Alkane
Khái niệm, cấu tạo, phản ứng cháy & ứng dụng làm nhiên liệu
▸ Hydrocarbon
Hydrocarbon gồm nhiều loại khác nhau như alkane, alkene… Một số hydrocarbon thông dụng: methane, propane, ethylene.
▸ Alkane
▸ Cách nhận biết alkane
Một chất là alkane khi thoả đồng thời 3 điều kiện:
▸ Bảng phân biệt
| Chất | Hydrocarbon? | Alkane? |
|---|---|---|
| $CH_3–CH_3$ | Có | Có |
| $CH_2=CH–CH_3$ | Có | Không (có C=C) |
| $CH_3–CH_2–OH$ | Không (có O) | Không |
| $CH_4$ | Có | Có |
| $CH_3–COOH$ | Không (có O) | Không |
▸ Bốn alkane đầu tiên (C1 đến C4)
| CTPT | CTCT thu gọn | Tên gọi | $M$ (g/mol) |
|---|---|---|---|
| $CH_4$ | $CH_4$ | Methane | 16 |
| $C_2H_6$ | $CH_3–CH_3$ | Ethane | 30 |
| $C_3H_8$ | $CH_3–CH_2–CH_3$ | Propane | 44 |
| $C_4H_{10}$ | $CH_3–CH_2–CH_2–CH_3$ | Butane | 58 |
▸ Đặc điểm chung
• Khi tăng thêm 1 nguyên tử C thì số nguyên tử H tăng thêm 2 — tức hơn kém nhau nhóm $CH_2$.
• Tên gọi các alkane đều có đuôi -ane: methane, ethane, propane, butane.
• $n = 1$ → $C_1H_{2 \cdot 1 + 2} = CH_4$ ✓
• $n = 3$ → $C_3H_{2 \cdot 3 + 2} = C_3H_8$ (propane) ✓
• $n = 4$ → $C_4H_{2 \cdot 4 + 2} = C_4H_{10}$ (butane) ✓
• $C_4H_{10}$: có 2 CTCT — mạch thẳng (butane: $CH_3–CH_2–CH_2–CH_3$) và mạch nhánh (isobutane: $CH_3–CH(CH_3)–CH_3$).
▸ 1. Phản ứng đốt cháy hoàn toàn
Khi đốt cháy alkane trong không khí, sản phẩm chủ yếu là khí carbon dioxide ($CO_2$) và hơi nước ($H_2O$). Phản ứng toả nhiệt mạnh.
$2C_2H_6 + 7O_2 \xrightarrow{t^o} 4CO_2 + 6H_2O$
$C_3H_8 + 5O_2 \xrightarrow{t^o} 3CO_2 + 4H_2O$
$2C_4H_{10} + 13O_2 \xrightarrow{t^o} 8CO_2 + 10H_2O$
• Số C: cân bằng trước → $n$ mol $CO_2$.
• Số H: $2n+2$ nguyên tử → $n+1$ mol $H_2O$.
• Số O ở vế phải: $2n + (n+1) = 3n+1$ → $\dfrac{3n+1}{2}$ mol $O_2$.
• Nếu hệ số $O_2$ là phân số → nhân cả 2 vế với 2.
▸ 2. Cháy không hoàn toàn (thiếu $O_2$)
Khi thiếu $O_2$, một phần alkane cháy không hoàn toàn tạo:
▸ 3. Tính chất hoá học khác
Alkane khá bền ở điều kiện thường — không phản ứng với acid, base và nhiều chất khác.
Do phản ứng cháy toả nhiệt mạnh, alkane được sử dụng rộng rãi làm nhiên liệu dưới nhiều hình thức:
| Dạng nhiên liệu | Alkane sử dụng | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Khí hoá lỏng (LPG) | Propane, butane | Bật lửa, bếp gas, bình gas di động |
| Nhiên liệu lỏng | Alkane mạch dài (lỏng) | Xăng, dầu hoả, dầu diesel, nhiên liệu phản lực |
| Nhiên liệu rắn | Alkane mạch rất dài (rắn) | Nến paraffin |
▸ Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy 1 mol alkane
| Alkane | CTPT | $M$ (g/mol) | Nhiệt lượng (kJ/mol) |
|---|---|---|---|
| Methane | $CH_4$ | 16 | 891 |
| Ethane | $C_2H_6$ | 30 | 1 561 |
| Propane | $C_3H_8$ | 44 | 2 220 |
| Butane | $C_4H_{10}$ | 58 | 2 878 |
Trong đó $\dfrac{m}{M}$ là số mol alkane, $Q_{1\,\text{mol}}$ là nhiệt lượng đốt 1 mol.
Ví dụ: Đốt 22 gam propane → $n = \dfrac{22}{44} = 0{,}5$ mol → $Q = 0{,}5 \times 2220 = 1110$ kJ.
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm các dạng bài tập nâng cao như: tìm CTPT alkane từ % khối lượng C/H, đốt cháy alkane dẫn qua nước vôi trong (tính kết tủa $CaCO_3$), bài toán hỗn hợp alkane áp dụng bảo toàn nguyên tố/khối lượng, các sơ đồ tư duy và phương pháp giải chi tiết, hãy đọc bài viết bên dưới:
Khái niệm hydrocarbon & alkane, cấu tạo, danh pháp, phản ứng cháy, ứng dụng làm nhiên liệu, các dạng bài tập điển hình kèm ví dụ & lời giải chi tiết.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 23 câu bám sát chương trình SGK!
Cùng luyện bài Alkane!
23 câu: 16 trắc nghiệm · 3 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
Cô Trần Thị Thanh Thảo
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS
Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu