Alkane: công thức chung CnH2n+2, danh pháp, tính chất vật lí, hóa học, điều chế và bài tập có đáp án Hóa 11
Alkane là hydrocarbon no, mạch hở, công thức chung CnH2n+2, chỉ có liên kết đơn. Bài viết trình bày đồng phân, danh pháp IUPAC, tính chất vật lí, phản ứng thế halogen, cracking, đốt cháy, điều chế, ứng dụng cùng bài tập có đáp án Hóa 11.
Alkane là gì?
Alkane là các hydrocarbon no, mạch hở, trong phân tử chỉ có liên kết đơn C–C và C–H, có công thức chung $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$ ($n \ge 1$). Alkane đơn giản nhất là methane $\ce{CH4}$. Đây là thành phần chính của khí thiên nhiên, xăng dầu và là nguồn nhiên liệu quan trọng.
Danh pháp và tính chất vật lí
| $n$ | Tên | Công thức | Trạng thái |
|---|---|---|---|
| $1$ | Methane | $\ce{CH4}$ | Khí |
| $2$ | Ethane | $\ce{C2H6}$ | Khí |
| $3$ | Propane | $\ce{C3H8}$ | Khí |
| $4$ | Butane | $\ce{C4H10}$ | Khí |
| $5$ | Pentane | $\ce{C5H12}$ | Lỏng |
- Alkane mạch nhánh được gọi tên theo mạch chính dài nhất, đánh số sao cho vị trí nhánh nhỏ nhất, ví dụ 2-methylbutane $\ce{CH3CH(CH3)CH2CH3}$.
- $\ce{C1}$–$\ce{C4}$ là khí; $\ce{C5}$–$\ce{C17}$ là lỏng; từ $\ce{C18}$ là rắn; nhiệt độ sôi tăng theo phân tử khối.
- Nhẹ hơn nước, không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ.
Tính chất hóa học
| Phản ứng | Phương trình |
|---|---|
| Thế halogen (ánh sáng) | $\ce{CH4 + Cl2 ->[as] CH3Cl + HCl}$ |
| Cracking | $\ce{C4H10 ->[t, xt] CH4 + C3H6}$ |
| Tách hydrogen | $\ce{C2H6 ->[t, xt] C2H4 + H2}$ |
| Cháy | $\text{C}_n\text{H}_{2n+2} + \frac{3n+1}{2}\text{O}_2 \rightarrow n\text{CO}_2 + (n+1)\text{H}_2\text{O}$ |
Khi đốt alkane: $n_{\ce{H2O}} > n_{\ce{CO2}}$ và $n_{\text{alkane}} = n_{\ce{H2O}} - n_{\ce{CO2}}$.
Ví dụ 1
Đốt $0{,}1$ mol một alkane thu $0{,}3$ mol $\ce{CO2}$. Tìm công thức.
Số C $= 0{,}3 : 0{,}1 = 3$, alkane là propane $\ce{C3H8}$.
Ví dụ 2
Đốt cháy hoàn toàn $1{,}6$ g methane. Tính thể tích $\ce{O2}$ (điều kiện chuẩn).
$n_{\ce{CH4}} = 0{,}1$ mol; $\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}$ nên $n_{\ce{O2}} = 0{,}2$ mol, $V = 4{,}958$ L.
Xem bài: Cấu tạo hóa học và đồng phân
Điều chế và ứng dụng
- Điều chế $\ce{CH4}$: $\ce{Al4C3 + 12H2O -> 4Al(OH)3 + 3CH4}$ hoặc $\ce{CH3COONa + NaOH ->[CaO, t] CH4 + Na2CO3}$.
- Ứng dụng: nhiên liệu (khí gas, xăng), nguyên liệu tổng hợp hữu cơ, dung môi.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Gọi tên $\ce{CH3CH2CH2CH3}$ và $\ce{CH3CH(CH3)CH3}$.
- Đốt $0{,}2$ mol alkane thu $0{,}8$ mol $\ce{CO2}$. Tìm công thức.
- Viết phương trình $\ce{C2H6}$ thế $\ce{Cl2}$ (tỉ lệ $1:1$).
- Tính thể tích $\ce{CO2}$ (điều kiện chuẩn) khi đốt $4{,}4$ g $\ce{C3H8}$.
- Đốt cháy hoàn toàn một alkane thu $0{,}3$ mol $\ce{CO2}$ và $0{,}4$ mol $\ce{H2O}$. Tìm công thức alkane.
Đáp án
- Butane và 2-methylpropane.
- Số C $= 4$: $\ce{C4H10}$.
- $\ce{C2H6 + Cl2 ->[as] C2H5Cl + HCl}$.
- $n = 0{,}1$ mol nên $n_{\ce{CO2}} = 0{,}3$ mol, $V = 7{,}437$ L.
- $n_{\text{alkane}} = 0{,}4 - 0{,}3 = 0{,}1$ mol; số C $= 0{,}3 : 0{,}1 = 3$ nên $\ce{C3H8}$.
Tổng kết
Bài học liên quan
Xem tất cả bài học chủ điểm Hydrocarbon
Câu hỏi thường gặp
Alkane là gì?
Là hydrocarbon no, mạch hở, công thức chung $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$.
Alkane có phản ứng đặc trưng nào?
Phản ứng thế halogen, cracking, tách hydrogen và cháy.
Alkane nào là chất khí ở nhiệt độ thường?
Từ $\ce{C1}$ đến $\ce{C4}$.
Alkane có tan trong nước không?
Không, chúng nhẹ hơn nước và không tan.