KHTN9-CTST | Bài 21. Alkane | Thầy Hiếu Bụng Bự

MỤC TIÊU

- Nêu được khái niệm hydrocarbon, alkane.
- Viết được công thức cấu tạo và gọi tên được một số alkane đơn giản và thông dụng (C1 – C4).
- Viết được phương trình hoá học phản ứng đốt cháy của butane.
- Tiến hành được (hoặc quan sát qua học liệu điện tử) thí nghiệm đốt cháy butane, từ đó rút ra được tính chất hoá học cơ bản của alkane.
- Trình bày được ứng dụng làm nhiên liệu của alkane trong thực tiễn.

TÓM TẮT KIẾN THỨC

Khí thiên nhiên, khí mỏ dầu đều có thành phần chính là alkane và một số hydrocarbon khác. Alkane là gì? Alkane có những tính chất vật lí, hoá học nào?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào khái niệm của alkane.
❖ Lời giải chi tiết:
- Alkane là hydrocarbon mạch hở, chỉ chứa liên kết đơn (C – C, C – H) trong phân tử.
- Tính chất vật lí của alkane là:
+ 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.
+ Các alkane không tan trong nước và nhẹ hơn nước.
+ …
- Tính chất hóa học của alkane là:
+ Các alkane đều cháy trong không khí tạo thành sản phẩm chủ yếu gồm carbon dioxide và nước, khi cháy tỏa nhiều nhiệt.
+ Ngoài ra, alkane còn có phản ứng thế đặc trưng (sẽ được học ở cấp 3).

1. KHÁI NIỆM HYDROCARBON, ALKANE

➲ Trình bày khái niệm hydrocarbon

Khí biogas có thành phần chủ yếu là methane (CH4); khí sinh ra từ một số loại trái cây chín (xoài, chuối, ...), đồng thời làm trái cây nhanh chín là ethylene (C2H4). Methane, ethylene và các hợp chất hữu cơ có thành phần nguyên tố tương tự được gọi là hydrocarbon.

➲ Trình bày khái niệm alkane

Trong khí mỏ dầu có chứa methane, ethane, propane, butane, ... Gas dùng đun nấu có thành phần chính là propane và butane. Methane, ethane, propane, butane đều là alkane có công thức cấu tạo đầy đủ được biểu diễn ở Hình 21.1.

Thảo luận
Câu hỏi 1. Vì sao methane, ethylene được gọi là hydrocarbon?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào thành phần nguyên tố của methane, ethylene.
❖ Lời giải chi tiết:
Trong phân tử methane, ethylene chỉ chứa 2 nguyên tố C và H nên được gọi là hydrocarbon.

Thảo luận
Câu hỏi 2. Hãy viết công thức phân tử, công thức cấu tạo thu gọn và cho biết đặc điểm cấu tạo các alkane ở Hình 21.1.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào hình 21.1.
❖ Lời giải chi tiết:

STT	Alkane	Công thức phân tử	Công thức cấu tạo thu gọn	Đặc điểm cấu tạo
1	Methane	CH₄	CH₄	Chỉ có liên kết C - H
2	Ethane	C₂H₆	CH₃ – CH₃	Có liên kết C – C và C – H
3	Propane	C₃H₈	CH₃ – CH₂– CH₃	Có liên kết C – C và C – H
4	Butane	C₄H₁₀	CH₃ – CH₂ – CH₂– CH₃	Có liên kết C – C và C – H

✍ Ghi nhớ
• Hydrocarbon là hợp chất hữu cơ chỉ chứa nguyên tố carbon và hydrogen.
• Alkane là hydrocarbon mạch hở, chỉ chứa liên kết đơn (C–C, C–H) trong phân tử.

2. THÍ NGHIỆM ĐỐT CHÁY BUTANE

Tất cả các hydrocarbon khi cháy hoàn toàn đều tạo ra sản phẩm gồm carbon dioxide và nước.
Ví dụ: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

➲ Thí nghiệm phản ứng đốt cháy butane

Gas trong một số bật lửa hay dụng cụ mồi lửa (thường dùng để mồi nến, bếp cồn) có chứa butane.
- Thí nghiệm: Đốt cháy butane
- Dụng cụ và hoá chất: dụng cụ mỗi lửa, ống nghiệm, kẹp gỗ,
nước vôi trong.
- Tiến hành thí nghiệm: Bấm cho dụng cụ mồi lửa cháy và úp ngược ống nghiệm lên ngọn lửa đang cháy, quan sát thật kĩ sẽ thấy thành ống nghiệm bị mờ do có những hạt nước li ti bám trên thành ống nghiệm.
Sau đó xoay ống nghiệm lại và cho một ít nước vôi trong vào, ta thấy nước vôi trong bị vẩn đục.
Như vậy, sản phẩm đốt cháy gas trong dụng cụ mồi lửa gồm khí carbon dioxide và hơi nước.
Phương trình hoá học đốt cháy butane:
2 C₄H₁₀ + 13 0₂ → 8 CO₂+ 10 H₂O

Thảo luận
Câu hỏi 3. Gas dùng đun nấu có chứa alkane chủ yếu nào? Viết phương trình hoá học biểu diễn phản ứng cháy của chúng.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào thí nghiệm đốt cháy butane.
❖ Lời giải chi tiết:
- Gas dùng đun nấu có chứa alkane C3H8 và C4H10 là chính.
- Phương trình hóa học:
+ C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O
+ 2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O

Vận dụng kiến thức
Vì sao ở các trạm xăng dầu người ta thường treo bảng báo cấm như ở hình bên dưới?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào phản ứng cháy của các khí.
❖ Lời giải chi tiết:
Do xăng, dầu dễ bay hơi, dễ bắt lửa, dễ cháy nên ở các trạm xăng thường sẽ treo các biển báo tắt máy phương tiện, không sử dụng điện thoại di động, cấm lửa, cấm hút thuốc.

✍ Ghi nhớ
Butane cũng như các alkane đều cháy trong không khí tạo sản phẩm chủ yếu gồm carbon dioxide và nước, khi cháy tỏa nhiều nhiệt nên được dùng làm nhiên liệu.

3. ỨNG DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU CỦA ALKANE TRONG THỰC TIỄN

Trình bày ứng dụng làm nhiên liệu của alkane trong thực tiễn Hiện nay, xăng, dầu, gas, ... là nguồn nhiên liệu phổ biến trong đời sống và sản xuất. Nguồn nhiên liệu này có thành phần chủ yếu là một số alkane.

Thảo luận
Câu hỏi 4. Vì sao một số alkane (methane,propane, butane, ...) được sử dụng làm nhiên liệu?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy alkane.
❖ Lời giải chi tiết:
Vì các alkane khi cháy tỏa ra nhiệt lượng lớn nên được sử dụng làm nhiên liệu.

Củng cố kiến thức
Methane, propane thường được dùng làm nhiên liệu. Khi đốt cùng một khối lượng mỗi chất trên thì nhiệt lượng toả ra của chất nào lớn hơn? Biết rằng nhiệt toả ra khi cháy của methane và propane lần lượt là 890 kJ/mol và 2 219 kJ/mol.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào nhiệt tỏa ra khi cháy methane và propane.
❖ Lời giải chi tiết:
- Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 1g CH₄ là:
\[Q = \frac{1}{{16}}890 = 55,63(kJ)\] - Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 1g C₃H₈ là:
\[Q = \frac{1}{{44}}2219 = 50,43(kJ)\] Khi đốt cháy 1g mỗi chất thì lượng nhiệt tỏa ra từ methane lớn hơn so với propane.

Vận dụng kiến thức
Em hãy giới thiệu một số alkane được sử dụng phổ biến trong đời sống.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào ứng dụng của alkane.
❖ Lời giải chi tiết:
Alkane được sử dụng làm chất đốt, nhiên liệu.
- Hỗn hợp C₃H₈ và C₄H₁₀ có trong khí gas.
- C₄H₁₀ có trong bật lửa.
- CH₄ (thành phần khí biogas) dùng làm khí đốt trong đun nấu.

✍ Ghi nhớ
Trong thực tiễn, nguồn nhiên liệu của alkane được dùng làm khí đốt (gas), chạy các loại động cơ (xăng, dầu) như ô tô, máy kéo, máy nông nghiệp, ...

BÀI TẬP

Đang cập nhật

KHTN9-CTST | Bài 21. Alkane