Giải SBT Hóa học 11 CTST Bài 12: Alkane có đáp án

Xăng có thành phần chính là các phân tử alkane có số nguyên tử carbon từ 7 - 11 nguyên tử. Vì xăng là các phân tử không phân cực trong khi nước là phân tử phân cực, nên xăng không tan được trong nước. Đồng thời, chất béo là hợp chất không phân cực nên chất béo cũng tan được trong xăng.

Dầu mỡ sửa chữa xe cũng là các phân tử alkane nên không thể tan được trong nước, điều đó được hiểu là dầu mỡ trên tay bác thợ sửa chữa xe không thể làm sạch chỉ bởi nước. Bác thợ sửa xe thường dùng dầu hoả (là các phân tử alkane có số nguyên tử carbon từ 12 - 15 nguyên tử) để hoà tan các vết dầu mỡ, sau đó rửa lại bằng xà phòng.

Khi tiếp xúc lâu dài với xăng, dầu hoả, ... sẽ làm cho lớp dầu bảo vệ da bị trôi đi, da không còn lớp dầu bảo vệ nên sẽ bị phồng rộp và gây đau nhức. Vì vậy khi tiếp xúc với xăng, dầu hoả, dung môi pha sơn, ... cần đeo găng tay cẩn thận.

Butane là chất lỏng có thể nhìn thấy bên trong một chiếc bật lửa trong suốt, có nhiệt độ sôi thấp hơn một ít so với nhiệt độ của nước đóng băng (-0,5 °C). Tuy nhiên butane trong bật lửa lại không sôi. Điều này được giải thích là do khi được đưa vào trong bật lửa, butane chịu áp suất rất cao so với áp suất khí quyển, việc tăng áp suất này đã làm cho các phân tử khí butane “lại gần nhau hơn” và “bị ép” thành thể lỏng. Vì vậy butane trong bật lửa được nén và lưu lại dưới dạng lỏng. Khi được giải nén, chất lỏng lập tức bốc hơi và tạo khí butane, bốc cháy khi gặp tia lửa do ma sát giữa bánh răng kim loại với đá lửa.

Do 2-methylpropane có 3 nhóm -CH₃ có vị trí tương tự nhau nên chỉ có sản phẩm thế monochloro tạo thành sau phản ứng là:

        (CH₃)₂-CH-CH₂Cl: 1-chloro-2-methylpropane

        (CH₃)₃C-Cl:            2-chloro-2-methylpropane

2-methylpropane có công thức cấu tạo:

Như vậy 2-methylpropane có 9 nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc I và 1 nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc III. Gọi a và ka là khả năng phản ứng tương đối của nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc I và nguyên tử carbon bậc III trong phản ứng thế bromine đã cho, ta có phương trình:

$\frac{9a.100}{9a+ka}=0,56\iff k=1598$ 

Vậy với 2-methylpropane, tỉ lệ khả năng phản ứng tương đối của nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc I và nguyên tử carbon bậc III trong phản ứng là 1 : 1 598. Điều này đã cho thấy trong phản ứng thế halogen, bromine thể hiện tính chọn lọc cao hơn nhiều/so với chlorine (ở phản ứng với chlorine, tỉ lệ này của 2-methylpropane là 1 : 5).

a) Propane CH₃-CH₂-CH₃ có 6 nguyên tử hydrogen gắn ở carbon bậc I và 2 nguyên tử hydrogen gắn ở carbon bậc II. Khi tác dụng với chlorine sẽ thu được 2 sản phẩm thế monochloro là CH₃-CH₂-CH₂Cl và CH₃-CHCl-CH₃. Tổng khả năng phản ứng của 8 nguyên tử hydrogen là 6×1 + 4×2 = 14. Do 6 nguyên tử hydrogen ở nguyên tử carbon bậc I đều có khả năng phản ứng như nhau để tạo sản phẩm CH₃-CH₂-CH₂Cl nên khả năng tạo CH₃-CH₂-CH₂Cl là  $\frac{6.100}{14}$ = 42,85%.

Ngoài ra, 2 nguyên tử hydrogen gắn ở nguyên tử carbon bậc II đều có khả năng phản ứng như nhau để tạo sản phẩm CH₃-CHCl-CH₃ nên khả năng tạo CH₃-CHCl-CH₃ là  $\frac{2.4}{14}.100=57,15\%$ 

b) Phản ứng của propane với bromine sẽ xảy ra chậm hơn so với phản ứng của propane với chlorine. Tuy nhiên lúc này, do bromine có tính chọn lọc hơn so với chlorine nên khả năng phản ứng của nguyên tử carbon bậc II cao hơn nhiều so với của nguyên tử carbon bậc I, dẫn đến sản phẩm thế CH₃-CHBr-CH₃ sẽ cao hơn nhiều so với sản phẩm thế CH₃-CH₂-CH₂Br.

Lớp nhũ màu trắng bạc phản xạ tốt các tia nhiệt, có nghĩa là hấp thụ các tia nhiệt kém nên hạn chế được sự truyền nhiệt từ bên ngoài vào, nhờ đó xăng đỡ nóng hơn, tránh hiện tượng gây cháy nổ bể.

a) Vì %m_c + %m_H = 100% nên phân tử (X) chỉ chứa các nguyên tố hydrogen và carbon.

Đặt công thức phân tử của (X) là C_xH_y, ta có: $x:y=\frac{\%C}{12}:\frac{\%H}{1}=\frac{84,21}{12}:\frac{15,79}{1}=7,0175:15,79=4:9$

Vậy công thức phân tử của (X) có dạng (C₄H₉)_n.

Phổ khối lượng của (X) cho thấy (X) có phân tử khối là 114.

M_(X) = 114 <=> 57n = 114 => n = 2.

Do đó công thức phân tử của (X) là C₈H₁₈.

b) Công thức phân tử (X) có dạng (C₄H₉)_n hay C_4nH_9n.

Trong hợp chất C_xH_yO_z bất kì, ta phải có y ≤ 2x + 2 nên 9n ≤ 2.4n + 2

=> n ≤ 2.

Với giá trị n = 1 cho (X) có công thức C₄H₉. Điều này không hợp lí vì hợp chất chứa C, H hoặc C, H, O phải có số nguyên tử hydrogen là số chẵn. Vậy công thức phân tử (X) là C₈H_18.

Đánh số trên mạch chính là mạch dài nhất:

a) 

6-isobutyl-2,3-dimethyldecane

hay 2,3-dimethyl-6-(2-methylpropyl)decane

Ở đây, ở vị trí carbon số 6 có nhánh phức tạp. Để đọc tên nhánh này, carbon của nhánh phức tạp gắn vào mạch chính được đánh số 1 (xem hình). Tên nhánh phức tạp được cho vào ngoặc. Do đó tên alkane đã cho là: 2,3-dimethyl-6-(2-methylpropyl)decane.

Lưu ý: Khi gọi tên nhánh, ưu tiên theo thứ tự chữ cái của nhánh, không ưu tiên theo chữ cái của các tiếp đầu ngữ iso, di, tri,... Ví dụ ở trên, isobutyl vẫn ưu tiên hơn dimethyl, mặc dù “i” đứng sau “d”.

b)

 4-tert-butyl-2,4,6-trimethylheptane

hay 2,4,6-trimethyl-4-(1,1-dimethylethyl)heptane

Tương tự như trên, ở vị trí carbon số 4 có nhánh phức tạp, trong đó carbon của nhánh phức tạp gắn vào mạch chính được đánh số 1 (xem hình). Tên nhánh phức tạp được cho vào ngoặc. Do đó tên alkane đã cho là 2,4,6-trimethyl-4-(1,1-dimethylethyl)heptane.

a) Chỉ số octane càng cao, độ chịu nén trước khi phát nổ của xăng càng lớn nên chất lượng xăng càng tốt. Ví dụ xăng có chỉ số octane 92 dễ bị cháy khi nén hơn so với xăng có chỉ số octane 95 nên xăng có chỉ số octane 95 giá trị hơn xăng có chỉ số octane 92. Tuy nhiên phải tuỳ vào tỉ số nén của động cơ để chọn xăng phù hợp. Động cơ có tỉ số nén thấp thì không cần dùng xăng có chỉ số octane cao.

b) Vì mẫu xăng trên chứa 80% thể tích là 2,2,4-trimethylpentane nên chỉ số octane của mẫu xăng là 80.

Ethanol có chỉ số octane cao hơn nhiều (khoảng 109) so với xăng. Các nhà máy lọc dầu thường pha ethanol với xăng để giúp tăng chỉ số octane. Hầu hết xăng ở Mỹ chứa ít nhất 10% ethanol .

RON là viết tắt của Research Octane Number, tức chỉ số octane nghiên cứu. Như vậy xăng RON 92 và xăng RON 95 có chỉ số octane lần lượt là 92 và 95. Do đó xăng RON 95 có chỉ số octane cao hơn xăng RON 92.

Ethanol có chỉ số octane cao hơn khá nhiều so với xăng thông thường, đạt ngưỡng khoảng 109. Do xăng E5 chứa 5% ethanol và 95% xăng RON 92 (theo thể tích) nên sẽ có chỉ số octane khoảng 92,85.

Cách tính chỉ số octane của xăng E5:

Trong 100 L xăng E5 có 95 L xăng RON 92 và 5 L ethanol.

Có thể xem trong 95 L xăng RON 92 có  $\frac{92.95}{100}=87,4\left(L\right)$xăng có chỉ số octane là 100, còn lại là 95 - 87,4 = 7,6 (L) xăng có chỉ số octane là 0.

Tương tự trong 100 L xăng E10 có 10 L ethanol và 90 L xăng RON 92. Có thể xem trong 90 L xăng A92 có xăng có chỉ số octane là 100, còn lại là 90 - 82,8 = 7,2 (L) xăng có chỉ số octane là 0.

Do đó chỉ số octane của xăng E10 là $\frac{82,8.100+10.109+7,2.0}{100}=93,70$. Như vậy hàm lượng ethanol càng cao thì chỉ số octane của xăng sinh học càng lớn.