Thực hiện phản ứng cracking hoàn toàn m gam iso-butan, thu được hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon. Cho hỗn hợp X qua dung dịch nước brom có hòa tan 11,2 gam Br2 thấy Brom bị mất màu hoàn toàn và có 2,912 lít khí (đktc) thoát ra khỏi bình brom, có tỉ khối so với CO2 bằng 0,5. Giá trị số của m là A 5,22 gam B 6,96 gam C 5,80 gam D 4,64 gam Đáp án:`1D, 2D,3C` Giải thích các bước giải: - Các phản ứng xảy ra khi cracking n-pentan.
`C_5H_12->C_5H_10+H_2` `C_5H_12->C_4H_8+CH_4` `C_5H_12->C_3H_6+C_2H_6` `C_5H_12->C_2H_4+C_3H_8` Đề nên bổ sung phải là sản phẩm hidrocacbon nhé vì sản phẩm hidrocacbon gồm có `7` sản phẩm. Chỉ hỏi sản phẩm mà không có chữ hidrocacbon thì sẽ là `8`(Tính thêm `H_2`) - PTHH xảy ra như sau:
`C_4H_10->C_4H_8+H_2` `C_4H_8: CH_3-CH=CH-CH_3` (Có đồng phân cis-trans vì có cấu tạo đối xứng) `C_4H_8: CH_2=CH-CH_2-CH_3` Vậy có `4` sản phẩm được tạo ra. - Khi đề hidro hoá thì chỉ làm tách `H` chứ `C` vẫn giữ nguyên.
Loại `A` vì chất này có `7C` `B: CH_3-C(CH_3)_2-CH_3`: Không cho được anken nào. `C: CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3`: Cho được `3` sản phẩm. Cho được các anken sau: `CH_2=C(CH_3)-CH_2-CH_3` `CH_3-C(CH_3)=CH-CH_3` `CH_3-CH(CH_3)-CH=CH_2` `D: CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3`: Cho được `2` sản phẩm `CH_2=CH-CH_2-CH_2-CH_3` `CH_3-CH=CH-CH_2-CH_3` Ghi chú
G.1. Dẫn xuất monohalogen của ankan là một loại hợp chất hữu cơ trong đó một
nguyên tử H của ankan được thay thế bởi nguyên tử halogen X. Dẫn xuất
monohalogen của ankan có công thức dạng tổng quát là CnH2n + 1X.
G.2. Dẫn xuất đihalogen của ankan là một loại hợp chất hữu cơ trong đó hai nguyên tử
H của ankan được thay thế bởi hai nguyên tử halogen X. Dẫn xuất đihalogen của
ankan có công thức tổng quát là CnH2nX2.
G.3. Cơ chế phản ứng là diễn tiến của phản ứng. Khảo sát cơ chế phản ứng là xem từ
các tác chất đầu, phản ứng trải qua các giai đoạn trung gian nào để thu được các sản
phẩm sau cùng.
G.4. Phản ứng thế H của ankan bởi halogen X (của X2) là một phản ứng thế dây
chuyền theo cơ chế gốc tự do. Phản ứng trải qua ba giai đoạn: Khơi mạch, Phát
triển mạch và Ngắt mạch.
Thí dụ: Khảo sát cơ chế của phản ứng:
CH4 + Cl2 askt CH3Cl + HCl
Giai đoạn 1 (Giai đoạn khơi mạch, khơi mào): Có sự tạo gốc tự do Cl•
Cl-Cl as 2Cl•
Giai đoạn 2 (Giai đoạn phát triển mạch):
Cl• + CH4 HCl + CH3
• (gốc tự
do metyl)
CH3
• + Cl2 CH3Cl + Cl•
...............(Tiếp tục lặp đi lặp lại như trên cho đến khi kết thúc phản ứng, giai
đoạn ngắt mạch).
Giai đoạn 3 (Giai đoạn ngắt mạch, cắt mạch, đứt mạch, tắt mạch): Các gốc tự do kết hợp,
không còn gốc tự do, phản ứng ngừng (kết thúc):
CH3 • + Cl• >> CH3Cl
Cl• + Cl• >> Cl2
CH3• + CH3• >> CH3-CH3
G.5. Bậc của cacbon: Người ta chia cacbon bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4. Bậc của cacbon
bằng số gốc cacbon liên kết vào cacbon này bằng các liên kết đơn. C trong CH4 là
cacbon bậc 1.
G.6. Nguyên tử H liên kết bậc cao của ankan dễ được thế bởi halogen X2 (nhất là Br2)
hơn so với H liên kết vào cacbon bậc thấp.
Bài tập 13
Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon A cần dùng 5,376 lít O2 (đktc). Cho sản phẩm cháy
hấp thụ hết vào nước vôi trong dư, ta thu được 15 gam kết tủa màu màu trắng. - Xác định CTPT của A.
- A tác dụng Cl2 theo tỉ lệ mol 1 : 1 thì chỉ thu được một sản phẩm hữu cơ duy nhất.
Xác định CTCT của A.
- So sánh nhiệt độ sôi giữa các đồng phân của A.
(C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; Ca = 40)
ĐS: C5H12
Bài tập 13’
Đốt cháy hoàn toàn một lượng hiđrocacbon X cần dùng 70 lít không khí (đktc). Cho sản
phẩm cháy hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được 78,8 gam kết tủa.
Xác định CTCT và đọc tên của X, biết rằng khi cho X tác dụng với Cl2 theo tỉ lệ mol 1 : 1
chỉ thu được một sản phẩm hữu cơ duy nhất.
Không khí gồm 20% O2, 80% N2 theo thể tích.
(C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; Ba = 137)
ĐS: C8H18
II.4.3. Phản ứng nhiệt phân
CnH2n + 2 t0 cao (> 10000C, Không có O2) nC + (n + 1)H2
II.4.4. Phản ứng cracking
Phản ứng cracking là phản ứng làm chuyển hóa một hiđrocacbon có khối lượng phân tử
lớn trong dầu mỏ thành các hiđrocacbon có khối lượng phân tử nhỏ hơn, mà chủ yếu là
biến một ankan thành một ankan khác và một anken có khối lượng phân tử nhỏ hơn. Phản
ứng cracking có mục đích tạo nhiều nhiên liệu xăng, dầu và xăng, dầu có chất lượng tốt
hơn cho động cơ từ dầu mỏ khai thác được.
CnH2n + 2 Cracking (t0 , p , xt) Cn’H2n’ + 2 + C(n - n’)H2(n - n’)
Ankan(Parafin) Ankan (Parafin) Anken (Olefin)
(n’ < n) (n- n’ ≥ 2)
Thí dụ:
CH3-CH2-CH3 Cracking CH4 + CH2=CH2
Propan Metan Eten (Etilen)
CH4 + CH2= CH-CH3
CH3-CH2-CH2-CH3 Cracking CH3-CH3 + CH2=CH2
n-Butan
CH3-CH-CH3 Cracking CH4 + CH2=CH-CH3
CH3
Isobutan
CH4 + CH2=CH- CH2-CH3
CH3-CH3 + CH2=CH-CH3
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 Cracking CH2=CH2 + CH3-CH2-CH3
n- pentan
CH2=CH2 + CH4 + CH2=CH2
CH4 + CH2=C-CH3
CH3
CH3-CH3 + CH2=CH-CH3
CH3-CH2-CH-CH3 Cracking CH2=CH2 + CH3-CH2-CH3
CH3 CH2=CH2 + CH4 + CH2=CH2
Isopentan CH4 + CH2=CH-CH2-CH3
CH4 + CH3-CH=CH-CH3
CH3
CH3-C-CH3 Cracking CH4 + CH2=C-CH3
CH3 CH3
Neopentan Metan Isobutilen
Bài tập 14
Viết các phương trình phản ứng cracking có thể có của n-hexan. Biết rằng chỉ có sự tạo
ankan, anken và ankan từ 3 nguyên tử cacbon trở lên trong phân tử đều bị cracking.
Bài tập 14’
Viết các phản ứng cracking có thể có của isohexan. Coi sự cracking chỉ tạo parafin, olefin
và các parafin chứa số nguyên tử C trong phân tử lớn hơn 3 đều bị cracking.
Bài tập 14’’
Viết các phản ứng cracking có thể có của 3-metylpentan. Coi sản phẩm cracking chỉ gồm
ankan và anken. Ankan chứa tử 3 nguyên tử C trở lên trong phân tử đều bị cracking.
I.5. Ứng dụng
I.5.1. Từ metan điều chế được axetilen
2CH4 15000C ; Làm lạnh nhanh C2H2 + 3H2
I.5.2. Từ metan điều chế anđehit fomic (fomanđehit)
CH4 + O2 Nitơ oxit ; 6000C - 8000C H-CHO + H2O
II.5.3. Từ ankan điều chế anken, ankan khác (Thực hiện phản ứng cracking)
CnH2n + 2 Cracking (t , xt , p) Cn’H2n’ + 2 + C(n - n’)H2(n - n’)
Ankan Ankan (n’ < n) Anken
Thí dụ:
CH3-CH2-CH3 Cracking CH4 + CH2=CH2
Propan Metan Etilen
CH4 + CH2=CH-CH3
CH3-CH2-CH2-CH3 Cracking CH3-CH3 + CH2=CH2
n-Butan Etan Etilen
I.5.4. Từ ankan có thể điều chế các hợp chất có nhóm chức tương ứng,
theo sơ đồ sau:
R-CH3 Cl2 , as R-CH2-Cl dd NaOH, t0 R-CH2-OH CuO , t0 R-CHO
Ankan Dẫn xuất clo Rượu bậc 1 Anđehit O2 , Mn2+ R-COOH R’-OH , H2SO4(đ) , t0 R-C-O-R’
O
Axit hữu cơ Este
Thí dụ:
CH3-CH3 + Cl2 askt CH3-CH2-Cl + HCl
Etan Clo Etyl clorua, Clo etan Hiđro clorua
CH3-CH2-Cl + NaOH t0 CH3-CH2-OH + NaCl
Dung dịch xút Rượu etylic Natri clorua
CH3-CH2-OH + CuO t0 CH3-CHO + Cu + H2O
Đồng (II) oxit Anđehit axetic Đồng Nước
CH3- CHO + 1/2O2 Mn2+ CH3-COOH
Oxi Axit axetic
CH3-COOH + CH3-CH2-OH H2SO4 , t0 CH3-COO-CH2-CH3 + H2O
I.5.5. Từ n-butan điều chế 1,3-butađien (Từ đó điều chế các loại cao su
nhân tạo: Buna-S, Buna-N)
CH3-CH2-CH2-CH3 t0 , xt CH2=CH-CH=CH2 + 2H2
n-Butan 1,3-Butađien Hiđro
I.5.6. Từ isopentan điều chế chế isopren (Từ đó điều chế cao su isopren)
CH3-CH2-CH-CH3 t0 , xt CH2=CH-C=CH2 + 2H2
CH3 CH3
Isopentan (2-Metyl butan) Isopren (2-Metyl-1,3-buđien) Hiđro
I.5.7. Từ n-hexan điều chế benzen
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 t0 , xt C6H6 + 4H2
n-Hexan Benzen Hiđro
I.5.8. Từ n-heptan điều chế toluen
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 t0 , xt C6H5-CH3 + 4H2
n- Heptan Toluen (Metylbenzen) Hiđro
I.6. Điều chế (Chủ yếu là điều chế metan)
I.6.1. Trong công nghiệp
Trong công nghiệp, metan (CH4) được lấy từ:
+ Khí thiên nhiên: Khoảng 95% thể tích khí thiên nhiên là metan. Phần còn lại là
các hiđrocacbon C2H6, C3H8, C4H10,...
+ Khí mỏ dầu (Khí đồng hành): Khí mỏ dầu nằm bên trên trong mỏ dầu. Khoảng
40% thể tích khí mỏ dầu là metan. Phần còn lại là các hiđrocacbon có khối lượng phân
tử lớn hơn như C2H6, C3H8, C4H10,…
+ Khí cracking dầu mỏ: Khí cracking dầu mỏ là sản phẩm phụ của quá trình cracking
dầu mỏ, gồm các hiđrocacbon có khối lượng phân tử nhỏ, trong đó chủ yếu gồm
metan (CH4), etilen (C2H4),…
+ Khí lò cốc (Khí thắp, Khí tạo ra do sự chưng cất than đá): 25% thể tích khí lò cốc là
metan, 60% thể tích là hiđro (H2), phần còn lại gồm các khí như CO, CO2, NH3, N2,
C2H4, hơi benzen (C6H6),…
+ Khí sinh vật (Biogas): Khí sinh vật chủ yếu là metan (CH4). Khí sinh vật được tạo
ra do sự ủ phân súc vật (heo, trâu bò,…) trong các hầm đậy kín. Với sự hiện diện các
vi khuẩn yếm khí (kỵ khí), chúng tạo men xúc tác cho quá trình biến các cặn bã chất
hữu cơ tạo thành metan. Khí metan thu được có thể dùng để đun nấu, thắp sáng.
Phần bã còn lại không còn hôi thúi, các mầm bịnh, trứng sán lãi cũng đã bị hư, không
còn gây tác hại, là loại chất hữu cơ đã hoai, được dùng làm phân bón rất tốt. Như vậy,
việc ủ phân súc vật, nhằm tạo biogas, vừa cung vấp năng lượng, vừa tạo thêm phân
bón, đồng thời tránh được sự làm ô nhiễm môi trường, nên sự ủ phân súc vật tạo
biogas có rất nhiều tiện lợi.
+ Thực hiện phản ứng cracking dầu mỏ: Thu được các ankan có khối lượng phân tử nhỏ
hơn (và các anken).
CnH2n + 2 Cracking Cn’H2n’ + 2 + Cn - n’H2(n - n’)
Ankan Ankan nhỏ hơn Anken
Thí dụ:
CH3-CH2-CH3 Cracking CH4 + CH2=CH2
I.6.2. Trong phòng thí nghiệm
Trong phòng thí nghiệm, metan được điều chế từ:
+ Nung muối natri axetat với vôi tôi - xút (hỗn hợp NaOH - Ca(OH)2,
CaO - NaOH)
CH3COONa(r) + NaOH(r) Vôi tôi xút , t0 CH4 + Na2CO3(r)
Natri axetat Xút rắn trong vôi tôi xút Metan
Natri cacbonat
Tổng quát:
RCOONa(r) + NaOH(r) Vôi tôi xút, t0 RH + Na2CO3
Natri cacboxilat Xuùt (raén)
Hiñrocacbon
Thí duï:
CH3-CH2-COONa(r) + NaOH(r) Vôi tôi xút, t0 CH3-CH3 + Na2CO3
Natri propionat Xút rắn Etan
Nếu biết:
H-COONa(r) + NaOH(r) Vôi tôi xút, t0 H2 + Na2CO3
Natri fomiat Hiđro
NaOOC-CH2-COONa(r) + 2NaOH(r) Vôi tôi xút, t0 CH4 + 2Na2CO3
Natri malonat Metan
+ Muối nhôm cacbua tác dụng với nước:
Al4C3 + 12H2O 3CH4 + 4Al(OH)3
Al4C3 + 12H + 3CH4 + 4Al3+ THí dụ:
Al4C3 + 12HCl 3CH4 + 4AlCl3
Al4C3 + 6H2SO4 3CH4 + 2Al2(SO4)3
Al4C3 + 12 CH3COOH 3CH4 + 4Al(CH3COO)3
Nhôm Axetat
+ Tổng hợp trực tiếp từ C và H2 xúc tác Ni ở 500oC
C + 2H2 Ni, 5000C CH4
Cacbon Hidro Metan
9C + 2Al2O3 t0 cao (20000C) Al4C3 + 6CO
4Al + 3 C t0 cao Al4C3.......................................................
|
