Giáo án Hóa học Lớp 11 - Tiết 43+44, Bài 35: Ankan. Tính chất hóa học, điều chế và ứng dụng

Ngày soạn: Tiết: 43, 44 Bài 35: ANKAN: TÍNH CHẤT HÓA HỌC, ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG I. MỤC TIÊU BÀI HỌC: Hs biết: Phương pháp điều chế và một số ứng dụng của ankan Hs hiểu: - Tính chất hóa học của ankan: Phản ứng thế, tách, oxi hóa. - Cơ chế phản ứng thế halogen vào phân tử ankan. II. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: 1. Ổn định lớp: 2. Kiểm tra bài cũ: Gọi tên hợp chất sau, cho biết bậc của các nguyên tử C CH3 CH3 CH3 – CH – CH2 – C – CH2 – CH3 C2H5 3. Nội dung bài mới: HOẠT ĐỘNG CỦA THẦY & TRÒ NỘI DUNG GHI BẢNG Hoạt động 1: Hs nhắc lại đặc điểm cấu tạo của các phân tử ankan: chỉ gồm các liên kết đơn s, từ đó gv hướng dẫn học sinh dự đoán khả năng tham gia phản ứng của ankan Hs đã biết phản ứng của CH4 và Cl2 ở lớp 9, gv gợi ý hs viết phương trình phản ứng thay thế lần lượt các nguyên tử H trong phân tử CH4 bằng các nguyên tử Clo. Gv hướng dẫn học sinh viết phương trình phản ứng thế của C3H8 với Clo (1:1), hướng dẫn học sinh chú ý các sản phẩm phản ứng và rút ra nhận xét: Phản ứng Clo hóa ít có tính chọn lọc, phản ứng brom hóa có tính chọn lọc cao hơn: Brom hầu như chỉ thế các Nguyên tử H ở C bậc cao. Gv phân tích thêm: Flo phản ứng mãnh liệt nên phân hủy ankan thành C và HF, còn Iot quá yếu nên không phản ứng với ankan. Cơ chế phản ứng halogen hóa ankan Gv trình bày phần cơ chế phản ứng, hs rút ra nhận xét gồm 3 bước: - Khơi mào. - Phát triển dây chuyển. 500oC,xt - Đứt dây chuyền. Hoạt động 2: Gv viết phương trình phản ứng tách, hs nhận xét và rút ra kết luận như sgk. Gv yêu cầu hs viết phương trình phản ứng cháy của CH4 và phương trình tổng quát phản ứng cháy của ankan. Gv hướng dẫn hs nhận xét về tỉ lệ số mol CO2 và H2O sinh ra: Số mol H2O luôn lớn hơn số mol CO2. Gv lưu ý hs: - Phản ứng tỏa nhiệt ứng dụng làm nhiên liệu. - Trường hợp không đủ oxi: Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi. Hoạt động 3: Gv giới thiệu các phương pháp điều chế ankan trong công nghiệp và trong phòng thí nghiệm Hs nghiên cứu sơ đồ sgk, rút ra các ứng dụng cơ bản của ankan có liên quan đến các phản ứng hóa học. VD: Phản ứng cháy tỏa nhiều nhiệt nên được dùng làm nhiên liệu. Phản ứng tách hidro nên có thể điều chế các anken, ankin Hoạt động 4: Củng cố Các kiến thức cần nhớ: - Phản ứng thế và cơ chế phản ứng thế của các halogen và ankan, lưu ý khả năng thế có tính chọn lọc của brom. - Phương pháp điều chế ankan trong phòng thí nghiệm. I. TÍNH CHẤT HÓA HỌC: - Do trong phân tử ankan chỉ có liên kết đơn s bền, nên các ankan tương đối trơ về mặt hóa học. Ở nhiệt độ thường, chúng không phản ứng với axit, bazơ và các chất oxi hóa mạnh. - Dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ và chất xúc tác, ankan tham gia vào các phản ứng thế, tách và oxi hóa. 1. Phản ứng thế: 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.VD: CH3-CH2-CH3 CH3-CHCl-CH3+HCl (Cl2, as, 25oC) 2-clopropan,57% CH3-CH2-CH2Cl+HCl 1-clopropan, 43% CH3-CH2-CH3 CH3-CHBr-CH3+HCl (Br2, as, 25oC) 2-brompropan, 97% CH3-CH2-CH2-Br+HCl 1-brompropan, 3% - Phản ứng: Halogen hóa. - Sản phẩm: Dẫn xuất halogen. Cơ chế phản ứng halogen hóa ankan: - Bước khơi mào: Phân tử Cl2 hấp thụ ánh sáng bị phân cắt đồng li thành 2 nguyên tử Clo (gốc tự do). - Bước phát triển dây chuyền: Gốc tự do Cl· hoạt động, hút lấy nguyên tử H từ CH4 tạo thành HCl và gốc tự do ·CH3. Gốc ·CH3 không bền, lại kết hợp nguyên tử Cl từ Cl2 thành CH3Cl và gốc tự do Cl· , Quá trình này lặp đi, lặp lại rất nhiều lần như một dây chuyền phản ứng. - Bước đứt dây chuyền: Các gốc tự do kết hợp với nhau thành các phân tử bền hơn. 500oC,xt 2. Phản ứng tách: (bẻ gãy liên kết C–C và C–H) VD: CH3–CH3 CH2=CH2 + H2 CH3CH=CHCH3+H2 CH3CH2CH2CH3 CH3CH=CH2 + CH4 CH2=CH2+CH3CH3 Dưới tác dụng của nhiệt và xúc tác (Cr2O3, Fe, Pt), các ankan không những bị tách hidro tạo thành các hidrocacbon không no mà các liên kết C–C có thể bị bẻ gãy tạo thành các phân tử nhỏ hơn. 3. Phản ứng oxi hóa: 3n + 1 2 CH4 + 2O2 CO2 + H2O; DH = –890kJ CnH2n+2+ O2 nCO2 + (n+1)H2O Ankan cháy tỏa nhiệt, nên ứng dụng làm nhiên liệu. Trường hợp không đủ oxi, phản ứng oxi hóa không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi. VD: to, xt CH4 + O2 HCH=O + H2O II. 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: (CaO) nung - Từ Natri axetat: CH3COONa+NaOH CH4­+Na2CO3 - Từ nhôm cacbua: Al4C3 + 12H2O 3CH4­ + 4Al(OH)3 2. Ứng dụng: Ankan được dùng làm nhiên liệu do tỏa nhiều nhiệt khi bị đốt cháy. Ankan còn là nguyên liệu để điều chế các chất khác như: anken, ankin, andehyt,