiệm, thêm vài giọt KMnO4 1%, lắc đều ống nghiệm trong khoảng 5 phút, sau đó đặt ống nghiệm vào giá rồi để yên khoảng 10 phút. Quan sát thấy ống nghiệm có 2 lớp, lớp dưới là dung dịch KMnO4 trong nước màu tím, lớp trên là hexane không màu.
2. Phản ứng đốt cháy hexane: Cho khoảng 1mL hexane (lưu ý không được lấy nhiều hơn) vào bát sứ nhỏ, cẩn thận đưa que đóm đang cháy vào bề mặt chất lỏng, hexane bốc cháy cho ngọn lửa màu vàng.
Trả lời câu hỏi:
a) Hexane có phản ứng với dung dịch KMnO4 ở điều kiện thường không? Tại sao?
b) Tại sao lại đốt cháy hexane trong bát sứ mà không đốt trên cốc thuỷ tinh? Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.
c) Nếu đốt cháy hexane trong điều kiện thiếu oxygen sẽ tạo ra carbon monoxide và nước. Hãy viết phương trình hoá học của phản ứng này.
Chú ý an toàn: Hexane bay hơi mạnh, dễ bắt lửa và cháy.
Đáp án:
a) Hexane không phản ứng với dung dịch KMnO4 ở điều kiện thường. Do ở phân tử hexane chỉ có các liên kết đơn C – C và C – H, đó là các liên kết σ bền vững, vì thế hexane tương đối trơ về mặt hoá học, không phản ứng với chất oxi hoá mạnh như KMnO4.
b) Đốt cháy hexane trong bát sứ mà không nên đốt trong cốc thuỷ tinh do phản ứng này toả ra lượng nhiệt lớn có thể làm vỡ cốc thuỷ tinh.
Phương trình hoá học minh hoạ:
Phương trình hoá học của phản ứng:
c) Đốt cháy hexane trong điều kiện thiếu oxygen:
V. ỨNG DỤNG
- Khí thiên nhiên và dầu mỏ là nhiên liệu sạch và được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Chúng được sử dụng làm nhiên liệu trong sản xuất và đời sống.
- LPG (Liquefied Petroleum Gas) thương phẩm chứa propane C3H8 và butane C4H10.
- Ngoài ra, khí thiên nhiên và dầu mỏ với thành phần chính là methane được dùng làm nguyên liệu để sản xuất phân bón ure, hydrogen và ammonia.
- Các Alkane lỏng được sử dụng làm nhiên liệu xăng, diesel và nhiên liệu phản lực (jet fuel),…
- Các Alkane C6, C7, C8 là nguyên liệu sản xuất benzene, toluene và các đồng phân xylene.
- Các Alkane từ C11 đến C20 (vaseline) được dùng làm kem dưỡng da, sáp nẻ, thuốc mỡ. Các Alkane từ C20 đến C35 (paraffin) được dùng làm nến, sáp,…
Ví dụ 1. Mỗi phát biểu sau đây về ứng dụng của alkane là đúng hay sai?
a. Propane C3H8 và butane C4H10 được sử dụng làm khí đốt.
b. Các alkane C6, C7, C8 là nguyên liệu sản xuất benzene, toluene và các đồng phân xylene.
c. Các alkane từ C11 đến C20 được dùng làm nến và sáp.
d. Các alkane lỏng được sử dụng làm nhiên liệu như xăng hay dầu diesel.
Đáp án:
a. Đúng.
b. Đúng.
c. Sai. Các Alkane từ C20 đến C35 (paraffin) được dùng làm nến, sáp.
d. Đúng.
Ví dụ 2.
a) Tại sao ở các cây xăng, kho chứa xăng dầu thường được treo các biển cấm dưới đây?
b) Vì sao không được dùng nước để dập tắt đám cháy xăng, dầu mà phải dùng cát hoặc CO2.
Đáp án:
a) Do xăng, dầu dễ bay hơi, dễ bắt lửa, dễ cháy do đó ở các cây xăng, kho chứa xăng dầu thường treo các biển cấm lửa, cấm hút thuốc.
b) Không dùng nước để dập các đám cháy xăng, dầu mà phải dùng cát hoặc các bình chứa khí CO2 là vì: xăng, dầu nhẹ hơn nước; khi dùng nước để dập đám cháy thì xăng, dầu sẽ nổi lên trên mặt nước, lan rộng theo nước tràn làm cho đám cháy trở lên mãnh liệt hơn. Còn khi sử dụng cát hoặc bình chứa khí CO2 thì sẽ ngăn cản xăng, dầu tiếp xúc với oxygen không khí làm cho đám cháy bị dập tắt.
Ví dụ 3. Khí gas đun nấu (có thành phần chính là propane và butane) có thể gây ngạt. Khí gas nặng hơn không khí (propane nặng gấp 1,55 lần; butanne nặng gấp 2,07 lần không khí) nên khi thoát khỏi thiết bị chứa, gas tích tụ ở những chỗ thấp trên mặt đất và tạo thành hỗn hợp gây cháy nổ. Khi phát hiện rò rỉ khí gas trong nhà, chúng ta cần phải làm gì để đảm bảo an toàn?
Đáp án:
Một số biện pháp nhằm đảm bảo an toàn như sau:
- Làm thoáng không khí trong phòng bằng cách mở cửa.
- không được bất các thiết bị đèn như quạt, đèn…
- Kiểm tra khóa bình gas, yêu cầu khóa lại nếu chưa khóa.
- Báo cho nhà cung cấp để đến sữa chữa, thay thế nếu do van bị hỏng hoặc ống dẫn gas bị hở…
Ví dụ 4. Biogas hay khí sinh học là một hỗn hợp khí (chủ yếu là methane, chiếm hơn 60%) được sinh ra từ quá trình phân huỷ kị khí của các phụ phẩm nông nghiệp (chất thải của gia súc, gia cầm, rơm, rạ,...), rác thải hữu cơ,... Mỗi m3 biogas có thể cung cấp năng lượng tương đương với 0,4 kg dầu diesel hoặc 0,6 kg xăng hoặc 0,8 kg than. Cho biết sử dụng biogas mang lại lợi ích gì?
Đáp án:
Sử dụng biogas mang lại các lợi ích:
- Tránh được mầm bệnh cho vật nuôi, tận dụng được nguồn phân bón, thu được khí gas.
- Giải phóng sức lao động cho nội trợ.
- Giữ được môi trường xanh sạch đẹp.
- Tiết kiệm được chi phí hàng tháng.
VI. ĐIỀU CHẾ
1. Trong phòng thí nghiệm:
- Methane được điều chế bằng cách đun nóng sodium acetate khan với hỗn hợp vôi tôi xút:
CH3COONa + NaOH CH4 + Na2CO3
2. Phương pháp điều chế Alkane ở thể khí trong công nghiệp:
- Các Alkane ở thể khí chủ yếu được lấy từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ. Sau khi loại bỏ các hợp chất không phải là hydrocarbon (đặc biệt là H2S và CO2), khi được dẫn qua đường ống dẫn đến nơi tiêu thụ hoặc được nén lại ở dạng lỏng (hóa lỏng ở áp suất cao) để dễ dàng vận chuyển. Khí dầu mỏ hóa lỏng là LPG, còn khí thiên nhiên hóa lỏng là LNG (Liquefied natural gas).
3. Phương pháp điều chế Alkane ở thể lỏng, rắn trong công nghiệp:
- Khi chưng cất dầu mỏ nhận được hỗn hợp Alkane có chiều dài mạch carbon khác nhau ở các phân đoạn sôi khác nhau. Để nhận được các Alkane tinh khiết cần phải có các công nghệ tách và tinh chế rất phức tạp.
- Khí ngưng tụ chứa chủ yếu Alkane C5 – C8, là sản phẩm thu được khi khai thác dầu mỏ. Chúng được bơm lên cùng với dầu và được ngưng tụ thành chất lỏng. Khí ngưng tụ thường được chế biến thành xăng.
Ví dụ 1. Trong công nghiệp, các alkane được điều chế từ nguồn nào sau đây?
A. CH3COONa. B. Dầu mỏ và khí dầu mỏ.
C. CaC2. D. Khí biogas.
VII. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO PHƯƠNG TIỆN GIAO
1. Các chất trong khí thải của phương tiện giao thông gây ô nhiễm không khí
- Quá trình cháy của xăng, dầu diesel trong động cơ các phương tiện giao thông tạo ra sản phẩm cuối cùng là CO2. Khí này là nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên. Nếu xăng, dầu diesel cháy không hoàn toàn, thiếu oxygen thì tạo ra khí CO, VOCs (các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi như fomaldehyde, benzene, toluene,…) và các hạt bụi đen chứa các hợp chất arene đa vòng rất độc. Nhiên liệu chứa sulfur khi cháy sinh ra các oxide của sulfur SOx. Ngoài ra, quá trình cháy tạo nhiệt độ cao khiến oxygen và nitrogen trong không khí phản ứng với nhau, tạo thành các loại nitrogen NOx. Các chất này gây ô nhiễm môi trường không khí.
2. Một số biện pháp hạn chế ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông:
- Sử dụng nhiên liệu cháy sạch: để đảm bảo sức khỏe con người, trong tiêu chuẩn nhiên liệu có yêu cầu nghiêm ngặt về chỉ số octane đối với xăng và chỉ số cetane đối với diesel. Ngoài ra, còn có yêu cầu về hàm lượng kim loại nặng.
- Đối với xăng, có yêu cầu về hàm lượng benzene. Theo tiêu chuẩn EURO 4 và EURO 5, hàm lượng benzene phải nhỏ hơn 1 % về thể tích.
+ Đối với nhiên liệu diesel, có yêu cầu về hàm lượng sulfur và hàm lượng arene đa vòng. Theo tiêu chuẩn EURO 4 hàm lượng sulfur phải dưới 50 mg/kg và theo tiêu chuẩn EURO 5 phải dưới 10 mg/kg. Theo tiêu chuẩn EURO 4 và EURO 5, hàm lượng arene đa vòng PAHs phải dưới 11%.
- Sử dụng nhiên liệu sinh học như xăng pha thêm ethanol (E5, E10,…) biodiesel. Ethanol vừa là phụ gia tăng chỉ số octane vừa là nhiên liệu cháy sạch. Biodiesel là methyl ester của các acid béo trong dầu mỡ động thực vật vì thực phẩm, nhiên liệu này có chỉ số octane cao không chứa surful và arene.
- Sử dụng các phương tiện giao thông tiết kiệm năng lượng và chuyển đổi sang các loại động cơ điện.
Ví dụ 1. Biết rằng thành phần chủ yếu của xăng dầu là hydrocarbon. Hãy giải thích vì sao:
(a) phải chứa xăng dầu trong các thùng chứa chuyên dụng và bảo quản ở những kho riêng.
(b) các sự cố tràn dầu trên biển thường gây ra thảm hoạ cho một vùng biển rất rộng.
(c) khi bị cháy xăng dầu không nên dùng nước để dập đám cháy.
Đáp án:
(a) phải chứa xăng dầu trong các thùng chứa chuyên dụng và bảo quản ở những kho riêng vì chúng dễ gây cháy nổ.
(b) các sự cố tràn dầu trên biển thường gây ra thảm hoạ cho một vùng biển rất rộng vì các hydrocarbon không tan trong nước và nhẹ hơn nước nên loang khắp mặt biển.
(c) khi bị cháy xăng dầu không nên dùng nước để dập đám cháy vì đám cháy sẽ loang nhanh hơn do xăng dầu không tan trong nước và nhẹ hơn nước.
Ví dụ 2. Khí thải của động cơ có thể chứa những chất nào gây ô nhiễm môi trường? Có những giải pháp nào để hạn chế ô nhiễm môi trường do khí thải của động cơ?
Đáp án:
Khí thải của động cơ có thể chứa các chất gây ô nhiễm môi trường như: carbon dioxide; carbon monoxide; các oxide của nitrogen (sinh ra từ phản ứng của oxygen với nitrogen không khí), alkane chưa cháy hết.
Một số giải pháp để hạn chế ô nhiễm môi trường do khí thải của động cơ:
- Giảm bớt lượng chì (lead) có trong nhiên liệu.
- Tăng hiệu suất đốt cháy nhiên liệu động cơ.
- Đưa thêm chất xúc tác vào ống xả động cơ nhằm tiếp tục chuyển hoá alkane trong khí thải động cơ thành carbon dioxide và nước.
- Trồng nhiều cây xanh.
CÁC DẠNG TOÁN TRỌNG TÂM
Dạng 1: Bài toán về năng lượng hóa học – đốt cháy nhiên liệu
v Biến thiên enthalpy của phản ứng
- Theo biến thiên enthalpy tạo thành: =
Enthalpy tạo thành chuẩn của đơn chất bền vững bằng 0.
- Theo năng lượng liên kết: =
v Một số lưu ý khi giải bài toán đốt cháy nhiên liệu
- Nhiệt lượng (Q) tỏa ra khi đốt cháy một chất: Qtỏa = số mol x lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy 1 mol chất
- Nhiên liệu thường là hỗn hợp các chất nên lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu bằng tổng lượng nhiệt đốt cháy các chất thành phần: Qtổng = Q1 + Q2 + ….
- Các quá trình sử dụng nhiệt thường bị thất thoát nhiệt ra môi trường nên hiệu suất sử dụng nhiệt < 100%
- Nhiệt lượng vật tỏa ra hoặc thu vào: Q = m.c.ΔT
♦ m: Khối lượng chất (với dung dịch loãng coi khối lượng riêng là khối lượng riêng của nước: 1g/ml)
♦ c: Nhiệt dung (năng lượng cần để đưa 1 gam chất tăng lên 1oC).
Với dung dịch loãng coi nhiệt dung của dung dịch là nhiệt dung của nước: c = 4,2 J/g.K
♦ ΔT là độ biến thiên nhiệt độ (|t2 – t1|)
Ví dụ 1. Cho phương trình nhiệt hóa học đốt cháy methane và propane:

(a) Nếu lấy cùng số mol methane và propane, chất nào toả nhiều nhiệt hơn?
(b) Nếu lấy cùng khối lượng methane và propane, chất nào toả nhiều nhiệt hơn?
Đáp án:
(a) 1 mol methane đốt cháy tỏa ra nhiệt lượng là 890 kJ
1 mol propane đốt cháy tỏa ra nhiệt lượng là 2219 kJ
Nếu lấy cùng số mol thì propane tỏa nhiều nhiệt hơn.
(b) Lấy cùng khối lượng methane và propane là 1 gam.
Nhiệt tỏa ra khi đốt cháy 1 gam methane là = 55,625 kJ
Nhiệt tỏa ra khi đốt cháy 1 gam propane là = 50,43 kJ
Nếu lấy cùng khối lượng thì methane tỏa nhiều nhiệt hơn
Ví dụ 2. Tính nhiệt hình thành chuẩn của methane và propane. Biết nhiệt cháy chuẩn (nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất ở điều kiện chuẩn) của methane và propane lần lượt bằng -890 kJ/mol và -2216 kJ/mol; nhiệt hình thành chuẩn của CO2(g) và H2O(l) lần lượt là -393,5 kJ/mol và -285,8 kJ/mol. Biết rằng nhiệt cháy chuẩn của một chất là biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy 1 mol chất đó bằng oxygen ở điều kiện chuẩn.
Đáp án:
Nhiệt cháy của methane là biến thiên enthalpy của phản ứng:
CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l)
= -890 kJ
= 1.(-393,5) +2 (-285,8) + 890 = - 75,1 (kJ/mol) (= 0)
Nhiệt cháy của propane là biến thiên enthalpy của phản ứng:
C3H8 (g) + 5O2 (g) 3CO2 (g) + 4H2O (l)
= -2216 kJ
= 3.(-393,5) + 4.( -285,8) + 2216 = - 107,7 (kJ/mol).
Ví dụ 3. Gas, nhiên liệu phổ biến hiện nay có thành phần chính là propane và butane. Nhiệt lượng giải phóng khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg một loại gas là khoảng 50 400 kJ.
(a) Biết để làm nóng 1 kg nước lên 1 độ thì cần cung cấp nhiệt lượng là 4 200 J. Để đun sôi 30 kg nước từ nhiệt độ 20oC cần cung cấp bao nhiêu kJ nhiệt?
(b) Cần đốt cháy hoàn toàn bao nhiêu kg gas để cung cấp đủ nhiệt lượng trên, biết hiệu suất hấp thụ nhiệt đạt 80%?
Đáp án:
(a) Để đun sôi 30 kg nước từ nhiệt độ 20oC, nhiệt lượng cần cung cấp là:
kJ
(b) Số kg gas cần đốt cháy để cung cấp đủ nhiệt lượng trên là kg
Ví dụ 4. Một mẫu khí gas X chứa hỗn hợp propane và butane.
Cho các phản ứng:

Đốt cháy hoàn toàn 12 gam mẫu khí gas X tỏa ra nhiệt lượng 597,6 kJ. Xác định tỉ lệ số mol của propane và butane trong X.
Đáp án: 1 : 2.
Gọi
12 gam X tỏa ra lượng nhiệt là: (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình:
Ví dụ 5. Bình “ga” loại 12 cân sử dụng trong hộ gia đình Y có chứa 12 kg khí hóa lỏng (LPG) gồm propane và butane với tỉ lệ mol tương ứng là 2 : 3. Khi đốt cháy hoàn toàn, 1 mol propane tỏa ra lượng nhiệt là 2220 kJ và 1 mol butane tỏa ra lượng nhiệt là 2850 kJ. Trung bình, lượng nhiệt tiêu thụ từ đốt khí “ga” của hộ gia đình Y là 10 000 kJ/ngày và hiệu suất sử dụng nhiệt là 67,3%. Sau bao nhiêu ngày hộ gia đình Y sử dụng hết bình ga trên? (Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).
Đáp án: 40.
Lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hết 12 kg khí ga trên là 91,6.2220 + 137,4.2850 = 594942 kJ
Vì H = 67,3% nhiệt sử dụng thực tế là 594942.67,3% = 400396 kJ
Số ngày gia đình Y sử dụng hết bình ga là ngày.
BÀI TẬP TỰ LUYỆN
PHẦN I. Câu trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn. Mỗi câu thí sinh chọn một phương án.
Câu 1. Alkane là các hydrocarbon
A. no, mạch vòng. B. no, mạch hở.
C. không no, mạch hở. D. không no, mạch vòng.
Câu 2. Đặc điểm nào sau đây là của hydrocarbon no?
A. Chỉ có liên kết đôi. B. Chỉ có liên kết đơn.
C. Có ít nhất một vòng no. D. Có ít nhất một liên kết đôi.
Câu 3. Cho dãy các chất sau:
Chất nào thuộc loại hydrocarbon no?
A. (1). B. (1), (3). C. (2), (4). D. (1), (2), (4).
Câu 4. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Những hợp chất mà trong phân tử chỉ chứa liên kết đơn là hydrocarbon no.
B. Hydrocarbon chỉ chứa liên kết đơn trong phân tử là hydrocarbon no.
C. Hydrocarbon có các liên kết đơn trong phân tử là hydrocarbon no.
D. Hydrocarbon có ít nhất một liên kết đơn trong phân tử là hydrocarbon no.
Câu 5. Alkane là những hydrocarbon no, mạch hở, có công thức chung là
A. CnH2n+2 (n ≥ 1). B. CnH2n (n ≥ 2). C. CnH2n-2 (n ≥ 2). D. CnH2n-6 (n ≥ 6).
Câu 6. Các alkane như: CH4, C2H6, C3H8, C4H10… hợp thành dãy
A. đồng đẳng của acetylen. B. đồng phân của methane.
C. đồng đẳng của methane. D. đồng phân của ethylene.
Câu 7. Công thức phân tử nào sau đây không phải là công thức của một alkane?
A. C2H6. B. C3H6. C. C4H10. D. C5H12.
Câu 8. Trong các nhận xét dưới đây, nhận xét nào sai?
A. Tất cả các alkane đều có công thức phân tử CnH2n + 2 (n ≥ 1).
B. Tất cả các chất có công thức phân tử CnH2n + 2 (n ≥ 1) đều là alkane.
C. Tất cả các alkane đều chỉ có liên kết đơn trong phân tử.
D. Tất cả các chất chỉ có liên kết đơn trong phân tử đều là alkane.
Câu 9. Công thức phân tử của methane là
A. C2H6. B. C3H8. C. C4H10. D. CH4.
Câu 10. Số nguyên tử hydrogen trong phân tử propane là
A. 6. B. 4. C. 10. D. 8.
Câu 11. Pentane là tên theo danh pháp thay thế của
A. CH3[CH2]2CH3. B. CH3[CH2]3CH3. C. CH3[CH2]4CH3. D. CH3[CH2]5CH3.
Câu 12. Số nguyên tử carbon trong phân tử octane là
A. 6. B. 7. C. 9. D. 8.
Câu 13. Alkane (CH3)2CH–CH3 có tên theo danh pháp thay thế là
A. 2-methylpropane. B. isobutane. C. butane. D. 2-methylbutane.
Câu 14. Hydrocarbon X có công thức cấu tạo:
Danh pháp thay thế của X là
A. 2,3-dimethylpentane. B. 2,4-dimethylbutane.
C. 2,4-dimethylpentane. D. 2,4-methylpentane.
Câu 15. Alkane Y có công thức cấu tạo:
Danh pháp thay thế của Y là
A. 2,3,3-methylbutane. B. 2,2,3-dimethylbutane.
C. 2,2,3-trimethylbutane. D. 2,3,3-trimethylbutane.
Câu 16. Cho alkane sau:
Danh pháp thay thế của alkane trên là
A. 2-ethyl-3-methylbutane. B. 2-methyl-3-ethylbutane.
C. 3,4-dimethylpentane. D. 2,3-dimethylpentane.
Câu 17. Công thức cấu tạo của 2,3-dimethylbutane là
A. (CH3)2CH-CH(CH3)2. B. (CH3)3C-C(CH3)3.
C. (CH3)2C-CH(CH3)2. D. CH3CH2C(CH3)3.
Câu 18. Công thức cấu tạo thu gọn của neopentane là
A. . B. . C. . D. .
Câu 19. Tên thay thế của hydrocarbon có công thức cấu tạo (CH3)3CCH2CH2CH3 là
A. 2,2-dimethylpentane. B. 2,3-dimethylpentane.
C. 2,2,3- trimethylbutane. D. 2,2- dimethylbutane.
Câu 20. Tên thay thế của (CH3)3C–CH2–CH(CH3)2 là
A. 2,2,4,4-tetramethylbutane. B. 2,4,4-trimethylpentane.
C. 2,2,4-trimethylpentane. D. 2,4,4,4-tetramethylbutane.
Câu 21. Phần trăm khối lượng carbon trong alkane X là 83,33%. Công thức phân tử của X là
A. CH4. B. C3H8. C. C5H12. D. C10H22.
Câu 22. Số đồng phân cấu tạo tương ứng với công thức phân tử C4H10 là
A. 1. B. 2. C. 3. D. 4.
Câu 23. Số đồng phân cấu tạo tương ứng với công thức phân tử C5H12 là
A. 1. B. 2. C. 3. D. 4.
Câu 24. Alkane X có công thức phân tử C6H14. Số công thức cấu tạo của X là
A. 2. B. 3. C. 4. D. 5.

onthicaptoc.com Cac dang bai tap bai ALKANE