Hoàn thành chuỗi phản ứng hóa học từ CH4 đến C3H6: CH4→ C2H2→ C4H4→ C4H6→ C3H6

1. Kiến thức cơ bản về ankan

Xicloankan là hidrocacbon no mạch vòng với công thức cấu tạo là: CnH2n (với n≥ 3)

Các đồng đẳng: Công thức chung của ankan là CnH2n+2 (với n≥ 1)

- Tên gọi chung là ankan hoặc parafin

- Công thức cơ bản nhất là metan (CH4)

- Mạch cacbon có thể là mạch hở, có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh

- Phân tử chỉ chứa liên kết đơn (liên kết đơn...) với 4 obitan lai hóa sp3 của nguyên tử cacbon theo kiểu tứ diện đều. Vì vậy, mạch cacbon có cấu trúc gấp khúc. Các nguyên tử cacbon có thể quay tự do xung quanh các liên kết đơn.

Đồng phân: Ankan chỉ có đồng phân mạch C khi có từ 4 nguyên tử cacbon trở lên

Ví dụ: Các đồng phân của C5H12

3. Danh pháp: Đặt tên phân tử có mạch nhánh theo các quy tắc sau:

- Chọn mạch chính: là mạch dài nhất và có nhiều nhóm thế nhất

- Đánh số các nguyên tử cacbon trong mạch chính từ phía gần nhánh hơn

- Quy tắc đặt tên: Vị trí của nhánh + tên nhánh + tên mạch chính (tên ankan dựa trên số nguyên tử cacbon trong mạch chính)

Ví dụ:

- Lưu ý: Đối với tên thường: - Nếu chỉ có một nhánh CH3 ở nguyên tử C số 2, thêm tiền tố iso

- Nếu có hai nhánh CH3 ở nguyên tử C số 2, thêm tiền tố neo

- Gốc hidrocacbon là phần còn lại của phân tử hidrocacbon sau khi đã loại bỏ một số nguyên tử hydro, vẫn còn giữ liên kết trong phân tử và không có electron tự do như gốc tự do

- Công thức tổng quát của nhóm ankyl: CnH2n+1

- Bậc của một nguyên tử cacbon trong phân tử ankan được xác định bởi số nguyên tử cacbon gắn kết trực tiếp với nó.

Tính chất vật lý:

- Ở điều kiện thường, ankan từ C1 đến C4 là khí, từ C5 đến C17 là lỏng, và từ C18 trở lên là rắn. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của ankan thường tăng theo khối lượng phân tử.

- Ankan là các chất không màu, không hòa tan trong nước, nhẹ hơn nước nhưng hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ

Tính chất hóa học

- Phản ứng thế

- Phản ứng tách

- Phản ứng oxi hóa (đốt cháy)

Ứng dụng: - Sử dụng làm nhiên liệu trong hàn cắt kim loại

- Dùng để chế tạo dầu bôi trơn và dung môi

- Được sử dụng để tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ khác: CH3CL, CH2CL2, CCL4, CF2CL2,...

- Đặc biệt từ CH4 có thể điều chế nhiều chất khác nhau như: hỗn hợp CO + H2, amoniac, C2H2, rượu metylic, andehit fomic,...

2. Bài tập ứng dụng

Câu 1. Khi thực hiện cracking hoàn toàn một thể tích ankan X, thu được ba thể tích khí hỗn hợp Y, tất cả đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất; tỉ khối của Y so với H2 là 12. Công thức phân tử của X là:

A. C5H12

B. C3H8

C. C4H10

D. C6H10

Câu 2: Khi thực hiện cracking 5,8 gam C4H10, thu được hỗn hợp khí X. Sau khi đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X và dẫn toàn bộ sản phẩm qua bình chứa dung dịch Ca(OH)2 dư, khối lượng dung dịch Ca(OH)2 thay đổi bao nhiêu gam so với ban đầu?

A. Tăng 26,6 gam

B. Giảm 13,2 gam

C. Giảm 26,6 gam

D. Tăng 13,4 gam

Câu 3: Cracking 40 lít n-butane cho ra 56 lít hỗn hợp A gồm H2, CH4, C2H2, C3H6, C4H8 và một phần n-butane chưa phản ứng. Các thể tích khí được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất. Nếu chỉ có các phản ứng tạo ra những sản phẩm này, hiệu suất của phản ứng tạo hỗn hợp A là bao nhiêu?

A. 40%

B. 20%

C. 80%

D. 20%

Câu 4: Khi tiến hành cracking hoàn toàn 3,09 gam propan, ta thu được hỗn hợp khí X chỉ chứa các hidrocacbon. Đưa X vào 250 ml dung dịch Br2, thấy dung dịch Br2 mất màu hoàn toàn và còn lại V lít khí ở điều kiện tiêu chuẩn, với tỉ khối so với CH4 là 1,25. Xác định nồng độ mol Br2 và giá trị của V.

A. 0,14 M và 2,532 L

B. 0,04 M và 1,568 L

C. 0,04 M và 1,344 L

D. 0,14 M và 1,344 L

Câu 5: Khi thực hiện phản ứng cracking với m gam iso-butan, ta thu được hỗn hợp khí A chứa các hidrocacbon. Dẫn hỗn hợp A qua 250 ml dung dịch Br2 1M, thấy dung dịch Br2 mất màu và có 11,2 lít khí B thoát ra ở điều kiện tiêu chuẩn. Tỉ khối của khí B so với hidrocacbon là 15,6. Tính giá trị của m.

A. 21,75

B. 23,30

C. 29,00

D. 26,10

Câu 6: Khi thực hiện cracking 0,12 mol C4H10, thu được hỗn hợp khí gồm 7 thành phần. Đốt cháy toàn bộ hỗn hợp khí và dẫn sản phẩm qua dung dịch nước vôi trong dư. Số lượng kết tủa thu được là m gam. Xác định giá trị của m.

A. 48

B. 28

C. 12

D. 34

Câu 7: Khi crack 30 lít C4H10, thu được 42 lít hỗn hợp khí A với 7 thành phần khí. Nếu cho A đi qua dung dịch brom dư, loại bỏ H2, ta sẽ thu được 3 hidrocacbon có khối lượng phân tử giảm dần. Đốt cháy lần lượt 3 hidrocacbon này sẽ thu được CO2 với tỷ lệ 36 : 9 : 1. Vậy phần trăm thể tích của các khí trong A là bao nhiêu?

A. 4,8 %

B. 14,5 %

C. 4 %

D. 1 %

Câu 8: Khi crack 5,8 gam C4H10, sau một thời gian, ta thu được hỗn hợp Y gồm 5 hợp chất hữu cơ. Đốt cháy hoàn toàn Y, ta sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm Z. Hấp thụ toàn bộ Z vào dung dịch nước vôi trong dư, khối lượng bình tăng thêm m gam. Tìm giá trị của m.

A. 100 gam

B. 26,6 gam

C. 126,6 gam

D. 73,4 gam

Câu 9: Khi thực hiện phản ứng cracking x mol butan, thu được hỗn hợp X gồm 5 loại hidrocacbon với hiệu suất phản ứng 75%. Cho X qua dung dịch Br2 dư, sau phản ứng hoàn toàn thu được khí Y. Đốt cháy hết Y bằng O2, thu được CO2 và 3,05 mol H2O. Tính phần trăm khối lượng của CH4 trong Y.

Câu 10: Cracking n mol butan thu được 35 mol hỗn hợp A, gồm H2, CH4, C2H6, C3H6, C4H8 và một phần butan chưa bị cracking. Cho A qua bình đựng nước brom dư, còn lại 20 mol khí. Đốt cháy hoàn toàn A thu được x mol CO2. Vậy hiệu suất phản ứng để tạo ra hỗn hợp A là bao nhiêu?

Câu 11: Khi cracking 40 lít n-butan, ta thu được 56 lít hỗn hợp A, gồm H2, CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C4H8 và một phần n-butan chưa bị cracking, đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất. Giả sử chỉ có các phản ứng tạo ra các sản phẩm trên. Vậy hiệu suất phản ứng tạo ra hỗn hợp A là bao nhiêu?

A. 40%

B. 20%

C. 10%

D. 5%

Câu 12: Khi thực hiện phản ứng để điều chế một hidrocacbon M thuộc dãy đồng đẳng của metan, ta thu được hỗn hợp gồm H2 và 3 hidrocacbon N, P, Q. Đốt cháy hoàn toàn 4,48 lít khí N, P, hoặc Q sẽ thu được 17,92 lít CO2 và 14,4 gam H2O, với thể tích các khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Xác định cấu tạo của M.

Câu 13: Khi thực hiện phản ứng cracking m gam isobutan, thu được hỗn hợp A gồm các hidrocacbon. Dẫn hỗn hợp A qua bình nước brom, brom đã làm mất màu hết với 6,4 gam brom. Có 4,704 lít hỗn hợp khí B thoát ra, tỉ khối hơi B so với hidrocacbon là 117/7. Tìm giá trị của m.

Câu 14: Hoàn thành chuỗi phản ứng hóa học từ CH4 đến C3H6: CH4 → C2H2 → C4H4 → C4H6 → C3H6

Đáp án hướng dẫn viết phương trình

1. 2CH4 → C2H2 + 3H2 (ở nhiệt độ thường)

2. 2C2H2 → C4H4 (ở nhiệt độ thường, có xúc tác)

4. C4H10 → C3H6 + CH4 (nhiệt độ, có xúc tác)