Giáo án Hóa học 11 nâng cao - Bài 35: Ankan, tính chất hóa học, điều chế và ứng dụng

GIÁO ÁN HÓA HỌC 11 NÂNG CAO
Bài 35: ANKAN, TÍNH CHẤT HÓA HỌC, ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG
Mục tiêu bài học
Về kiến thức
Học sinh biết
Phương pháp điều chế một số ankan trong phòng thí nghiệm và khai thác các ankan trong công nghiệp. Ứng dụng của ankan.
Học sinh hiểu
Tính chất hóa học của ankan: tương đối trơ ở nhiệt độ thường nhưng khi có điều kiện thích hợp có thể tham gia các phản ứng thế, tách và oxi hóa.
Cơ chế phản ứng thế halogen vào phân tử ankan.
Học sinh vận dụng
Viết và xác định được sản phẩm chính của phản ứng thế, gọi tên sản phẩm tạo thành.
Về kỹ năng
Viết đúng sản phẩm chính, phụ của phản ứng thế, gọi tên sản phẩm, phân biệt các loại phản ứng.
Giải được bài tập: xác định công thức phân tử, viết công thức cấu tạo một số ankan, tính % về thể tích trong hỗn hợp và một số bài tập khác có liên quan.
Trọng tâm
Quy tắc thế và phương pháp điều chế khí metan trong phòng thí nghiệm.
Phương pháp
 Phương pháp trực quan, thí nghiệm biểu diễn, thuyết trình, đàm thoại nêu vấn đề.
Chuẩn bị
Giáo viên: 
 Hóa chất: CH3COONa rắn, NaOH rắn, CaO rắn.
Dụng cụ: bộ dụng cụ điều chế metan.
 Giáo án, máy chiếu, phiếu học tập.
Học sinh: học bài cũ ở nhà và xem trước bài mới.
Tiến trình dạy học
Ổn định lớp (3p)
Kiểm tra sỉ số
 2. Kiểm tra bài cũ:
Một học sinh lên viết các đồng phân cấu tạo của pentan C5H12, gọi tên theo danh pháp thay thế và xác định các loại liên kết trong phân tử pentan.
Giáo viên sửa bài, khẳng định lại trong phân tử ankan chỉ có chứa các liên kết õ bền vững.®Cho điểm.
3.Vào bài (1p)
Ở các tiết trước chúng ta đã tìm hiểu về đồng đẳng, đồng phân, danh pháp cũng như cấu trúc phân tử và tính chất vật lí của ankan,hôm nay chúng ta sẽ đi tiếp phần cuối cùng, đó là tính chất hóa học, điều chế và ứng dụng của ankan. 
Nội dung bài giảng
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung ghi bảng
Hoạt động 1: 2p
-GV: Yêu cầu HS nhắc lại đặc điểm cấu tạo của phân tử ankan?
- GV: Dựa vào đặc điểm cấu tạo của phân tử em nào có thể dự đoán tính chất hóa học đặc trưng của ankan?
- GV: Phân tử ankan chỉ có các liên kết C – H và C – C bền vững, vì thế ankan tương đối trơ về mặt hóa học. Ankan có khả năng tham gia phảm ứng thế, phản ứng tách và phản ứng oxi hóa.
Hoạt động 2: 10p
-GV: Ở lớp 9,các em biết phản ứng của CH4 với Cl2. Vậy nếu metan tác dụng với clo có ánh sáng và tỷ lệ 1:1 sẽ tạo ra clometan, 1:2 sẽ tạo ra điclometan, 1:3 tạo ra triclometan, 1:4 tạo ra tetraclometan. Thầy mời một bạn lên bảng viết 4 PTPƯ?
-GV:Cho biết các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự. Một em lên viết cho thầy phản ứng giữa propan với clo và brom tỷ lệ 1:1 có askt, sau đó gọi tên.
-Giáo viên cho biết tỷ lệ phần trăm sản phẩm. Hỏi HS vì sao lại có 2 sp thế như vậy?
- GV nhận xét: như các em thấy thì clo thế vào H ở C bậc 1 và bậc 2, tức là bậc thấp và bậc cao với tỉ lệ gần xấp xỉ nhau, trong đó bậc cao chiếm hàm lượng nhiều hơn. Còn brom thì hầu như chỉ thế H ở C bậc cao. Từ đó các em rút ra được nhận xét gì về quy tắc thế?
-GV khẳng định lại : clo thế H ở C các bậc khác nhau, brom hầu như chỉ thế H ở C bậc cao. Đối với F2 và I2 thì flo phản ứng mãnh liệt lên phân hủy ankan thành C và HF, iot quá yếu nên không thể phản ứng với ankan. Sản phẩm chính là dẫn xuất halogen ở C bậc cao.
-Vào phần cơ chế GV cho biết: phản ứng clo hóa và brom hóa ankan xảy ra theo cơ chế gốc – dây chuyền.Trình bày cơ chế clo hóa metan: phản ứng clo hóa metan xảy ra 3 giai đoạn, giai đoạn1là khơi mào: phân tử Cl2 hấp thụ as bị phân cắt đồng ly thành 2 nguyên tử clo. Giai đoạn 2 là Cl* phát triển dây chuyền: gốc hoạt động ngắt lấy nguyên tử H từ CH4 tạo ra HCl và gốc tự do *CH3. Giai đoạn 3 là đứt dây chuyền: các gốc tự do còn lại kết hợp với nhau tạo thành các phân tử bền hơn.
-Chỉnh sửa lại cho đúng.
-HS: Phân tử có các liên kết đơn là những liên kết õ bền vững.
- HS: Phản ứng thế.
-HS: Lên bảng viết 4 phương trình hóa học.
-HS: Lên bảng viết PTPƯ.
-HS: vì propan có hai vị trí cacbon có H khác nhau nên có 2 sp thế.
-Trả lời: clo thế H ở cả hai bậc còn brom hầu như chỉ thế H ở C bậc cao.
-Dưới sự hướng dẫn của giáo viên viết pư tổng quát.
- HS: Nghe, quan sát và áp dụng viết cơ chế clo hóa etan.
I.Tính chất hóa học.
Phân tử ankan chỉ có các liên kết C – H và C – C bền vững, vì thế ankan tương đối trơ về mặt hóa học. Ankan có khả năng tham gia phảm ứng thế, phản ứng tách và phản ứng oxi hóa.
1.Phản ứng thế.
CH4 + Cl2 ® CH3Cl + HCl
 metyl clorua (clometan)
CH3Cl + Cl2 ® CH2Cl2 + HCl
 metylen clorua (điclometan)
CH2Cl2 + Cl2 ® CHCl3 + HCl
 clorofom (triclometan)
CHCl3 + Cl2 ® CCl4 + HCl
 cacbon tetraclorua (tetraclometan)
CH3- CH2-CH3CH3CHClCH3+CH3CH2CH2Cl+HCl
 2-clopropan,57% 1-clopropan,43%
 CH3-CH2-CH3 CH3CHBrCH3+CH3CH2CH2Br+HBr
 97% (chính) 3% (phụ)
[Quy tắc thế ở ankan: (SGK).Ưu tiên thế ở halogen bậc cao[sản phẩm chính là dẫn xuất halogen bậc cao.
-Phản ứng này gọi là phản ứng halogen hóa. 
[Tổng quát: CnH2n+2 + X2 CnH2n+1X + HX
*Cơ chế pứ thế (bảng phụ) Phản ứng clo hóa và brom hóa ankan xảy ra theo cơ chế gốc-dây chuyền:
 -Gđ 1: khơi mào: Cl - Cl Cl* + Cl* 
 -Gđ 2: phát triển dây chuyền: CH3 - H + Cl* ® *CH3 + HCl 
 *CH3 + Cl - Cl ® CH3Cl+Cl* 
 -Gđ 3: đứt dây chuyền: Cl* + Cl* ® Cl2 
 *CH3 + Cl* ® CH3Cl 
 *CH3 + *CH3 ® CH3 CH3 
+khơi mào: Cl - Cl Cl* + Cl* 
+phát triển dây chuyền:CH3CH2-H + Cl**CH2CH3+HCl 
 *CH2-CH3+Cl - Cl ® CH3CH2Cl+ Cl* 
+ đứt dây chuyền: Cl* + Cl* ® Cl2 
	*CH2-CH3 + Cl* ® CH3CH2Cl *CH2-CH3+*CH2-CH3 ® CH3CH2CH2CH3
Hoạt động 3: 7p
Gv nhắc lại: các lk C – C, C – H bền, vì thế muốn bẻ gãy phải cần xúc tác như Cr2O3, Fe, Pt… và nhiệt độ cao.
-GV viết phản ứng tách H2 của C2H6, hỏi HS vì sao CH4 không tách H2?
-GV hướng dẫn HS viết phản ứng tổng quát. Cho biết đây gọi là phản ứng đehiđro hóa.
-GV viết phản ứng tách của C3H8.
-Cho biết phản ứng gãy C – C gọi là phản ứng cracking. Hỏi Hs nhận xét vậy muốn bẻ gãy C – C thì số C phải như thế nào?
- Cho HS nhận xét. Hướng dẫn HS viết phản ứng tổng quát. 
-HS: Theo dõi, trả lời vì CH4 tách H2 sẽ không đảm bảo quy tắc hóa trị của C. Vì thế muốn thực hiện pư tách số C >= 2.
-Ghi bài vào vở.
-Theo dõi.
-HS trả lời: muốn thực hiện pư bẻ gãy C – C thì số C>=3.
-Áp dụng viết n-butan C4H10.
-Nhận xét: dưới tác dụng của nhiệt và xúc tác các ankan không những bị tách H2 tạo thành hiđrocacbon không no mà còn bị gãy các liên kết C – C tạo ra các phân tử nhỏ hơn.
2. Phản ứng tách ( gãy liên kết C - C và C - H) 
CH3 -CH3 CH2 = CH2 + H2 
[ CnH2n+2 đehiđro hóa,t0,xt CnH2n + H2
 (n>=2) (hiđrocacbon không no)
CH3CH2CH3 CH3CH=CH2+H2
 CH2=CH2+CH4 
 CH3CH=CHCH3 + H2
CH3CH2CH2CH3 CH2=CHCH2CH3 + H2 
 n-butan CH3CH=CH2 + CH4 
 CH2=CH2 + CH3CH3
[CnH2n+2 Cn’H2n’+2 + Cn-n’H2(n-n’)
 ankan ankan nhỏ hơn hiđrocacbon không no
 (n>=3) (n’<n)
Hoạt đông 4: 5p
GV viết ptpư của pư đốt cháy CH4 và cho biết rHpư= -890kJ < 0, pư tỏa nhiều nhiệt ®ứng dụng làm khí đốt, là thành phần chính của khí gas, dùng để đun nấu, sản xuất hơi nước để sưởi ấm cho những người dân ở xứ lạnh…
-Cho biết: tương tự metan các ankan khác cũng bị đốt cháy tạo ra CO2, H2O và pư tỏa nhiều nhiệt. vì thế ankan được ứng dụng làm nhiên liệu trong đời sống.
-GV gọi HS viết pt tổng quát,cân bằng và nhận xét.
-GV cho biết lúc nào đốt cháy hiđrocacbon mà có nH2O>nCO2 thì kết luận rằng đây là ankan. Cho biết: nH2O-nCO2=nankan.
-Cho biết: nếu thiếu oxi, ankan cháy không hoàn toàn, sp ngoài CO2, H2O còn tạo ra CO, muội than…không những giảm năng suất mà còn gây hại cho môi trường, khi có xúc tác và to thích hợp, ankan bị oxi hóa không hoàn toàn tạo dẫn xuất chứa oxi.
- HS: Viết pt.
- Viết, cân bằng pt và nhận xét: số mol H2O luôn lớn hơn số mol CO2.
3. Phản ứng cháy ( oxi hóa hoàn toàn) 
 CH4 + 2O2 t0 CO2 + 2H2O ; rH= -890kJ
[ CnH2n+2 + O2 ® n CO2 + (n + 1) H2O
 nH2O>nCO2 [ ankan
 nH2O-nCO2=nankan.
-CH4 + O2 HCH = O + H2O
Hoạt động 5: 10p
-GV: Trong công nsghiệp các ankan được tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ.
-Trong phòng thí nghiệm, khi cần một lượng nhỏ metan, người ta nung natri axetat với vôi tôi xút.
-GV: Làm thí nghiệm biểu diễn, lưu ý học sinh các bước tiến hành để tiết sau còn thực hành, hỏi vì sao ta có thể thu khí metan bằng cách đẩy nước? 
-GV cho biết pư tổng quát để điều chế các ankan từ C1 – C4 trong phòng thí nghiệm: nhiệt phân muối kim loại kiềm của axit ankanoic.
-Cho biết: ngoài ra người ta còn có thể cho nhôm cacbua tác dụng với H2O hay axit.
-Cho biết người ta cũng có thể điều chế ankan bằng pư cộng H2 vào hiđrocacbon không no.
-HS quan sát TN,nhận xét hiện tượng, trả lời: có thể thu được khí metan bằng cách đẩy nước là do khí metan nhẹ hơn không khí và không tan trong nước. Lên bảng viết PTHH.
II. Điều chế và ứng dụng
1.Điều chế 
a.Trong công nghiệp:
- Tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ.
b.Trong phòng thí nghiệm:
CH3COONa(r) + NaOH(r) CH4­ + Na2CO3
 metan
[RCOONa(r) + NaOH(r) RH ­ + Na2CO3
 (R từ C1-C4)
Al4C3 + 12H2O ® 3CH4­ + 4Al(OH)3
Al4C3 + 12HCl ® 3CH4­ + 4AlCl3
-Các em đọc SGK và cho thầy một vài ứng dụng phổ biến của ankan.
-Nêu các ứng dụng phổ biến của ankan như làm xăng dầu, khí đốt, sản xuất nến, dầu mỡ bôi trơn, làm nguyên liệu để điều chế các chất khác…
2.Ứng dụng (2p)
Lµm nhiªn liÖu, vËt liÖu Ankan Lµm nguyªn liÖu. 
5.Củng cố (5p)
Nhắc lại
-Ankan ở điều kiện thường thì rất trơ, khi có to và xúc tác có thể tham gia pư thế, tách và pư cháy. Pư thế là đặc trưng nhất đối với ankan, trải qua 3 giai đoạn; pư tách H hoặc bẻ gãy liên kết C – C tạo các ankan nhỏ hơn hoặc hiđrocacbon không no, vì thế mà có thể dùng ankan để diều chế các hợp chất đó; ankan cháy luôn cho số mol H2O > CO2 và nH2O-nCO2=nankan, pư cháy tỏa nhiều nhiệt nên ankan được dùng làm nhiên liệu cho đời sống.
-Trong phòng thí nghiệm có thể điều chế ankan bằng cách nung muối RCOONa với vôi tôi xút.
 HS làm một số bài tập trong phiếu học tập, 5 bài nhanh nhất sẽ được cộng vào điểm kiểm tra 15p. Sau đó sửa.
1. Ankan t­¬ng ®èi tr¬ vÒ mÆt ho¸ häc : ë nhiÖt ®é th­êng kh«ng tham gia ph¶n øng víi dung dÞch axit, dd kiÒm vµ c¸c chÊt oxi hãa m¹nh v× lÝ do nµo sau ®©y ? 
 A. Ankan cã nhiÒu nguyªn tö H trong ph©n tö.
B. Ankan cã hµm l­îng C cao.
C. Ankan chØ chøa liªn kÕt s trong ph©n tö.
D. Ankan kh¸ ho¹t ®éng ho¸ häc.
2.Khi cho 2 – metylbutan tác dụng với brom theo tỷ lệ mol 1:1, sản phẩm chính thu được là:
A.1 - brom - 2 - metylbutan	B. 2 - brom - 3 – metylbutan
C. 2 - brom - 2 - metylbutan	D. 1- brom - 3 – metylbutan
3. Hợp chất 2,3 – dimetylbutan khi pư với clo theo tỷ lệ mol 1:1 có askt sẽ thu được số sp đồng phân là:
A. 1	B. 5	C. 2	D. 4
4. Ankan A có CTPT C5H12 khi tác dụng clo ( tỷ lệ mol 1:1, có chiếu sang) thu được một sp duy nhất. A có tên là:
A. pentan	 B. isopentan
C. 2,2 – đimetylpropan	 D. Tất cả đều sai
5. Trong phßng thÝ nghiÖm cã thÓ ®iÒu chÕ metan b»ng c¸ch nµo sau ®©y ?
A. NhiÖt ph©n natri axetat víi v«i t«i xót.
B. Crackinh butan.
C. Tõ ph¶n øng cña cacbon víi hi®ro.
D. Tõ khÝ má dÇu.
Nhắc nhở HS làm bài tập và đọc trước bài mới.