**Ankan Có Công Thức Tổng Quát Là Gì? Giải Thích Chi Tiết Nhất**

Bạn đang tìm hiểu về ankan và công thức tổng quát của chúng? CAUHOI2025.EDU.VN sẽ giúp bạn hiểu rõ về ankan, công thức tổng quát, đồng đẳng, đồng phân, tính chất và ứng dụng của chúng trong hóa học hữu cơ. Hãy cùng khám phá nhé!

1. Ankan Là Gì? Công Thức Tổng Quát và Cấu Tạo

1.1. Định Nghĩa Ankan

Ankan là những hydrocarbon no, mạch hở, trong phân tử chỉ chứa liên kết đơn C-C và C-H.

Công thức tổng quát của ankan là CnH2n+2 (n ≥ 1).

Ankan còn được gọi là parafin.

1.2. Đồng Đẳng và Cấu Tạo Ankan

• Đồng đẳng: Các ankan tạo thành một dãy đồng đẳng, với công thức đơn giản nhất là metan (CH4).
• Cấu tạo mạch carbon: Mạch carbon ở dạng mạch hở, có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh.
• Liên kết: Trong phân tử ankan, các nguyên tử carbon liên kết với nhau bằng liên kết đơn, được hình thành từ 4 orbital lai hóa sp3 của nguyên tử carbon, định hướng kiểu tứ diện đều. Do đó, mạch carbon có dạng gấp khúc. Các nguyên tử carbon có thể xoay tương đối tự do xung quanh các liên kết đơn.

1.3. Danh Pháp (Tên Gọi) Của Ankan

a. Ankan Mạch Thẳng:

Tên mạch carbon + “an”

• CH4: Metan
• C2H6: Etan
• C3H8: Propan
• C4H10: Butan

b. Ankan Mạch Nhánh:

Số chỉ vị trí nhánh – tên nhánh + tên mạch chính + “an”

Nguyên tắc gọi tên:

1. Chọn mạch carbon chính: Là mạch dài nhất và có nhiều nhóm thế nhất.
2. Đánh số vị trí carbon: Bắt đầu từ đầu gần nhánh hơn.
3. Nếu có nhiều nhánh giống nhau: Sử dụng tiền tố chỉ số đếm (đi, tri, tetra,…).
4. Nếu có nhiều nhánh khác nhau: Gọi tên nhánh theo thứ tự bảng chữ cái.

Gốc Hydrocarbon (Ankyl): Phần còn lại của phân tử hydrocarbon sau khi bớt đi một số nguyên tử hydro.

Công thức tổng quát nhóm ankyl: CnH2n+1

Tên gọi thông thường:

• iso: Khi có một nhánh CH3 ở nguyên tử C số 2.
• neo: Khi có hai nhánh CH3 ở C số 2.

2. Đồng Phân Ankan: Mạch Carbon và Bậc Carbon

2.1. Đồng Phân Mạch Carbon

Ankan bắt đầu xuất hiện đồng phân mạch carbon từ 4C trở lên.

Ví dụ: Đồng phân của C5H12

2.2. Bậc Của Carbon Trong Ankan

Bậc của một nguyên tử carbon trong phân tử ankan bằng số nguyên tử carbon liên kết trực tiếp với nó.

• Ankan không phân nhánh: Chỉ chứa nguyên tử C bậc I hoặc bậc II trong mạch.
• Ankan phân nhánh: Chứa cả C bậc III hoặc C bậc IV.

3. Tính Chất Vật Lý Của Ankan: Trạng Thái, Nhiệt Độ, Độ Tan

Trong điều kiện thường, các ankan tồn tại ở các trạng thái khác nhau tùy thuộc vào độ dài mạch carbon:

• C1 đến C4: Trạng thái khí.
• C5 đến khoảng C18: Trạng thái lỏng.
• Từ khoảng C18 trở đi: Trạng thái rắn.

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần khi tăng số nguyên tử carbon trong phân tử.

Ankan không tan trong nước nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ.

Ankan là những chất không màu. Các ankan nhẹ nhất (metan, etan, propan) là khí không mùi. Các ankan từ C5 đến C10 có mùi xăng và từ C10 đến C16 có mùi dầu hỏa. Các ankan rắn bay hơi rất ít nên hầu như không mùi.

4. Tính Chất Hóa Học Của Ankan: Phản Ứng Thế, Tách, Oxi Hóa

4.1. Phản Ứng Thế

Phản ứng thế clo và brom xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng hoặc nhiệt độ, tạo thành hỗn hợp các sản phẩm.

Phản ứng thế hydro bằng halogen thuộc phản ứng halogen hóa. Sản phẩm hữu cơ chứa halogen gọi là dẫn xuất halogen.

• Clo thế được vào H ở các carbon bậc khác nhau.
• Brom hầu như chỉ thế vào H ở carbon bậc cao.
• Flo phản ứng mãnh liệt, phân hủy ankan thành C và HF.
• Iot phản ứng quá yếu nên không phản ứng với ankan.

Ankan có phân tử lớn tham gia phản ứng thế chậm hơn và ưu tiên tạo sản phẩm chính bằng cách thế vào các nguyên tử H của nguyên tử C bậc cao.

4.2. Phản Ứng Tách

• Tách hydro: Ở 400-900°C với xúc tác Cr2O3 + Al2O3.
  Ví dụ: CH3-CH2-CH3 → CH3-CH=CH2 + H2
• Phân cắt mạch carbon:
  Ví dụ: C5H12 → C2H6 + C3H6

Dưới tác dụng của nhiệt và xúc tác (Cr2O3, Fe, Pt,…), ankan bị tách hydro tạo thành hydrocarbon không no và bị đứt gãy các liên kết C-C tạo thành các phân tử nhỏ hơn.

4.3. Phản Ứng Oxi Hóa

Phản ứng đốt cháy ankan tạo sản phẩm là CO2 và H2O, tỏa nhiều nhiệt:

CnH2n+2 + O2 → nCO2 + (n + 1) H2O

• Đốt ankan thu được nCO2 < nH2O
• Nếu đốt cháy hydrocarbon thu được nCO2 < nH2O thì đó là ankan.

Trong điều kiện thiếu oxi, ngoài CO2 và H2O, phản ứng đốt cháy còn tạo CO và muội than gây hại cho môi trường.

Nếu có xúc tác và nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi.

Ví dụ: CH4 + O2 (t°, xúc tác) → HCHO + H2O

5. So Sánh Ankan, Anken, Ankin: Cấu Tạo và Tính Chất

6. Điều Chế và Ứng Dụng Của Ankan

6.1. Điều Chế Ankan

a) Trong Công Nghiệp:

Metan và các đồng đẳng được tách ra từ dầu mỏ và khí tự nhiên.

b) Trong Phòng Thí Nghiệm:

Khi cần một lượng nhỏ metan (CH4), người ta nung natri axetat với vôi tôi xút hoặc cho nhôm cacbua tác dụng với nước:

Phản ứng nhiệt phân muối Natri của axit cacboxylic (phản ứng vôi tôi xút):

CH3COONa + NaOH (nhiệt độ)→ CH4↑ + Na2CO3

Tổng quát: CnH2n+2-x(COONa)x + xNaOH (nhiệt độ) → CnH2n+2 + xNa2CO3

Riêng đối với điều chế CH4 có thể dùng các phản ứng:

Al4C3 + 12H2O → 3CH4 + 4Al(OH)3

Al4C3 + 12HCl → 3CH4+ 4AlCl3

C + 2H2 (nhiệt độ, xúc tác)→ CH4

6.2. Ứng Dụng Của Ankan

• Dùng làm dầu bôi trơn, dung môi và nhiên liệu.
  Ví dụ: CH4 dùng trong đèn xì để hàn, cắt kim loại.
• Dùng trong tổng hợp nhiều loại chất hữu cơ khác: CF2Cl2, CCl4, CH2Cl2, CH3Cl,…
• Đặc biệt từ CH4 điều chế ra được nhiều chất khác nhau: amoniac NH3, hỗn hợp CO + H2, axit axetic, anđehit fomic (HCHO) và rượu metylic (C2H5OH).

7. Bài Tập Vận Dụng Về Ankan

Câu 1: Công thức tổng quát cho Ankan là:

A. CnHn+2

B. CnH2n+2

C. CnH2n

D. CnH2n-2

→ Đáp án đúng là B. CnH2n+2 (n ≥ 1).

Câu 2: Nhiên liệu thường làm từ các hidrocacbon no vì:

A. Hiđrocacbon no có thể xảy ra phản ứng thế.

B. Hiđrocacbon no có nhiều ở tự nhiên.

C. Hiđrocacbon no nhẹ hơn nước.

D. Hiđrocacbon no khi cháy tỏa nhiệt nhiều và có nhiều trong tự nhiên.

→ Đáp án đúng là D. Hiđrocacbon no khi cháy tỏa nhiệt nhiều và có nhiều trong tự nhiên.

Câu 3: Số đồng phân cấu tạo ứng với ankan có công thức phân tử C5H12 là:

A. 6

B. 4

C. 5

D. 3

→ Đáp án đúng là D. 3

Câu 4: Số đồng phân cấu tạo ứng với ankan có công thức phân tử C6H14 là:

A. 3

B. 4

C. 5

D. 6

→ Đáp án đúng là C. 5

Câu 5: Công thức phân tử của ankan X là C5H12. Clo hóa X, được 4 sản phẩm là dẫn xuất monoclo. Tên gọi của X là:

A. 2,2-đimetylpropan

B. 2-metylbutan

C. pentan

D. 2-đimetylpropan

→ Đáp án đúng là B. Clo hóa 2-metylbutan được 4 sản phẩm thế monoclo.

Câu 6: Công thức phân tử của ankan X là C6H14. Clo hóa X, được 4 sản phẩm là dẫn xuất monoclo. Tên gọi của X là:

A. 2,2-đimetylbutan

B. 3-metylpentan

C. hexan

D. 2,3-đimetylbutan

→ Đáp án đúng là B. Clo hóa 3-metylpentan được 4 sản phẩm thế monoclo.

Câu 7: Ankan X chứa 82,76% khối lượng là cacbon. Số nguyên tử hidro trong mỗi phân tử X là:

A. 6

B. 8

C. 10

D. 12.

→ Đáp án đúng là C

• Đặt CTPT của X là CnH2n+2
• 12n/(14n +2). 100% = 82,76 → n = 4
• CTPT: C4H10 → có 10 nguyên tử hiđro trong mỗi phân tử X.

Câu 8: Ankan X có chứa 20% khối lượng là hidro. Tổng số nguyên tử trong mỗi phân tử X là:

A. 8

B. 11

C. 6

D. 14

→ Đáp án đúng là A

• Đặt CTPT của X là CnH2n+2
• 2(n+1)/(14n+2). 100% = 20 → n = 2
• CTPT: C2H6

Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn 2,9 gam ankan X, sản phẩm thu được ở đktc 4,48 lít CO2. Vậy công thức phân tử của X cần tìm là:

A. C3H8

B. C4H10

C. C5H10

D. C5H12

→ Đáp án đúng là B

Đặt CTPT của X là CnH2n+2

2,9n/(14n+2) = 4,48/22,4 → n = 4

CTPT: C4H10

Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn một hidrocacbon X thu được sản phẩm gồm 0,11 mol CO2 và 0,132 mol H2O. Khi X tác dụng với khí clo (theo tỷ lệ số mol 1 : 1) thu được một sản phẩm thế duy nhất. Tên gọi của X là:

A. 2,2-đimetylpropan

B. etan

C. 2-metylpropan

D. 2-metylbutan

→ Đáp án đúng là A

• nH2O > nCO2 → Hidrocacbon là ankan CnH2n+2
• nankan = nH2O – nCO2 = 0,022 → n = 5. Vậy X là C5H12
• X tác dụng với Cl2 theo tỷ lệ 1:1 thu được 1 sản phẩm thế duy nhất.
• Vậy X là: 2,2-đimetylprotan

Câu 11: Đốt cháy hoàn toàn bằng oxi không khí một thể tích khí thiên nhiên gồm metan, etan, propan (O2 chiếm 20% thể tích trong không khí), thu được 7,84l khí Cacbonic (đktc) và 9,9g nước. Thể tích không khí (đktc) ít nhất cần dùng để đốt cháy hoàn toàn thể tích khí thiên nhiên trên là:

A. 70,0 lít

B. 78,4 lít

C. 84,0 lít

D. 56,0 lít

→ Đáp án đúng là A

Bảo toàn Oxy: nO2 = nCO2 + 1/2 nH2O = 0,35 + 1/2.0,55 = 0,625 (mol)

Vkk = 0,625.22,4 : 20% = 70 lít

Hy vọng với những kiến thức trên, bạn đã hiểu rõ hơn về ankan và công thức tổng quát của chúng. Nếu bạn muốn khám phá thêm nhiều kiến thức hóa học hữu ích khác, đừng ngần ngại truy cập CAUHOI2025.EDU.VN ngay hôm nay!

Bạn đang gặp khó khăn trong việc học hóa? Bạn muốn tìm kiếm một nguồn tài liệu tin cậy và dễ hiểu? CAUHOI2025.EDU.VN chính là giải pháp hoàn hảo dành cho bạn! Chúng tôi cung cấp những câu trả lời chính xác, được nghiên cứu kỹ lưỡng, giúp bạn nắm vững kiến thức và tự tin chinh phục môn hóa.

Đừng bỏ lỡ cơ hội:

• Đặt câu hỏi của bạn: Nhận giải đáp chi tiết từ đội ngũ chuyên gia giàu kinh nghiệm.
• Tìm kiếm thông tin: Khám phá kho tàng kiến thức khổng lồ về hóa học và nhiều lĩnh vực khác.
• Liên hệ để được tư vấn: Nếu bạn cần hỗ trợ chuyên sâu, hãy liên hệ với chúng tôi qua địa chỉ 30 P. Khâm Thiên, Thổ Quan, Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam hoặc số điện thoại +84 2435162967. Bạn cũng có thể truy cập trang web CAUHOI2025.EDU.VN để biết thêm chi tiết.

Hãy đến với CauHoi2025.EDU.VN ngay hôm nay để trải nghiệm sự khác biệt!