Cách xác định số sản phẩm thế của ankan

Chi tiết Chuyên mục: Chuyên đề 12. Hidrocacbon Được viết ngày Thứ sáu, 26 Tháng 12 2014 15:58 Viết bởi Nguyễn Văn Đàm

     Phản ứng thế là phản ứng đặc trưng của ankan vì phân tử ankan chỉ chứa liên kết đơn.

1. Phản ứng thế [Cl2/as hoặc Br2/t0]

CnH2n+2 + xX2 → CnH2n+2-xXx + xHX

- Về nguyên tắc các nguyên tử H trong phân tử ankan có thể bị thay thế lần lượt từ 1 đến hết.

- Khả năng phản ứng giảm theo thứ tự F2 > Cl2 > Br2 > I2.

- Thường thì ta không gặp phản ứng của flo vì nó phản ứng quá mạnh và thường gây phản ứng hủy:

CnH2n+2 + [n+1]F2 → nC + [2n+2] HF

còn iot lại phản ứng quá yếu nên hầu như cũng không gặp. Với clo phản ứng cần điều kiện ánh sáng còn brom thì cần phải đun nóng.

- Với các nguyên tử H liên kết với các nguyên tử C khác nhau thì khả năng tham gia phản ứng khác nhau: H liên kết với Cbậc 3> Cbậc 2 > Cbậc 1 và sản phẩm chính là sản phẩm ưu tiên thế X vào H của C bậc cao [C có ít H hơn]. Lượng sản phẩm sinh ra tỷ lệ với tích số nguyên tử H tương đương và khả năng phản ứng tương đối của C các bậc.

- Phản ứng thế xảy ra theo cơ chế gốc tự do - dây chuyền gồm 3 giai đoạn:

+ Khơi mào phản ứng:                                  

X2 → 2X.

+ Phát triển mạch:                             

X. + CnH2n+2 → CnH2n+1. + HX

CnH2n+1. + X2 → CnH2n+1X + X.

+ Tắt mạch:                                        

2X. → X2

X.  + CnH2n+1. → CnH2n+1X

CnH2n+1.  + CnH2n+1. → C2nH4n+2

     Chính vì cơ chế phản ứng như thế nên khi cho metan tác dụng với clo ánh sáng thường sinh ra sản phẩm có cả etan.

     Trong các bài thi chúng ta thường gặp câu hỏi về số sản phẩm thế 1 lần, số gốc ankyl mà các đồng phân tạo ra đây chính là số loại H tương đương của mỗi ankan.

2. Phản ứng nitro hóa và sunfoclo hóa

R-H + HNO3 → R-NO2 + H2O

R-H + SO2 + Cl2 → R-SO2Cl + HCl

     Hochoaonline.net có một số ví dụ sau để các bạn tham khảo:

Ankan là hiđrocacbon no, mạch hở, có công thức chung là CnH2n+2

Lý thuyết về Ankan

- Định nghĩa: ankan [parafin] là những hiđrocacbon no, mạch hở.
- Công thức chung: CnH2n+2 [n ≥ 1].
- Tên gọi:
+ Tên thay thế:

Số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh + tên mạch chính + an

+ Tên thường:
     Nếu chỉ có một nhánh duy nhất CH3 ở nguyên tử C số 2 thì thêm tiền tố iso, nếu có 2 nhánh CH3 ở C số 2 thì thêm tiền tố neo. Chú ý phân biệt isoankan với isoankyl và neoankan với neoankyl. Isooctan là 2,2,4 – trimetylpentan.
- Đồng phân: mạch C.

Một số ankan đơn giản thường gặp

- Ở nhiệt độ thường, các ankan từ C1 đến C4 ở trạng thái khí; từ C5 đến khoảng C18 ở trạng thái lỏng; từ khoảng C18 trở lên ở trạng thái rắn.- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của ankan nói chung đều tăng theo số nguyên tử C trong phân tử tức là tăng theo phân tử khối. Ankan nhẹ hơn nước.

- Ankan không tan trong nước và đều là những chất không màu.

CnH2n+2 + xX2 → CnH2n+2-xXx + xHX

- Về nguyên tắc các nguyên tử H trong phân tử ankan có thể bị thay thế lần lượt từ 1 đến hết.
- Khả năng phản ứng: Cl2 > Br2 > I2 và Cbậc 3> Cbậc 2 > Cbậc 1. Sản phẩm chính là sản phẩm ưu tiên thế X vào H của C bậc cao [C có ít H hơn]. C bậc a là C liên kết với a nguyên tử C khác.
- Phản ứng thế xảy ra theo cơ chế gốc tự do - dây chuyền gồm 3 giai đoạn:

+ Khơi mào phản ứng:                                  

X2 → 2X.

+ Phát triển mạch:                             

X. + CnH2n+2 → CnH2n+1. + HX
CnH2n+1. + X2 → CnH2n+1X + X.

+ Tắt mạch:                                       

2X. → X2
X. + CnH2n+1. → CnH2n+1X
CnH2n+1. + CnH2n+1. → C2nH4n+2

Lưu ý: Số sản phẩm thế 1 lần [monohalogen] cũng chính là số gốc ankyl mà các đồng phân tạo ra = số loại nguyên tử H tương đương = số loại nguyên tử C tương đương [trừ C bậc 4].a. Phản ứng tách H2 [phản ứng đề hiđro hóa]
CnH2n+2 → CnH2n + H2 [Fe, t0]                                         Anken

Chú ý:

- Chỉ những ankan trong phân tử có từ 2 nguyên tử C trở lên mới có khả năng tham gia phản ứng tách H2.
- Trong phản ứng tách H2, 2 nguyên tử H gắn với 2 nguyên tử C nằm cạnh nhau tách ra cùng nhau và ưu tiên tách H ở C bậc cao.

CH3-CH2-CH3 → CH2=CH-CH3 + H2

- Một số trường hợp riêng khác:

CH3-CH2-CH2-CH3 → 2H2 + CH2=CH-CH=CH2­
CH3-CH[CH3]-CH2-CH3 → CH2=C[CH3]-CH=CH2 + 2H2
n-C6H14 → 4H2 + C6H6 [benzen]
n-C7H16 → 4H2 + C6H5CH3 [toluen]

b. Phản ứng phân hủy
- Phản ứng phân hủy bởi nhiệt:                           

CnH2n+2 → nC + [n + 1]H2 [t0]

- Phản ứng phân hủy bởi halogen [Cl2 hoặc F2]:     

CnH2n+2 + nCl2 → CnCl2n+2 + [n + 1]H2 [t0]

c. Phản ứng crăcking [n≥ 3]

CnH2n+2 → CxH2x+2 + CyH2y [t0, p, xt]

Chú ý:
     + Ankan thẳng CnH2n+2 khi crăcking có thể xảy ra theo [n - 2] hướng khác nhau tạo ra 2[n-2] sản phẩm.     + Nếu hiệu suất phản ứng crăcking là 100% và không có quá trình cracking thứ cấp thì tổng số mol sản phẩm tăng gấp đôi so với các chất tham gia nên KLPTTB giảm đi một nửa.

     + Số mol ankan sau phản ứng luôn bằng số mol ankan ban đầu dù quá trình cracking có nhiều giai đoạn.

CnH2n+2 + [3n + 1]/2O2 → nCO2 + [n + 1]H2O- Đối với phản ứng cháy của ankan cần lưu ý 2 đặc điểm:

     + nCO2 < nH2O.

     + nH2O - nCO2 = nankan bị đốt cháy.
- Nếu đốt cháy 1 hiđrocacbon mà thu được nCO2 < nH2O thì  hiđrocacbon đem đốt cháy thuộc loại ankan.
- Nếu đốt cháy hỗn hợp hiđrocacbon cho nCO2 < nH2O thì trong hỗn hợp đốt cháy có chứa ít nhất 1 ankan.
Chú ý: Nếu cho ankan tham gia phản ứng với oxi khi có mặt muối Mn2+ thì xảy ra phản ứng oxi hóa không hoàn toàn tạo RCOOH.

R-CH2-CH2-R + 5/2O2 → 2RCOOH + H2O

- Thực hiện phản ứng tổng hợp Wuyêc:      

CnH2n+1X + CmH2m+1X + 2Na → CnH2n+1 - CmH2m+1 + 2NaX [t0]

- Nhiệt phân muối Natri của axit cacboxylic [phản ứng vôi tôi xút]:

CnH2n+2-x[COONa]x + xNaOH → CnH2n+2 + xNa2CO3 [CaO, t0]

- Cộng hiđro vào hiđrocacbon không no hoặc vòng không bền:

CnH2n+2-2k + kH2 → C­nH2n+2 [Ni, t0]

- Riêng với CH4 có thể dùng phản ứng:

Al4C3 + 12H2O → 4Al[OH]3 + 3CH4
Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4
C + 2H2 → CH4 [xúc tác, t0]

Tách từ nguồn khí thiên nhiên.
 

 

Bài viết liên quan: 

• Cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ
• Mở đầu về hóa học hữu cơ

Nguồn tin: Trang Hochoaonline

Phản ứng thế của ankan và cách giải bài tập – Hóa học lớp 11

A. Lý thuyết và phương giải

Phản ứng thế bởi halogen của ankan là phản ứng trong đó một hay nhiều nguyên tử H bị thay thế bởi một hay nhiều nguyên tử halogen.

CnH2n+2 + aX2→ CnH2n+2-aXa + aHX

Dựa vào các dữ kiên bài cho [thành phần phần trăm khối lượng, khối lượng mol của sản phẩm hoặc khối lượng mol trung bình của hỗn hợp sản phẩm] để giải bài toán.

Quy tắc thế: Khi tham gia phản ứng thế, nguyên tử halogen sẽ ưu tiên tham gia thế vào nguyên tử H của C bậc cao hơn [có ít H hơn] tạo sản phẩm chính.

VD: CH3-CH2-CH3 + Cl2 →as CH3-CHCl-CH3 [sản  phẩm chính] + HCl

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Khi tiến hành phản ứng thế giữa ankan X với khí clo có chiếu sáng người ta thu được hỗn hợp Y chỉ một sản phẩm thế. Tỉ khối hơi của X so với hiđro là 35,75. Tên của X là

A. 2,2- đimetylpropan

B. 2- metylbutan

C. pentan

D. etan

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức của X là CnH2n+2

MX = 35,75 . 2 = 71,5 suy ra 12n + 2n + 2 = 71,5

→ n = 5

→ C5H12

Do thu được 1 sản phẩm thế duy nhất nên X là 2,2 đimetylpropan.

Đáp án A

Ví dụ 2: Cho iso-pentan tác dụng với clo theo tỉ lệ 1:1, số sản phẩm monoclo tối đa thu được là

A. 2.

B. 3.

C. 4.

D. 5.

Hướng dẫn giải:

CH3−CH[CH3]−CH2−CH3→+Cl2CH3−CH[CH3]−CH2−CH2ClCH3−CH[CH3]−CHCl−CH3CH3−CCl[CH3]−CH2−CH3CH2Cl−CH[CH3]−CH2−CH3

Đáp án C

Ví dụ 3: Ankan nào sau đây chỉ cho 1 sản phẩm thế duy nhất khi tác dụng với Cl2 [as] theo tỉ lệ mol [1:1]: CH3CH2CH3 [a], CH4 [b], CH3C[CH3]2CH3 [c], CH3CH3 [d], CH3CH[CH3]CH3 [e]

A. [a], [e], [d]   

B. [b], [c], [d]

C. [c], [d], [e]    

D. [a], [b], [c], [e], [d]

Hướng dẫn giải:

[a] cho 2 sản phẩm khử

[b], [c], [d] cho 1 sản phẩm khử

[e] cho 2 sản phẩm khử

Đáp án B

C. Luyện tập

Câu 1: Khi tiến hành phản ứng thế giữa ankan A và khí clo người ta thu được dẫn xuất thế monoclo B. Tỉ khối hơi của chất B so với hiđro lần lượt bằng 32,25. CTPT của A là

A. CH4

B. C2H6

C. C3H8

D. C4H10

Hướng dẫn giải:

Gọi CTPT của A là CnH2n+2

Phương trình phản ứng: CnH2n+2 + Cl2 → CnH2n+1Cl + HCl

Ta có: MB = 32,25.2 = 64,5 => 14n + 36,5 = 64,5 => n = 2

Vậy CTPT của A là: C2H6

Đáp án B

Câu 2: Ankan A tác dụng với Cl2 theo tỉ lệ 1:1 thu được 12,05g một dẫn xuất clo. Trung hòa lượng HCl sinh ra cần 100 ml dd NaOH 1M. CTPT của A là:

A. C4H10    

B. C5H12    

C. C3H8    

D. C6H14.

Hướng dẫn giải:

Dẫn xuất clo của A: CnH2n+1Cl;

=> MCnH2n+1Cl = 12,050,1= 120,5

=> 14n + 36,5 =120,5 => n = 6

Vậy CTPT của A là C6H14

Đáp án D

Câu 3: Khi thế monoclo một ankan A người ta luôn thu được một sản phẩm duy nhất. Vậy A là

A. metan

B. propan

C. butan

D. hexan

Hướng dẫn giải:

CH4+Cl2→CH3Cl+HCl

Propan tạo 2 sản phẩm

Butan tạo 2 sản phẩm

Hexan tạo 3 sản phẩm

Đáp án A

Câu 4: Ankan X phản ứng với brom tạo 2 dẫn xuất monobrom có tỷ khối hơi so với H2 bằng 68,5. Tên của X là

A. etan

B. propan

C. butan

D. metan

Hướng dẫn giải:

Mdx = 68,5 . 2 =137

Suy ra 14n + 1 +80 = 137

→ n = 4

→ butan, tạo 2 dẫn xuất monobrom

Đáp án C

Câu 5: Khi clo hóa C5H12 với tỷ lệ mol 1:1 thu được 3 sản phẩm thế monoclo. Danh pháp IUPAC của ankan đó là

A. 2,2 – đimetylpropan

B. 2- metylbutan

C. pentan

D. 2-đimetylpropan

Hướng dẫn giải:

C5H12 +Cl2 → CH2[Cl]-CH2-CH2-CH2 -CH3

C5H12 +Cl2 → CH3-CH[Cl]-CH2-CH2 -CH3

C5H12 +Cl2 → CH3- CH2 -CH[Cl] -CH2 -CH3

 Đáp án C             

Câu 6: Phản ứng đặc trưng của ankan là phản ứng nào?

A. Phản ứng cộng

B. Phản ứng tách

C. Phản ứng thế

D. Phản ứng đốt cháy

Hướng dẫn giải:

Ở phân tử ankan chỉ có liên kết C-C và C-H. Đó là các liên kết σ bền vững, vì thế ankan tương đối trơ về mặt hóa học.
Dưới tác dụng với ánh sáng, xúc tác và nhiệt, ankan tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách và phản ứng oxi hóa. Tuy nhiên, phản ứng đặc trưng của ankan là phản ứng thế

Đáp án C

Câu 7: Khi tiến hành phản ứng thế giữa ankan X với hơi brom có chiếu sáng người ta thu được hỗn hợp Y chỉ chứa hai chất sản phẩm. Tỉ khối hơi của Y so với không khí bằng 4. Tên của X là:

A. 2,2-đimetylpropan

B. 2-metylbutan

C. pentan

D. etan

Hướng dẫn giải:

Đặt CTPT của ankan là CnH2n+2.

Phản ứng của CnH2n+2 với clo tạo ra hai chất sản phẩm:

          CnH2n+2+xBr2→xtCnH2n+2−xBrx+xHBr

Mol         1                                          1            x

Hỗn hợp Y gồm hai chất là: CnH2n+2-xBrx và HBr

Theo giả thiết và [1] ta có:

1.[14n+2+79x]+81x1+x=4.29⇒14n+44x=114⇒n=5x=1

Vì phản ứng chỉ tạo ra 2 sản phẩm nên suy ra chỉ có một sản phẩm thế duy nhất. Do đó ankan X là 2,2-đimetylpropan.

Đáp án A

Câu 8: Khi cho isopentan tác dụng với brom tỉ lệ 1:1 trong điều kiện có ánh sáng thì sản phẩm chính tạo thành là

A. 1- brom- 2-metylbutan.

B. 2- brom- 2-metylbutan.

C. 2- brom- 3-metylbutan.

D. 1- brom- 3-metylbutan.

Hướng dẫn giải:

Sản phẩm chính: Brom đính vào cacbon mang bậc cao nhất

Đáp án B

Câu 9: Clo hóa một ankan theo tỉ lệ mol 1:1 thì thu được dẫn xuất monoclo duy nhất có chưa %Cl = 33,33% về khối lượng. Ankan đó là

A.etan

B. propan

C. butan

D. pentan

Hướng dẫn giải

Gọi công thức chung của ankan là CnH2n+2. Dẫn xuất là: CnH2n+1Cl

%Cl=35,5.100%14n+1+35,5=33,33%⇒n=5⇒C5H12

Đáp án D

Câu 10: Ankan A phản ứng vừa đủ với V lít Cl2 [đktc] thu được hh sản phẩm chỉ gồm 2 dẫn xuất monoclo và 1 chất vô cơ X. Mỗi dẫn xuất monoclo đều chứa 38,38% khối lượng là clo. Biết tổng khối lượng 2 dẫn xuất clo lớn hơn khối lượng của X là 8,4 gam. A và giá trị của V là:

A. butan; 6,72 lít    

B. propan; 6,72 lít

C. propan; 3,36 lít    

D. butan; 3,36 lít

Hướng dẫn giải:

CTPT dẫn xuất monoclo là CnH2n+1Cl;

38,38% = 35,514n+36,5.100%

=> n = 4 => CTCT của A là CH3-CH2-CH2-CH3

Ta có nCl2 = ndx = nHCl = x

=> mdx - mHCl = 8,4 => 92,5x – 36,5x = 8,4 => x = 0,15 mol

=> V = 3,36 lít.

Đáp án D

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học lớp 11 có đáp án và lời giải chi tiết khác:

Trắc nghiệm lý thuyết Hóa 11 Chương 6 Hiđrocacbon không no

Bài tập trọng tâm Ankin và cách giải

Dạng 1: Bài tập về phản ứng cộng Ankin và cách giải

Dạng 2: Bài tập về phản ứng thế bởi ion kim loại của các Ankin và cách giải

Dạng 3: Bài tập về phản ứng oxi hóa Ankin và cách giải