Bài 12: Alkane trang 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73 Hóa học 11 Chân trời sáng tạo: Gas dùng làm nhiên liệu đun nấu trong gia đình có thành phần chủ yếu là propane và butane...

Câu hỏi trang 66 Mở đầu

Gas dùng làm nhiên liệu đun nấu trong gia đình có thành phần chủ yếu là propane và butane. Đây là các alkane ở thể khí trong điều kiện thường nhưng được hoá lỏng dưới áp suất cao.Alkane là gì? Chúng có vai trò như thế nào trong đời sống, sản xuất?

Nêu định nghĩa về alkane.

Vai trò của alkane trong đời sống, sản xuất: Hình 12.2, trang 72, sách giáo khoa

Alkane là những hydrocarbon mạch hở, trong phân tử chỉ chứa liên kết đơn, có công thức chung là C_nH_2n+2 (n ≥ 1).

Alkane dùng làm nhiên liệu, dung môi, dầu nhờn,… và là nguyên liệu quan trọng trong tổng hợp hữu cơ.

Câu hỏi trang 67 Câu hỏi 1

Vì sao methane được gọi là khí hồ ao?

Bề mặt những vũng đầm lầy thường xuất hiện các bong bóng khí, đó là alkane đơn giản nhất, có tên gọi methane, được nhà bác học Alessandro Volta phát hiện năm 1776.

Methan thường xuất hiện dưới dạng bong bóng khí ở các vũng lầy, ao hồ nên methane được gọi là khí hồ ao.

Câu hỏi trang 67 Câu hỏi 2

Hãy nêu nhận xét đặc điểm cấu tạo phân tử của các alkane. Vì sao alkane còn được gọi là hydrocarbon bão hoà hay hydrocarbon no?

Alkane là những hydrocarbon mạch hở, trong phân tử chỉ chứa liên kết đơn, có công thức chung là C_nH_2n+2 (n ≥ 1).

Nhận xét: Các alkane chỉ chứa liên kết đơn.

Trong phân tử của các alkane chỉ chứa liên kết đơn nên alkane còn được gọi là hydrocarbon bão hoà hay hydrocarbon no.

Câu hỏi trang 67 Luyện tập

a) Alkane nào dưới đây có mạch phân nhánh?

b) Phân tử của một alkane trong sáp nên có 52 nguyên tử hydrogen. Xác định số nguyên tử carbon trong phân tử alkane nói trên.

a) Bậc của một nguyên tử carbon trong phân tử alkane được xác định bằng số nguyên tử carbon liên kết trực tiếp với nguyên tử carbon đá Bậc của các nguyên tử carbon được kí hiệu bằng số La Mã.

Alkane không phân nhánh có mạch carbon chỉ chứa nguyên tử carbon bậc I và bậc II. Alkane phân nhánh có chứa nguyên tử carbon bậc III, bậc IV.

b) Alkane có công thức chung là C_nH_2n+2 (n ≥ 1).

a) (1) chỉ chứa carbon bậc I và bậc II, do đó (1) có mạch carbon không phân nhánh.

(2) chứa carbon bậc III nên (2) là carbon phân nhánh.

b) Gọi công thức phân tử của alkane là C_nH_2n+1 (n ≥ 1)

Vì số nguyên tử hydrogen trong alkane là 52 nên: 2n + 2 = 52 \( \Rightarrow {\rm{n = }}\frac{{{\rm{52 - 2}}}}{{\rm{2}}}{\rm{ = 25}}\)

Vậy số nguyên tử carbon trong alkane là 25.

Câu hỏi trang 68 Câu hỏi 3

Dựa vào thông tin nào trong Bảng 12.1 để chứng minh 4 chất đầu dãy đồng đẳng alkane đều ở thể khí?

Dựa vào thông tin nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn nhiệt độ phòng, ta chứng minh được 4 chất đầu dãy đồng đẳng alkane ở thể khí.

Vì nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của 4 chất đầu dãy đồng đẳng alkane đều nhỏ hơn nhiệt độ phòng (25 ^oC) nên 4 chất trên đều ở thể khí.

Câu hỏi trang 68 Luyện tập

a) Gọi tên các gốc alkyl sau: CH₃–, C₂H₅ – và CH₃CH₂CH₂–.

b) Viết công thức cấu tạo và đọc tên tất cả đồng phân alkane có công thức phân tửC₅H₁₂.

Gốc alkyl là phần còn lại sau khi loại đi 1 nguyên tử H của alkane.Tên gốc alkyl được gọi theo tên alkane nhưng bỏ ane, thêm yl (thay đuôi ane trong alkane bằng yl).

- Tên theo danh pháp thay thế của alkane:

+ Alkane không phân nhánh: Tiền tố ứng với số nguyên tử C trong alkane + ane.

+ Alkane phân nhánh: Sổ chỉ vị trí nhánh – Tên nhánh + Tiền tố ứng với số nguyên tử C trong alkane + ane.

a) CH₃– (methyl); C₂H₅ – (ethyl); CH₃CH₂CH₂– (propyl).

b) Các công thức cấu tạo và tên của tất cả đồng phân alkane có công thức phân tửC₅H₁₂:

Câu hỏi trang 69 Câu hỏi 4

Khi số nguyên tử carbon tăng, thể của các phân tử alkane chuyển từ khí sang lỏng, rồi rắn. Giải thích.

Tương tác Van der Waals giữa các phân tử tăng khi khối lượng phân tử tăng.

Khi số nguyên tử carbon tăng, khối lượng phân tử tăng, tương tác Van der Waals giữa các phân tử tăng, làm cho các phân tử tập trung gần nhau hơn, đến một mức độ nhất định, các phân tử alkane sẽ bắt đầu tạo thành các cấu trúc rắn hơn. Do đó thể của các phân tử alkane chuyển từ khí sang lỏng, rồi rắn.

Câu hỏi trang 69 Vận dụng

Vì sao người ta thường dùng xăng để rửa sạch các vết bẩn dầu mỡ?

Alkane không phân cực nên alkane lỏng có thể làm dung môi hòa tan các chất không phân cực hoặc kém phân cực.

Xăng dầu chủ yếu chứa các alkane ở thể lỏng. Các phân tử alkane không phân cực nên một số alkane ở thể lỏng được làm dung môi hoà tan các chất kém phân cực khác (như vết bẩn dầu mỡ). Do đó người ta thường dùng xăng để rửa sạch các vết bẩn dầu mỡ.

Câu hỏi trang 69 Câu hỏi 5

Những nguyên tử carbon trong phân tử alkane không phân nhánh có nằm trên một đường thẳng không? Giải thích.

Mỗi nguyên tử carbon trong alkane đều nằm ở tâm của một tứ diện mà 4 đỉnh là các nguyên tử hydrogen hoặc nguyên tử carbon với các góc liên kết C-C-C, C-C-H và H-C-H đều gần bằng 109,5⁰.

- Với phân tử ethane (C₂H₆), 2 nguyên tử carbon nằm trên một đường thẳng.

- Với các phân tử alkane không phân nhánh khác, mỗi nguyên tử carbon trong alkane đều nằm ở tâm của một tứ diện mà 4 đỉnh là nguyên tử carbon (hoặc các nguyên tử hydrogen) với các góc liên kết C-C-C gần bằng 109,5⁰ nên những nguyên tử carbon trong phân tử alkane không phân nhánh không nằm trên một đường thẳng.

Câu hỏi trang 70 Câu hỏi 6

Giải thích hiện tượng xảy ra trong hai ống nghiệm ở Thí nghiệm 1.

Khi có mặt ánh sáng khuếch tán hoặc khi đun nóng, các alkane tham gia phản ứng thế với halogen (chlorine, bromine).Trong phản ứng thế halogen, nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc cao hơn dễ bị thế bởi nguyên tử halogen hơn so với nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc thấp. Các sản phẩm thế halogen của hydrocarbon được gọi là dẫn xuất halogen của hydrocarbon.

- Hiện tượng:

+ Khi nhỏ hexane vào hai ống nghiệm chứa bromine, xuất hiện hai lớp chất lỏng trong 2 ống nghiệm, với lớp dưới màu vàng chứa bromine, lớp trên không màu chứa hexane.

+ Sau khi lắc đều, ống nghiệm được đưa ra nơi có ánh sáng mặt trời (hoặc được ngâm trong nước nóng 50^oC) bị mất màu hoặc màu nhạt hơn so với ống nghiệm còn lại không được đưa ra nơi có ánh sáng mặt trời (hoặc được ngâm trong nước nóng 50^oC).

- Giải thích:

+ Khi có mặt ánh sáng khuếch tán hoặc khi đun nóng, hexane tham gia phản ứng thế với bromine, làm dung dịch bromine nhạt màu dần hoặc mất màu.

+ Khi không có mặt ánh sáng khuếch tán hoặc không đun nóng, hexane không tham gia phản ứng thế với bromine, màu của dung dịch sau khi lắc ống nghiệm không thay đổi.

Câu hỏi trang 70 Câu hỏi 7

Khi cho methane tác dụng với chlorine (có chiếu sáng hoặc đun nóng), các nguyên tử hydrogen trong methane lần lượt bị thay thế bởi các nguyên tử chlorine, tạo 4 dẫn xuất chloro khác nhau. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra.

Khi có mặt ánh sáng khuếch tán hoặc khi đun nóng, các alkane tham gia phản ứng thế với halogen (chlorine, bromine).Trong phản ứng thế halogen, nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc cao hơn dễ bị thế bởi nguyên tử halogen hơn so với nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc thấp. Các sản phẩm thế halogen của hydrocarbon được gọi là dẫn xuất halogen của hydrocarbon.

Câu hỏi trang 70 Luyện tập

Cho 2-methylbutane tác dụng với chlorine trong điều kiện chiếu sáng thu được tối đa bao nhiêu đồng phân cấu tạo dẫn xuất monochloro?

Khi có mặt ánh sáng khuếch tán hoặc khi đun nóng, các alkane tham gia phản ứng thế với halogen (chlorine, bromine).Trong phản ứng thế halogen, nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc cao hơn dễ bị thế bởi nguyên tử halogen hơn so với nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc thấp. Các sản phẩm thế halogen của hydrocarbon được gọi là dẫn xuất halogen của hydrocarbon.

Vậy 2-methylbutane tác dụng với chlorine trong điều kiện chiếu sáng thu được tối đa 4 đồng phân cấu tạo dẫn xuất monochloro.

Câu hỏi trang 70 Câu hỏi 8

Viết 3 phương trình hoá học khác nhau khi cracking decane (C₁₀H₂₂).

Cracking là quá trình "bẻ gãy” các phân tử alkane mạch dài thành những hydrocarbon mạch ngắn hơn.

Câu hỏi trang 71 Luyện tập

Theo Ví dụ 5, nếu lấy cùng khối lượng methane và propane, chất nào toả nhiều nhiệt hơn?

Giả sử lấy 176 g methane và propane, tính số mol mỗi chất và lượng nhiệt khi đốt cháy mỗi chất với lượng mol trên (dựa vào phương trình nhiệt hóa học) rồi so sánh.

Giả sử lấy 176 g methane và 176 g propane.

\(\begin{array}{l}{{\rm{n}}_{{{\rm{C}}_{\rm{3}}}{{\rm{H}}_{\rm{8}}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{176}}}}{{{\rm{44}}}}{\rm{ = 4 (mol); }}{{\rm{n}}_{{\rm{C}}{{\rm{H}}_4}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{176}}}}{{{\rm{16}}}}{\rm{ = 11 (mol)}}\\\end{array}\)

Ta có:

Khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol CH₄ thì lượng nhiệt tỏa ra là 890 kJ.

=> Đốt cháy hoàn toàn 11 mol CH₄ thì lượng nhiệt tỏa ra là \(\frac{{11.890}}{1} = 9790\)kJ.

Ta có:

Khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol C₃H₈ thì lượng nhiệt tỏa ra là 2219 kJ.

=> Đốt cháy hoàn toàn 4 mol C₃H₈ thì lượng nhiệt tỏa ra là \(\frac{{4.2219}}{1} = 8876\)kJ.

Vậy khi lấy cùng khối lượng methane và propane, methane toả nhiều nhiệt hơn.

Câu hỏi trang 71 Câu hỏi 9

Quan sát, nhận xét màu ngọn lửa và viết phương trình hoá học của phản ứng đốt cháy hexane.

Các alkane dễ cháy, khi cháy tỏa ra nhiều nhiệt.

Đốt cháy hexane cho ra ngọn lửa màu vàng.

Câu hỏi trang 71 Câu hỏi 10

Sau Bước 2 của Thí nghiệm 3, so sánh hiện tượng xảy ra giữa 2 ống nghiệm.

Alkane không làm mất màu KMnO₄.

Dung dịch trong hai ống nghiệm có màu tím giống nhau.

Câu hỏi trang 72 Câu hỏi 11

Nguyên nhân nào đã làm gia tăng khói thải và các hạt bụi mịn vào không khí?

Khí thải do các phương tiện giao thông hoạt động thải ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu là hỗn hợp của các khí và các hạt khác nhau.

Một số nguyên nhân chính làm gia tăng khói thải và các hạt bụi mịn vào không khí:

- Giao thông vận tải: Phương tiện giao thông như ô tô, xe máy, tàu hỏa, tàu thủy, máy bay,... đều thải ra một lượng lớn khói, khí xả và hạt bụi, đặc biệt là các phương tiện dùng động cơ đốt trong.

- Hoạt động đốt nhiên liệu: Việc đốt các loại nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu, khí đốt,... để phát điện và sưởi ấm đã thải ra một lượng rất lớn khói bụi ra môi trường.

- Quá trình cháy rừng và nông nghiệp: Các hoạt động đốt rừng, đốt nương và các phế thải nông nghiệp cũng tạo ra khói bụi, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng không khí.

- Hoạt động xây dựng: Các hoạt động xây dựng, san lấp mặt bằng, khai thác khoáng sản,... cũng sinh ra một lượng bụi lớn.

Câu hỏi trang 73 Luyện tập

Bụi mịn PM2.5 là các hạt bụi có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2,5 µm. Chúng lơ lửng trong không khí và được hình thành từ các nguyên tố như C, S, N cùng các hợp chất kim loại khác. Cho biết tác hại củabụi mịn PM2.5 đến sức khoẻ.

Khí thải và các hạt bụi mịn là tác nhân gây hại tới sức khỏe.

Tác hại của bụi mịn PM2.5 đến sức khỏe:

+ Gây ra các bệnh đường hô hấp như viêm phế quản, hen suyễn, ung thư phổi. Chúng gây kích ứng niêm mạc, viêm phổi và làm tăng nguy cơ nhiễm trùng đường hô hấp.

+ Tác động đến tim mạch: bụi mịn PM2.5 có liên quan đến các bệnh tim mạch như tăng huyết áp, đau tim, đột quỵ do làm xơ vữa động mạch.

+ Ảnh hưởng đến hệ thần kinh: bụi mịn PM2.5 có thể xâm nhập vào máu và não, gây các vấn đề về thần kinh như nhức đầu, chóng mặt, suy giảm trí nhớ, thậm chí làm tăng nguy cơ mắc bệnh Alzheimer và Parkinson.

+ Làm giảm tuổi thọ: Theo các nghiên cứu, PM2.5 có liên quan đến việc giảm tuổi thọ trung bình. Mỗi mức tăng 10 μg/m³ bụi PM2.5 trong không khí ước tính làm giảm tuổi thọ trung bình của người dân từ vài tháng đến vài năm.

+ Ảnh hưởng đến trẻ em: Trẻ em đặc biệt nhạy cảm với tác hại của bụi mịn. PM2.5 có thể gây suy giảm phát triển phổi, tăng nguy cơ hen suyễn và các bệnh hô hấp khác ở trẻ em.

Câu hỏi trang 73 Luyện tập

Em hãy đề xuất một số giải pháp để hạn chế tình trạng ô nhiễm không khí hiện nay.

Đưa ra giải pháp để hạn chế tình trạng ô nhiễm không khí dựa trên việc tác động nguồn phát thải.

- Sử dụng năng lượng tái tạo: như điện mặt trời, gió, thủy điện sẽ giúp.

- Khuyến khích sử dụng phương tiện công cộng và đi xe đạp.

- Sử dụng phương tiện vận tải xanh: như xe điện, xe hybrid hoặc sử dụng nhiên liệu thân thiện với môi trường.

- Kiểm soát khí thải của các nhà máy và nhà máy điện.

- Tăng cường thông tin và tuyên truyền: nhằm nâng cao nhận thức của người dân về tác hại của ô nhiễm không khí và khuyến khích họ thực hiện các hành động bảo vệ môi trường.

- Trồng nhiều cây xanh.

Bài tập Bài 1

Quan sát biểu đồ thể hiện nhiệt độ sôi của bốn alkane đầu tiên.

a) Nhận xét và giải thích sự biến đổi nhiệt độ sôi của các alkane đã cho trong biểu đồ.

b) Ở nhiệt độ phòng, methane, ethane, propane và butane là những chất lỏng hay chất khí?

Tương tác Van der Waals giữa các phân tử tăng khi khối lượng phân tử tăng.

a) Nhận xét: Nhiệt độ sôi của alkane tăng theo chiều tăng của số nguyên tử carbon trong alkane.

Giải thích: Khi số nguyên tử carbon trong alkane tăng, lực tương tác Van der Waals giữa các phân tử tăng, dẫn đến nhiệt độ sôi tăng từ methane đến butane.

b) Vì nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của methane, ethane, propane và butane nhỏ hơn nhiệt độ phòng, nên ở nhiệt độ phòng, bốn chất trên là những chất khí.

Bài tập Bài 2

Biết rằng thành phần chủ yếu của xăng dầu là hydrocarbon. Hãy giải thích vì sao:

a) phải chứa xăng dầu trong các thùng chứa chuyên dụng và bảo quản ở những kho riêng.

b) các sự cố tràn dầu trên biển thường gây ra thảm hoạ cho một vùng biển rất rộng.

c) khi bị cháy xăng dầu không nên dùng nước để dập đám cháy.

Các alkane dễ cháy, khi cháy tỏa ra nhiều nhiệt.

Alkane không phân cực nên không tan được trong dung môi phân cực như nước.

a) Xăng dầu là hydrocacbon lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, dễ bắt lửa. Do đó, cần cất giữ xăng dầu trong các thùng chứa chuyên dụng có độ bền cao và kín, bảo quản ở những kho riêng.

b) Sự cố tràn dầu trên biển thường gây ra thảm hoạ cho một vùng biển rất rộng, vì: Xăng dầu nhẹ hơn nước, không tan trong nước nên khi tràn ra biển, xăng dầu nổi trên mặt biển, do tác động của sóng biển và thủy triều váng dầu lan rộng, trôi đi xa. Làm chết các sinh vật biển, ô nhiễm môi trường nước, ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế và sinh hoạt của người dân.

c) Xăng dầu nhẹ hơn nước và không tan trong nước, nếu ta dập đám cháy gây ra bởi xăng dầu bằng nước thì nước làm loang xăng dầu, nhiệt từ đám cháy làm nước bốc hơi và tăng áp suất khiến đám cháy còn lan rộng lớn và khó dập tắt hơn. Do đó không được dùng nước để dập đám cháy gây ra do xăng dầu.

Bài tập Bài 3

Alkane X có công thức phân tử C₅H₁₂. Xác định công thức cấu tạo và gọi tên alkane X, biết X chỉ có thể tạo ra một dẫn xuất monochloro duy nhất.

Khi có mặt ánh sáng khuếch tán hoặc khi đun nóng, các alkane tham gia phản ứng thế với halogen (chlorine, bromine).

Viết các đồng phân của C₅H₁₂ (3 đồng phân), xem thử khi thế một Cl vào mỗi công thức, X là công thức chỉ cho ra 1 sản phẩm thế.

Alkane có công thức phân tử C₅H₁₂, tạo ra một dẫn xuất monochloro duy nhất là 2,2 – dimethylpropane.