Bài 23: Alkane

1. Kiến thức trọng tâm

Alkane là hydrocarbon no, mạch hở, trong phân tử chỉ có liên kết đơn giữa các nguyên tử carbon. Công thức chung của alkane là $C_nH_{2n+2}$ với $n \geq 1$. Các alkane đầu dãy là methane $CH_4$, ethane $C_2H_6$, propane $C_3H_8$, butane $C_4H_{10}$. Tên gọi của alkane gồm phần chỉ số carbon và hậu tố "ane".

Về tính chất vật lí, các alkane nhẹ như methane, ethane, propane, butane là chất khí; các alkane từ $C_5$ đến $C_{16}$ là chất lỏng; các alkane lớn hơn là chất rắn. Alkane không tan trong nước, nhẹ hơn nước và tan tốt trong dung môi hữu cơ.

Về tính chất hoá học, alkane khá trơ ở nhiệt độ thường nhưng cháy được trong không khí tạo carbon dioxide và nước, toả nhiều nhiệt. Alkane còn tham gia phản ứng thế với halogen khi có ánh sáng. Ví dụ, methane tác dụng với chlorine tạo methyl chloride: $CH_4 + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + HCl$. Alkane là thành phần chính của khí thiên nhiên, dầu mỏ và khí hoá lỏng.

2. Ví dụ minh họa

Khí gas trong bình dùng để đun nấu chứa chủ yếu propane và butane. Khi đốt gas, phản ứng cháy toả nhiệt nấu chín thức ăn. Đốt cháy hoàn toàn $1$ mol methane: $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$. Nếu đốt $16$ gam methane (1 mol), thu được $44$ gam $CO_2$ và $36$ gam nước.

Trong phòng thí nghiệm, methane được điều chế bằng cách nung natri acetate với vôi tôi xút. Khí methane thu được cháy với ngọn lửa xanh nhạt.

Khi thay thế một nguyên tử hydrogen trong methane bằng chlorine, ta được $CH_3Cl$ dùng làm chất làm lạnh và dung môi. Phản ứng thế có thể tiếp tục tạo $CH_2Cl_2$, $CHCl_3$, $CCl_4$.

3. Ghi nhớ

• Alkane: hydrocarbon no, mạch hở, chỉ có liên kết đơn; công thức chung $C_nH_{2n+2}$.
• Alkane cháy tạo $CO_2$ và nước, toả nhiều nhiệt.
• Alkane tham gia phản ứng thế với halogen khi có ánh sáng.