Giáo án Hóa học Lớp 11 - Bài 35: Ankan. Tính chất hoá học, điều chế và ứng dụng

Bài 35 (1 tiết) Ankan : Tính chất hoá học, điều chế và ứng dụng Hình 5.4. Clo hoá metan MoPo-35. I - Tính chất hoá học 1. Phản ứng thế H: a) Hãy viết công thức cấu tạo các chất có trong bình phản ứng ở hình 5.4, biết rằng hình tròn màu đen chỉ C, màu trắng chỉ H, màu vàng chỉ Cl. b) Thoạt đầu trong bình chỉ có metan và clo. Sau khi chiếu sáng, nhờ những phản ứng nào mà tạo ra được các chất khác ? (yêu cầu HS viết phản ứng). c) Trong những chất tạo thành, những chất nào ở thể lỏng, những chất nào ở thể khí? d) Tên trong ngoặc đơn và tên bên ngoài thuộc loại tên nào ? (yêu cầu đọc tên và phân loại) CH3 -CH2 -CH3 CH3 -CHCl -CH3 + CH3 -CH2-CH2-Cl + HCl (1) 2-clopropan, 57% 1-clopropan, 43% CH3 -CH2 -CH3 CH3 -CHBr -CH3 + CH3-CH2-CH2-Br + HBr (2) 97% (chính) 3% (phụ) Clo hoạt động mạnh, thế cho H ở cacbon các bậc khác nhau. Brom kém koạt động hơn nên hầu như chỉ thế cho H ở cacbon bậc cao. Flo phản ứng mãnh liệt nên phân huỷ ankan thành C và HF. Iot quá yếu nên không phản ứng với ankan. Cơ chế phản ứng halogen hoá ankan Phản ứng clo hoá và brom hoá ankan xảy ra theo cơ chế gốc - dây chuyền, gồm 3 bước: Bước khơi mào; Bước phát triển dây chuyền; Bước đứt dây chuyền. 2. Phản ứng tách (gãy liên kết C - C và C - H) CH3 - CH3 CH2 = CH2 + H2 (1) CH3CH=CHCH3 + H2 (2) CH3CH2CH2CH3 CH3CH=CH2 + CH4 (3) CH2=CH2 + CH3CH3 (4) Nhận xét : Dưới tác dụng của nhiệt và xúc tác (Cr2O3, Fe, Pt...), các ankan không những bị tách hiđro tạo thành hiđrocacbon không no mà còn bị gãy các liên kết C - C tạo ra các phân tử nhỏ hơn. 3. Phản ứng oxi hoá ã Khi đốt, các ankan bị cháy tạo ra CO2, H2O và toả nhiều nhiệt : ã 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 toả nhiệt mà còn gây độc hại cho môi trường. ã Khi có xúc tác, nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hoá không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi, như ancol, anđehit, axit cacboxylic. ở phân tử ankan chỉ có các liên kết C - C và C - H. Đó là các liên kết s bền vững, vì thế các ankan tương đối trơ về mặt hoá học : ở nhiệt độ thường chúng không phản ứng với axit, bazơ và chất oxi hoá mạnh (như KMnO4). Dưới tác dụng của ánh sáng, xúc tác và nhiệt, ankan tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách và phản ứng oxi hoá. III - Điều chế và ứng dụng 1. Điều chế a) Trong công nghiệp : Metan và các đồng đẳng được tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ. b) Trong phòng thí nghiệm : CH3COONa(r) + NaOH(r) CH4ư + Na2CO3 (5) Al4C3 + 12H2O đ 3CH4ư + 4Al(OH)3 (6) 2. ứng dụng Làm nhiên liệu, vật liệu Ankan Làm nguyên liệu Hình 5C. ứng dụng của ankan BS: Halogen hoá đồng đẳng của metan (Gốc ankyl bậc I, dẫn tới hiệu suất 43%) (Gốc ankyl bậc II, dẫn tới hiệu suất 57%) (Gốc ankyl bậc III, dẫn tới hiệu suất 36%) Giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng thế clo là giai đoạn bứt nguyên tử H tạo ra gốc ankyl, tiểu phân trung gian của phản ứng: Gốc ankyl bậc III được siêu liên hợp với nhiều liên kết C-H hơn nên bền hơn gốc ankyl bậc II và tương tự như vậy, gốc ankyl bậc II bền hơn gốc ankyl bậc I. Điều đó làm cho gốc ankyl bậc III dễ được tạo ra hơn so với gốc ankyl bậc II và gốc ankyl bậc I. Tuy nhiên tốc độ tạo ra gốc cacbo còn phụ thuộc vào số lượng nguyên tử H cùng bậc: Đối với propan có 6 H có thể bị bứt ra để tạo thành gốc bậc I, nhưng chỉ có 2 H có thể bị bứt ra để tạo thành gốc bậc II. Đối vớ isobutan có 9 H có thể bị bứt ra để tạo thành gốc bậc I, nhưng chỉ có 1 H có thể bị bứt ra để tạo thành gốc bậc III. Sự tổ hợp 2 yếu trên dẫn tới các số liệu về hiệu suất như đã ghi ở trên. Phản ứng sunfoclo hoá Trong công nghiệp, người ta sunfoclo hóa các ankan phân đoạn C8-C16 từ dầu mỏ rồi cho sản phẩm tác dụng với xút để sản xuất chất hoạt động bề mặt dùng làm chất giặt rửa tổng hợp: Dưới đáy đại dương có loài vi khuẩn oxi hoá được metan trong điều kiện yếm khí. GY: â Nên bắt đầu từ hình 5.4, đàm thoại theo các câu hỏi như ở cột bên trái. â Yêu cầu HS xem xét , so sánh phản ứng 1 và 2 rồi rút ra nhận xét về hướng của phản ứng clo hóa và phản ứng brom hóa. ĐS: S: Khi clo hóa ankan, clo ưu tiên thế cho H ở cacbon bậc cao. Đ: Số liệu thực nghiệm cho thấy hướng của phản ứng halogen hóa phụ thuộc vào mức độ hoạt động của halogen như đã tóm tắt ở cột bên phải. GY: Cơ chế phản ứng là vấn đề khó đối với HS, chương trình chỉ yêu cầu nêu sơ lược. GV không nên giảng giải kĩ, mà nên đặt các câu hỏi để giúp HS biết từng phản ứng xảy ra ở 3 bước của phản ứng gốc-dây chuyền như đã được viết rõ trong SGK. Có thể dùng MoPo. MoPo-35. GY: GV yêu cầu HS xem xét các phản ứng 1-4. H: Về hình thức, ở mỗi phản ứng (từ 1 đến 4) những liên kết nào bị gãy, chất nào tách ra ? TL: ở phản ứng 1 và 2 có 2 liên kết C-H bị gẵy, ở phản ứng 3 và 4 có 1 liên kết C-H và 1 liên kết C-C bị gẵy (không nên chỉ ra cụ thể liên kết nào, vì cơ chế của phản ứng không đơn giản như hình thức của nó). GY: GV có thể thông tin về một vụ nổ khí metan ở một mỏ than nào đó và đàm thoại về phản ứng oxi hóa ankan. H: a) Hãy cho biết trong điều kiện nào thì ankan cháy mà không nổ, trong điều kiện nào thì nổ ? b) Vì sao xoong chảo đun trên bếp dầu thường bị đen hơn đun trên bếp gas ? GY: Sau khi nghiên cứu các mục 1, 2, 3, GV giúp HS rút ra nhận xét chung về tính chất hóa học của ankan và mối liên quan với cấu trúc của chúng như ở cột bên phải. ĐT H: a) Phản ứng 5, 6 là phản ứng vô cơ hay hữu cơ ? Chúng thuộc loại phản ứng nào ? b) So sánh 2 cách điều chế metan bằng phản ứng 5 và phản ứng 6. c) Hãy nói tên của ứng dụng cụ thể theo từng mùi tên trong hình 5C,những ứng dụng cụ thể nào dựa chủ yếu vào tính chất vật lí, những ứng dụng cụ thể nào dựa chủ yếu vào tính chất hoá học ? TL: a) (5): hữu cơ, phản ứng phân hủy. (6): vô cơ, phản ứng trao đổi. b) Phản ứng 5: Hóa chất dễ kiếm, rẻ tiền nhưng đòi hỏi phải đun đến nóng đỏ ống nghiệm, dễ làm nứt vỡ ống nghiệm. Phản ứng 6: Thực hiện dễ dàng ngay ở nhiệt độ thường nhưng nhôm cacbua lại khó kiếm và đắt tiền. HV: A: - Làm thế nào để flo hóa ankan ? B: - Làm lạnh riêng ankan và flo rồi mới cho chúng tiếp xúc với nhau. C: - Không xong, phản ứng tỏa nhiệt mạnh lắm, chỉ cần thế 1 mol H bằng flo đã tỏa ra 435 kJ đủ để làm cho hơn ngàn gam nước sôi lên ấy chứ. B: - Ta pha loãng chúng bằng khí hiếm rồi làm lạnh và cho flo vào từ từ thôi. A: - Được đấy....Nhưng khí hiếm chắc là đắt lắm ? B: - Thế thì dùng CoF3 , chất này khi gặp nóng thì phản ứng rất từ tốn: CnH2n+2 + CoF3 đ CnF2n+2 + HF + CoF2 CoF3 lại được tái sinh từ CoF2 nhờ phản ứng với F2 : 2CoF2 + F2 2CoF3 Như vậy sẽ không tốn nhiều coban triflorua như ta tưởng đâu. A: - Sao cậu thông minh thế ? B: - Tớ vốn thế mà. C: - Cậu đọc ở cuốn "Hóa học Hữu cơ 1" mới mua được có phải không ? B : ...