Giáo trình Hóa học Lớp 11 nâng cao - Chương 5: Hiđrocacbon no

Chương 5 hiđrocacbon no * Khí cầu bay lên nhờ không khí bên trong được đốt nóng bởi propan * 2- Metylđekan, xiclopropan, xiclobutan, xiclopentan, xiclohexan, octađekan ã Cấu trúc và danh pháp của ankan và xicloankan. ã Tính chất vật lí và hoá học của ankan và xicloankan. ã Phương pháp điều chế, ứng dụng của ankan và xicloankan. Hiđrocacbon no (còn gọi là hiđrocacbon bão hoà) là hiđrocacbon mà trong phân tử chỉ có các liên kết đơn C-C. Hiđrocacbon no với mạch cacbon hở (không vòng) gọi là ANKAN. Hiđrocacbon no với mạch cacbon vòng gọi là XICLOANKAN. Hiđrocacbon no là nguồn nhiên liệu trọng yếu đối với con người và cũng là nguồn nguyên liệu quan trọng của công nghiệp hoá chất. Bài 33 (1 tiết) Ankan : Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp ã Biết sự liên quan giữa đồng đẳng, đồng phân của ankan ã Biết gọi tên các ankan với mạch chính không quá 10 nguyên tử C I - Đồng đẳng, đồng phân 1. Đồng đẳng Ankan : metan (CH4), etan (C2H6), propan (C3H8), các butan (C4H10), các pentan (C5H12), ... có công thức chung là CnH2n+2 (n ³ 1). Chúng hợp thành dãy đồng đẳng gọi là dãy đồng đẳng của metan (xem bảng 5.1). 2. Đồng phân a) Đồng phân mạch cacbon ở dãy đồng đẳng của metan, từ thành viên thứ tư trở đi, mỗi thành viên đều gồm nhiều đồng phân, thí dụ : ứng với công thức phân tử C4H10 (thành viên thứ tư của dãy đồng đẳng) có 2 đồng phân cấu tạo : isobutan ts: -10oC butan ts: - 0,5 oC CH3CH2CH2CH3 tnc: -158 oC tnc: -159 oC ứng với công thức phân tử C5H12 (thành viên thứ năm của dãy đồng đẳng) có 3 đồng phân cấu tạo : CH3CH2CH2CH2CH3 pentan isopentan neopentan tnc : -129,8 oC ; ts : 36,1 oC tnc : -159,9 oC; ts: 27,8 oC tnc : -16,5oC ; ts : 9,4 oC Nhận xét : Ankan từ C4H10 trở đi có đồng phân cấu tạo, đó là đồng phân mạch cacbon. b) Bậc của cacbon (ankan không phân nhánh) (ankan phân nhánh) Bậc của một nguyên tử C ở phân tử ankan bằng số nguyên tử C liên kết trực tiếp với nó. Ankan mà phân tử chỉ chứa C bậc I và C bậc II (không chứa C bậc III và C bậc IV) là ankan không phân nhánh. Ankan mà phân tử có chứa C bậc III hoặc C bậc IV là ankan phân nhánh. 3. Danh pháp a) Ankan không phân nhánh((*) Trước đây ankan không phân nhánh từ C4 trở lên thường thêm chữ n. ) Theo IUPAC, tên của 10 ankan không phân nhánh đầu tiên được gọi như bảng 5.1 : Ankyl không phân nhánh Ankan không phân nhánh Bảng 5.1. Tên mười ankan và nhóm ankyl không phân nhánh đầu tiên Tên mạch chính an Tên mạch chính yl Công thức Tên Công thức Tên CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3 [CH2]2CH3 CH3 [CH2]3CH3 CH3 [CH2]4CH3 CH3 [CH2]5CH3 CH3 [CH2]6CH3 CH3 [CH2]7CH3 CH3 [CH2]8CH3 metan etan propan butan pentan hexan heptan octan nonan đekan CH3- CH3CH2- CH3CH2CH2- CH3 [CH2]2CH2- CH3 [CH2]3CH2- CH3 [CH2]4CH2- CH3 [CH2]5CH2- CH3 [CH2]6CH2- CH3 [CH2]7CH2- CH3 [CH2]8CH2- metyl etyl propyl butyl pentyl hexyl heptyl octyl nonyl đekyl Nhóm nguyên tử còn lại sau khi lấy bớt 1 nguyên tử H từ phân tử ankan, có công thức CnH2n+1, được gọi là nhóm ankyl. Tên của nhóm ankyl không phân nhánh lấy từ tên của ankan tương ứng đổi đuôi an thành đuôi yl. b) Ankan phân nhánh Theo IUPAC, tên của ankan phân nhánh được gọi theo kiểu tên thay thế : Số chỉ vị trí - Tên nhánh Tên mạch chính an Ankan phân nhánh ã Mạch chính là mạch dài nhất, có nhiều nhánh nhất. Đánh số các nguyên tử cacbon thuộc mạch chính bắt đầu từ phía phân nhánh sớm hơn. ã Gọi tên mạch nhánh (tên nhóm ankyl) theo thứ tự vần chữ cái. Số chỉ vị trí nhánh nào đặt ngay trước gạch nối với tên nhánh đó. Thí dụ 1 : 2-metylpropan 2, 2-đimetylpropan 2,3-đimetylpentan Chọn mạch chính : Mạch (a): 5 C, 2 nhánh } Đúng Mạch (b): 5 C, 1 nhánh} Sai Đánh số mạch chính : Số 1 từ đầu bên phải vì đầu phải phân nhánh sớm hơn đầu trái Gọi tên nhánh theo vần chữ cái (nhánh etyl gọi trước nhánh metyl) sau đó đến tên mạch C chính rồi đến đuôi an. Thí dụ 2 : a: 5 4 3 2 1 CH3 CH2 CH CH CH3 b: 5’ 4’ 3’ 2’ CH2 CH3 1’ CH3 3-etyl- 2-metylpentan Bài tập 1. Hãy điền chữ A vào sau tên thông thường, chữ B vào sau tên thay thế và C vào sau tên gốc chức. a) Pentan [ ] b) Isopentan [ ] c) Neopentan [ ] d) 2-metylpropan [ ] e) Isobutan [ ] g) 3-metylpentan [ ] 2. Hãy viết công thức phân tử các ankan chứa : a) 14 nguyên tử C, b) 28 nguyên tử C, c) 14 nguyên tử H, d) 28 nguyên tử H. 3. ứng với propan có hai nhóm ankyl là n-propyl và isopropyl. Hãy viết công thức cấu tạo của chúng và cho biết bậc của nguyên tử cacbon mang hoá trị tự do. 4. Hãy viết công thức cấu tạo và gọi tên theo IUPAC các ankan có công thức phân tử sau : a) C4H10 ; b) C5H12 ; c) C6H14. 5. Hãy viết công thức cấu tạo thu gọn và thu gọn nhất của các chất sau : a) isopentan ; b) neopentan ; c) n-hexan ; d) 2,3-đimetylbutan ; e) 3-etyl-2-metylheptan ; g) 3,3-đietylpentan Tư liệu Số lượng đồng phân cấu tạo ở ankan Số lượng đồng phân cấu tạo tăng rất nhanh theo số nguyên tử C trong phân tử CnH2n+2 : n 4 5 6 7 8 9 10 15 20 30 Số đồng phân 2 3 5 9 18 35 75 4.347 366.319 4,11 . 109 Nếu kể cả đồng phân lập thể (đồng phân quang học) thì số lượng đồng phân còn lớn hơn nhiều. Để viết đúng và đủ các đồng phân cấu tạo của một ankan có dưới 10 nguyên tử C trong phân tử, ta có thể tự làm được. Còn để tính ra số lượng đồng phân cấu tạo của một ankan chứa nhiều nguyên tử C hơn, chắc chắn cần phải có sự hỗ trợ của máy tính. Bài 34 (1 tiết) Ankan : Cấu trúc phân tử, tính chất vật lí ã Biết sự hình thành liên kết và cấu trúc không gian của ankan. ã Biết mối quan hệ giữa cấu tạo và tính chất vật lí của ankan. I - Cấu trúc phân tử ankan 1. Sự hình thành liên kết trong phân tử ankan Hình 5.1. Sự hình thành liên kết ở phân tử CH4 (a) và ở phân tử C2H6 (b) Các nguyên tử C ankan ở trạng thái lai hoá sp3. Mỗi nguyên tử C nằm ở tâm của tứ diện mà 4 đỉnh là các nguyên tử H hoặc C, liên kết C-C, C-H đều là liên kết s. Các góc hoá trị đều gần bằng 109,5°. 2. Cấu trúc không gian của ankan a) Mô hình phân tử Hình 5.2. Mô hình phân tử propan, n-butan và isobutan. b) Cấu dạng Hình 5.3. C2H6 : a) Cấu dạng xen kẽ ; b) Cấu dạng che khuất. C4H10: c) Cấu dạng xen kẽ ; d) Cấu dạng che khuất. ã Các nhóm nguyên tử liên kết với nhau bởi liên kết đơn C-C có thể quay tương đối tự do quanh trục liên kết đó tạo ra vô số cấu dạng khác nhau. ã Cấu dạng xen kẽ bền hơn cấu dạng che khuất. ã Các cấu dạng luôn chuyển đổi cho nhau, không thể cô lập riêng từng cấu dạng được. II - Tính chất vật lí 1. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng Bảng 5.2. Hằng số vật lí của một số ankan Ankan Công thức Cn Khối lượng riêng (g/cm3) Metan CH4 C1 -183 -162 0,415 (-164°C) Etan CH3CH3 C2 -183 -89 0,561 (-100°C) Propan CH3CH2CH3 C3 -188 -42 0,585 (-45°C) Butan CH3 [CH2]2CH3 C4 -158 -0,5 0,600 ( 0°C) Pentan CH3 [CH2]3CH3 C5 -130 36 0,626 (20°C ) Hexan CH3 [CH2]4CH3 C6 -95 69 0,660 (20°C ) Heptan CH3 [CH2]5CH3 C7 -91 98 0,684 (20°C ) Octan CH3 [CH2]6CH3 C8 -57 126 0,703 (20°C ) Nonan CH3 [CH2]7CH3 C9 -54 151 0,718 (20°C ) Đekan CH3 [CH2]8CH3 C10 -30 174 0,730 (20°C ) Icosan CH3 [CH2]18CH3 C20 37 343 0,778 (20°C ) ã ở điều kiện thường, các ankan từ C1 đến C4 ở trạng thái khí, từ C5 đến khoảng C18 ở trạng thái lỏng, từ khoảng C18 trở đi ở trạng thái rắn. ã Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của ankan nói chung đều tăng theo số nguyên tử cacbon trong phân tử tức là tăng theo phân tử khối. Ankan nhẹ hơn nước. 2. Tính tan, màu và mùi ã Ankan không tan trong nước, khi trộn vào nước thì bị tách thành lớp nổi lên trên nên người ta nói chúng kị nước. Ankan là những dung môi không phân cực, hoà tan được những chất không phân cực như dầu, mỡ... chúng là những chất ưa dầu mỡ và ưa bám dính vào quần, áo, lông, da. Những ankan lỏng có thể thấm được qua da và màng tế bào. ã Ankan đều là những chất không màu. ã Các ankan nhẹ nhất như metan, etan, propan là những khí không mùi. Ankan từ C5 - C10 có mùi xăng, từ C10 - C16 có mùi dầu hoả. Các ankan rắn rất ít bay hơi nên hầu như không mùi. Bài tập 1. Dựa vào hình 5.1, hãy vẽ mô hình rỗng và mô hình đặc của CH4 và C2H6. 2. Bạn em đang phân vân không hiểu 2 công thức dưới đây biểu diễn 2 chất khác nhau hay cùng một chất : a) Em hãy nêu ý kiến của mình và giải thích cho bạn. b) Hãy trình bày cách thức giải bài tập này bằng mô hình làm từ những chất liệu có sẵn quanh ta. 3. Những công thức cấu tạo nào dưới đây biểu diễn cùng một chất, vì sao ? Hãy gọi tên chúng và chỉ rõ bậc của từng nguyên tử C. a) b) c) d) e) g) 4. a) Vì sao xăng dầu phải được chứa trong các bình chứa chuyên dụng và phải bảo quản ở những kho riêng ? b) Vì sao các tàu chở dầu khi bị tai nạn thường gây ra thảm họa cho một vùng biển rất rộng ? c) Vì sao khi các chi tiết máy hoặc đồ dùng bị bẩn dầu mỡ người ta thường dùng xăng hoặc dầu hoả để lau rửa ? d) Vì sao khi bị cháy xăng dầu không nên dùng nước để dập ? 5. Hãy ghi vào ô trống chữ Đ (Đúng) hoặc S (Sai) vào dấu [ ] ở mỗi câu sau : a) Heptan không tan trong axit sunfuric loãng. [ ] b) Heptan tan tốt trong H2SO4 nguyên chất. [ ] c) Hexan tan trong dung dịch NaOH đặc. [ ] d) Hexan tan tốt trong benzen. [ ] Bài 35 (1 tiết) Ankan : Tính chất hoá học, điều chế và ứng dụng ã Hiểu tính chất hoá học của ankan. ã Biết phương pháp điều chế và ứng dụng của ankan I - Tính chất hoá học 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). Vì thế ankan còn có tên là parafin, nghĩa là ít ái lực hoá học. 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. 1. 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 đ CH3Cl + HCl metyl clorua (clometan) CH3Cl + Cl2 đ CH2Cl2 + HCl metylen clorua (điclometan) CH2Cl2 + Cl2 đ CHCl3 + HCl clorofom (triclometan) CHCl3 + Cl2 đ CCl4 + HCl cacbon tetraclorua (tetraclometan) Hình 5.4. Clo hoá metan Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự metan. Thí dụ : CH3 -CH2 -CH3 CH3 -CHCl -CH3 + CH3 -CH2-CH2-Cl + HCl 2-clopropan, 57% 1-clopropan, 43% CH3 -CH2 -CH3 CH3 -CHBr -CH3 + CH3-CH2-CH2-Br + HBr 97% (chính) 3% (phụ) Phản ứng thế H bằng halogen thuộc loại phản ứng halogen hoá, sản phẩm hữu cơ có chứa halogen gọi là dẫn xuất halogen. Clo thế H ở cacbon các bậc khác nhau. Brom 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 (1) : Phân tử clo hấp thụ ánh sáng bị phân cắt đồng li thành 2 nguyên tử clo. (2) : Nguyên tử clo là một gốc tự do hoạt động, nó tách lấy nguyên tử H từ CH4 tạo ra HCl và gốc tự do . (3) : không bền, nó ngắt lấy nguyên tử Cl từ Cl2 để trở thành CH3Cl bền hơn. Nguyên tử mới sinh ra ở phản ứng (3) lại tác dụng với CH4 làm cho phản ứng (2) và (3) lặp đi lặp lại tới hàng chục ngàn lần như một dây chuyền. (4) (5) (6) : Các gốc tự do kết hợp với nhau thành các phân tử bền hơn. Phản ứng clo hoá và brom hoá ankan xảy ra theo cơ chế gốc - dây chuyền. Bước khơi mào : Cl - Cl + (1) Bước phát triển dây chuyền : CH3 - H + đ + HCl (2) + Cl - Cl đ CH3Cl + Cl. (3) CH3 - H + đ . (2) ... Bước đứt dây chuyền : + đ Cl2 (4) + đ CH3Cl (5) + đ CH3 CH3 (6) 2. Phản ứng tách (gãy liên kết C - C và C - H) CH3 - CH3 CH2 = CH2 + H2 CH3CH=CHCH3 + H2 CH3CH2CH2CH3 CH3CH=CH2 + CH4 CH2=CH2 + CH3CH3 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 : CH4 + 2O2 đ CO2 + 2H2O ; 890 kJ CnH2n+2 + O2 đ n CO2 + (n + 1) H2O Các ankan đầu dãy đồng đẳng rất dễ cháy, toả 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 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, thí dụ : 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 (xem bài Dầu mỏ). b) 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 : CH3COONa(r) + NaOH(r) CH4ư + Na2CO3 Al4C3 + 12H2O đ 3CH4ư + 4Al(OH)3 2. ứng dụng Làm nhiên liệu, vật liệu Ankan Làm nguyên liệu Bài tập 1. ống nghiệm A chứa dung dịch KOH, ống nghiệm B chứa dung dịch H2SO4, ống nghiệm C chứa dung dịch KMnO4 , ống nghiệm D chứa nước brom. Cho vào mỗi ống nghiệm đó 1 ml octan, lắc đều rồi để yên. Dự đoán hiện tượng xảy ra ở mỗi ống nghiệm và giải thích. 2. Hãy viết công thức lập thể các chất mà mô hình của chúng có ở hình 5.4. 3. Viết phương trình và gọi tên phản ứng của isobutan trong các trường hợp sau : a) Lấy 1 mol isobutan cho tác dụng với 1 mol clo có chiếu sáng. b) Lấy 1 mol isobutan đun nóng với 1 mol brom. c) Nung nóng isobutan với xúc tác Cr2O3 để tạo thành C4H8 (isobutilen). d) Đốt isobutan trong không khí. 4. Đốt cháy hoàn toàn một mẫu hiđrocacbon người ta thấy thể tích hơi nước sinh ra gấp 1,2 lần thể tích khí cacbonic (đo trong cùng điều kiện). Biết rằng hiđrocacbon đó chỉ tạo thành 1 dẫn xuất monoclo duy nhất. Hãy xác định công thức cấu tạo của nó. 5. Trong mục ứng dụng của ankan nêu trong bài học, 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 ? 6. Hãy ghép các cụm từ cho ở cột bên phải vào chỗ trống trong các câu cho ở cột bên trái : a) Trong bật lửa gas có chứa các ankan....... A. C3 - C4 b) Trong bình gas để đun nấu có chứa các ankan...... B. C5 - C6 c) Trong dầu hỏa có chứa các ankan....... C. C6 - C10 d) Trong xăng có chứa các ankan.... D. C10 - C16 Tư liệu Ankan và thế giới hiện đại Thế giới càng hiện đại, càng văn minh thì càng tiêu thụ nhiều năng lượng. Nguồn nhiên liệu nào là quan trọng nhất trong việc cung cấp nhiệt năng, điện năng và cơ năng cho đời sống và sản xuất hiện nay ? Khí thiên nhiên mà thành phần chính là metan dùng để đun nấu, sản xuất hơi nước để sưởi ấm cho cư dân ở xứ lạnh, dùng cho nhà máy phát điện, cung cấp nhiệt cho các nhà máy luyện kim, phân đạm, gốm sứ... Khí thiên nhiên hoá lỏng (LNG) và khí mỏ dầu hoá lỏng (LPG) mà thành phần chủ yếu là propan và butan ngày nay đã trở thành nguồn nhiên liệu phổ biến, tiện dụng trong đời sống và sản xuất. Xăng, dầu hiện chưa có đối thủ cạnh tranh trong lĩnh vực giao thông vận tải. Theo ước tính, hiện nay khí thiên nhiên và dầu mỏ cung cấp tới khoảng 70%, còn các nguồn khác như than đá, nước, năng lượng hạt nhân chỉ cung cấp khoảng 30% tổng năng lượng mà loài người sử dụng. Khí metan, thành phần chính của biogas, thoát ra từ sự phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ trong các bể ủ phân rác, ngày nay cũng đã trở thành nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho nhiều trang trại, hộ nông dân ở nhiều nơi trên thế giới. Bài 36 xicloankan ã Biết cấu trúc, đồng phân, danh pháp của một số monoxicloankan. ã Biết tính chất vật lí, tính chất hoá học và ứng dụng của xicloankan I - Cấu trúc, đồng phân, danh pháp 1. Cấu trúc phân tử của một số monoxicloankan Công thức phân tử và cấu trúc một số monoxicloankan không nhánh như sau : Công thức phân tử : C3H6 C4H8 C5H10 C6H12 Công thức cấu tạo : Mô hình rỗng : Mô hình đặc : Tên gọi : xiclopropan xiclobutan xiclopentan xiclohexan Xicloankan là những hiđrocacbon no mạch vòng. Xicloankan có 1 vòng (đơn vòng) gọi là monoxicloankan. Xicloankan có nhiều vòng (đa vòng) gọi là polixicloankan. Monoxicloankan có công thức chung là CnH2n (n ³ 3). Trừ xiclopropan, ở phân tử xicloankan các nguyên tử cacbon không cùng nằm trên một mặt phẳng. 2. Đồng phân và cách gọi tên monoxicloankan a) Quy tắc Số chỉ vị trí-Tên nhánh Xiclo+Tên mạch chính an Mạch chính là mạch vòng. Đánh số sao cho tổng các số chỉ vị trí các mạch nhánh là nhỏ nhất. b) Thí dụ : Một số xicloankan đồng phân ứng với công thức phân tử C6H12 xiclohexan metylxiclopentan 1,2-đimetylxiclobutan 1,1,2-trimetylxiclopropan II - Tính chất 1. Tính chất vật lí Bảng 5.3. Tính chất vật lí của một vài xicloankan Xicloankan tnc, °C -127 -90 -94 7 ts, °C -33 13 49 81 Khối lượng riêng g/cm3 (nhiệt độ ) 0,689 (-40°C) 0,703 (0°C) 0,755 (20°C) 0,778 (20°C) Màu sắc Tính tan Không màu. Không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ. 2. Tính chất hoá học a) Phản ứng cộng mở vòng của xiclopropan và xiclobutan + H2 CH3-CH2-CH3 (propan) + Br2 Br CH2-CH2-CH2Br (1,3-đibrompropan) + HBr CH3-CH2-CH2Br (1-brompropan) Xiclobutan chỉ cộng với hiđro : + H2 CH3-CH2-CH2-CH3 (butan) Xicloankan vòng 5, 6 cạnh trở lên không có phản ứng cộng mở vòng trong những điều kiện trên. b) Phản ứng thế : Phản ứng thế ở xicloankan tương tự như ở ankan. Thí dụ : cloxiclopentan c) Phản ứng oxi hoá CnH2n + O2 đ nCO2 + nH2O ; DH < 0 to C6H12 + 9O2 đ 6CO2 + 6H2O ; DH = -3947,5 kJ Xicloankan không làm mất màu dung dịch KMnO4. III - Điều chế và ứng dụng 1. Điều chế Ngoài việc tách trực tiếp từ quá trình chưng cất dầu mỏ, xicloankan còn được điều chế từ ankan, thí dụ : CH3[CH2]4CH3 + H2 2. ứng dụng Ngoài việc dùng làm nhiên liệu như ankan, xicloankan còn được dùng làm dung môi, làm nguyên liệu để điều chế các chất khác, thí dụ : + 3H2 Bài tập 1. Hãy ghi chữ Đ (đúng) hoặc S (sai) vào dấu [ ] ở mỗi câu sau : A. Xicloankan là một loại hiđrocacbon mạch vòng. [ ] B. Hiđrocacbon mạch vòng là xicloankan. [ ] C. Công thức phân tử của monoxicloankan là (CH2)n . [ ] D. Công thức phân tử của xicloankan là CnH2n . [ ] E. Công thức phân tử của monoxicloankan là CnH2n. [ ] G. 6 nguyên tử C ở xiclohexan cùng nằm trên 1 mặt phẳng. [ ] H. 6 nguyên tử C ở xiclohexan không cùng nằm trên 1 mặt phẳng. [ ] 2. Hãy so sánh đặc điểm cấu tạo của : a) Xiclopropan với propan ; b) Xiclohexan với n-hexan. 3. Hãy viết công thức cấu tạo thu gọn của các xicloankan mà công thức cấu tạo thu gọn nhất của chúng cho ở mục I.2 và chỉ rõ bậc của các nguyên tử cacbon trong các công thức đó. 4. Hãy viết công thức cấu tạo và gọi tên các hiđrocacbon no ứng với công thức phân tử C5H10 . 5. Hãy phân biệt propan và xiclopropan bằng phương pháp hoá học. 6. Khi oxi hoá hoàn toàn 7,0 mg hợp chất A thu được 11,2 ml khí CO2 (đktc) và 9,0 mg nước. Tỉ khối hơi của A so với N2 bằng 2,5. Xác định công thức cấu tạo của A nếu khi clo hoá nó thì chỉ thu được 1 dẫn xuất monoclo duy nhất. Tư liệu Polixicloankan hình khối Rất nhiều hợp chất thiên nhiên (trong thực vật, động vật, dầu mỏ) là những polixicloankan hoặc dẫn xuất của chúng. Nhiều chất có cấu trúc giống như các khối đa diện. Thí dụ ađamantan tách được từ dầu mỏ. Các nhà hoá học còn tổng hợp ra được những polixicloankan hình khối mà các mặt là tam giác, tứ giác hoặc ngũ giác. Cũng giống như monoxicloankan, các polixicloankan đa diện nếu gồm các vòng 3, 4 cạnh thì rất kém bền, nếu gồm các vòng 5, 6 cạnh thì bền hơn nhiều. Thật vậy, tetraheđran, C4H4, cho đến nay chưa điều chế được, mặc dù dẫn xuất tetratertbutyl của nó thì đã được biết. Prisman, C6H6, (điều chế được vào năm 1973), là một chất lỏng dễ nổ. Cuban, C8H8, (điều chế năm 1964), là chất rắn nóng chảy ở 130 - 131oC. Pentaprisman, C10H10 (điều chế năm 1981), nóng chảy ở 128 - 129oC. Ađamantan, C10H16, nóng chảy ở 268oC. Đođekaheđran, C20H20 (điều chế năm 1981) ở dạng tinh thể bền vững, không nóng chảy. Người ta tổng hợp ra những polixicloankan xinh xắn như trên không chỉ vì mục đích nghiên cứu lí thuyết mà còn bởi hi vọng tìm được những ứng dụng thực tế trong lĩnh vực y dược, bán dẫn, chất nổ... Chẳng hạn, một vài dẫn xuất của ađamantan đã được dùng làm thuốc trị bệnh do vi rút gây ra. Bài 37 (1 tiết) luyện tập Ankan và xicloankan ã Ôn luyện về cấu trúc, danh pháp ankan và xicloankan. ã Biết sự tương tự và sự khác biệt về tính chất vật lí, tính chất hoá học và ứng dụng giữa ankan với xicloankan. xicloankan : CnH2n ankan : CnH2n+2 I - Kiến thức cần nắm vững Số chỉ - Tên Tên mạch an vị trí nhánh chính Số chỉ - Tên xiclo + Tên an vị trí nhánh mạch chính Danh pháp Cấu trúc - Công thức chung CnH2n+2 - Csp3 tạo thành mạch hở, chỉ có các liên kết sC-C và sC-H - Mạch cacbon tạo thành đường gấp khúc, ằ ằ ằ 109,5o - Công thức chung CnH2n - Csp3 tạo thành mạch vòng, chỉ có các liên kết sC-C và sC-H - (CH2)n : n = 3, = 60o ; n = 4, ằ 90o ; n ³5, ằ 109,5o Tính chất vật lí - Từ C1 á C4 ở thể khí, không màu, nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng tăng theo phân tử khối. - Nhẹ hơn nước, không tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ. - C3, C4 ở thể khí. Không màu. Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng tăng theo phân tử khối. - Nhẹ hơn nước, không tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ. Tính chất hoá học ở điều kiện thường tương đối trơ : không phản ứng với axit, bazơ và chất oxi hoá. Dưới tác dụng của xúc tác và nhiệt thì tham gia phản ứng thế, tách và oxi hoá. Sản phẩm thu được thường là hỗn hợp của nhiều chất. Xiclopropan và xiclobutan kém bền. Xiclopropan có phản ứng cộng với H2, Br2, HBr... Xiclobutan có phản ứng cộng với H2. Các xicloankan có số nguyên tử C lớn hơn 4 tham gia phản ứng thế, tách và oxi hoá tương tự ankan. Điều chế, ứng dụng - Chủ yếu tách từ dầu mỏ. - Là nhiên liệu quan trọng nhất. - Làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá chất. - Xiclopropan và xiclobutan khó điều chế. Xiclopentan và xiclohexan thường được tách từ dầu mỏ. - Làm nhiên liệu, nguyên liệu. II - Bài tập 1. Hãy chọn những câu đúng trong các câu sau : A. Hiđrocacbon no là hiđrocacbon không có phản ứng cộng thêm hiđro. B. Ankan là hiđrocacbon có công thức phân tử CnH2n+2. C. Hiđrocacbon không no là hiđrocabon có phản ứng cộng với hiđro. D. Hiđrocacbon no là hiđrocacbon mà trong phân tử chỉ có liên kết đơn. 2. Hãy so sánh thành phần và đặc điểm cấu trúc của ankan với monoxicloankan. 3. Hãy so sánh nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng của các xicloankan (CH2)n (với n = 3 á 6) với các n-ankan tương ứng và rút ra nhận xét. 4. Ankan còn có tên là parafin, có nghĩa là ít ái lực hoá học (trơ về mặt hoá học). Hãy lấy các thí dụ minh hoạ và giải thích. 5. a) Hãy đánh dấu + vào ô có xảy ra phản ứng ở bảng sau : H2,Ni, 80-120o C HCl (khí) Br2 , as. KMnO4/H2O Propan Xiclopropan n-Butan Xiclobutan n-Pentan Xiclopentan b) Viết phương trình và gọi tên sản phẩm nếu có xảy ra phản ứng. 6. a) Hãy viết các đồng phân cấu tạo của C7H16, gọi tên chúng và cho biết em đã làm như thế nào để viết được đầy đủ các đồng phân cấu tạo của C7H16 ? b) Cũng hỏi như câu (a) đối với trường hợp monoxicloankan C6H12. 7. Hãy ghi chữ Đ (đúng) hoặc S (sai) vào dấu [ ] ở mỗi câu sau : a) Xiclopropan là hiđrocacbon không no vì nó có phản ứng cộng. [ ] b) Propan không làm mất màu dung dịch KMnO4. [ ] c) Xiclopropan làm mất màu dung dịch KMnO4. [ ] d) Khi đun nóng mạnh propan bị tách H2 chuyển thành xiclopropan . [ ] 8*. a) Hãy lập công thức tính % về khối lượng của C, H của monoxicloankan theo số lượng nguyên tử C trong phân tử. Nhận xét kết quả thu được. b) Cũng hỏi như câu (a) đối với ankan. Hàm lượng % C, H ở ankan CnH2n+2 sẽ biến đổi như thế nào khi nđ? Bài 38 (1 tiết) thực hành Phân tích định tính. Điều chế và tính chất của metan I - Mục tiêu ã Biết cách xác định sự có mặt của C, H và halogen ở hợp chất hữu cơ, phương pháp điều chế và thử một vài tính chất của metan. ã Tiếp tục rèn luyện các kĩ năng thực hành như nung nóng ống nghiệm chứa chất rắn, thử tính chất của chất khí II - Nội dung thí nghiệm và cách tiến hành Thí nghiệm 1 : Xác định sự có mặt của C, H trong hợp chất hữu cơ Nghiền nhỏ khoảng 0,2 á 0,3 g hợp chất hữu cơ (đường kính, băng phiến hoặc tinh bột) rồi trộn đều với 1 g bột CuO. Cho hỗn hợp vào đáy ống nghiệm khô. Cho tiếp 1 g bột CuO để phủ kín hỗn hợp. Đặt 1 mẩu bông có rắc các hạt CuSO4 khan ở phần trên của ống nghiệm. Đậy nút có ống dẫn khí sục vào ống nghiệm chứa nước vôi trong. Lắp dụng cụ như hình 4.5 (bài 27). Dùng đèn cồn đun nóng nhẹ toàn bộ ống nghiệm, sau đó đun nóng mạnh phần có chứa hỗn hợp phản ứng và ghi lại hiện tượng quan sát được. Thí nghiệm 2 : Nhận biết halogen trong hợp chất hữu cơ a) Lấy một mẩu dây đồng dài 20 cm có đường kính khoảng 0,5 mm và cuộn thành hình lò xo khoảng 5 cm. Đốt nóng phần lò xo trên ngọn lửa đèn