Mở đầu: 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, hóa học nào?
Trả lời:
Alkane là hydrocarbon mạch hở, chỉ chứa liên kết đơn (C-C, C-H) trong phân tử.
- Tính chất vật lý của alkane: ở điều kiện thường, các alkane 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.
Alkane không tan trong nước. Alkane là những dung môi phân cực và đều là những chất không màu.
- Tính chất hóa học: trong phân tử Alkane chỉ có các liên kết C-C và C-H bền, nên alkane tương đối trơ về mặt hóa học. Dưới tác dụng của ánh sáng, xúc tác và nhiệt độ, alkane tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách và phản ứng oxy hóa.
1. Khái niệm hydrocarbon, alkane
Câu hỏi 1: Vì sao methane, ethylene được gọi là hydrocarbon?
Trả lời:
- Trong phân tử methane, ethylene chỉ chứa 2 nguyên tố C và H nên được gọi là hydrocarbon.
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
Trả lời:
- Công thức phân tử:
+ Methane: CH4; propane: C3H8; ethane: C2H6; butane: C4H10
- Công thức cấu tạo thu gọn:
+ Methane: CH4; propane: CH3-CH2-CH3; ethane: CH3-CH3;
+ butane: CH3-CH2-CH2-CH3
- Đặc điểm cấu tạo của các alkane: có mạch hở, chỉ chứa các liên kết đơn (C-C, C-H) trong phân tử.
2. Thí nghiệm đốt cháy butane
Câu hỏi 3: Gas dùng đun nấu có chứa alkane chủ yếu nào? Viết phương trình hóa học biểu diễn phản ứng cháy của chúng.
Trả lời:
Gas dùng đun nấu có chứa alkane C3H8 và C4H10 là chính.
Phương trình hóa học:
C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O
2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O
Vận dụng: Vì sao ở các trạm xăng treo bảng báo cấm như ở hình bên dưới?
Trả lời:
- Vì trong xăng dầu có nhiều alkane. Các alkane đầu dãy đồng đẳng có trong xăng dầu rất dễ cháy (dưới những tác nhân như ngọn lửa, điếu thuốc cháy dở, sóng điện thoại, tia lửa xuất hiện trong động cơ xe…), khi cháy alkane tỏa nhiều nhiệt. Khí CO2, hơi nước và nhiệt tạo ra nhanh nên có thể gây nổ, rất nguy hiểm.
3. Ứng dụng làm nhiên liệu của alkane trong thực tiễn
Câu hỏi 4: Vì sao một số alkane (methane, propane, butane, ...) được sử dụng làm nhiên liệu?
Trả lời:
- Các alkane được sử dụng làm nhiên liệu vì dễ cháy và khi cháy tỏa nhiều nhiệt.
Luyện tập: 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.
Trả lời:
- Giả sử có cùng khối lượng methane và propane là m (gam).
- Khi đó, số mol methane: nCH4=
; số mol propane: nC3H8=
- Nhiệt tỏa ra khi đốt cháy m (gam) methane: Q1=
.890 = 55,625m (kJ)
- Nhiệt tỏa ra khi đốt cháy m (gam) propane: Q2=
.2219 ≈ 50,432m (kJ)
=> Vậy khi đốt cùng một khối lượng mỗi chất, methane tỏa ra nhiệt lượng lớn hơn.
Vận dụng: Em hãy giới thiệu một số alkane được sử dụng phổ biến trong đời sống.
Trả lời:
Một số alkane được được sử dụng phổ biến trong đời sống như:
- 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.