Xin chào các em học sinh yêu quý của cô! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập Hóa học lớp 11 khá thú vị về phản ứng thế của ankan. Các em hãy cùng chú ý theo dõi từng bước giải của cô nhé.

Bước 1: Phân tích đề bài và xác định yêu cầu

Đề bài cho chúng ta biết:
– Ankan X tác dụng với Clo theo tỉ lệ mol 1:1.
– Phản ứng thu được 2 dẫn xuất mono clo là Y1 và Y2.
– Trong Y1 và Y2, tỉ lệ phần trăm khối lượng Clo là 45,22%.

Yêu cầu của đề bài là xác định công thức cấu tạo và tên gọi của ankan X.

Bước 2: Lập luận về phản ứng thế của ankan

Phản ứng thế của ankan với halogen (ở đây là Clo) là phản ứng đặc trưng, xảy ra theo cơ chế gốc. Khi ankan tác dụng với Clo theo tỉ lệ mol 1:1, mỗi nguyên tử hiđro trong ankan có thể bị thay thế bởi một nguyên tử Clo để tạo thành dẫn xuất mono clo.

Số lượng dẫn xuất mono clo thu được phụ thuộc vào số lượng các loại nguyên tử hiđro khác nhau trong phân tử ankan. Nếu ankan có các loại hiđro tương đương nhau về vị trí trong mạch, thì chỉ thu được một sản phẩm thế mono clo. Nếu có nhiều loại hiđro khác nhau, sẽ thu được nhiều sản phẩm thế mono clo tương ứng.

Đề bài cho biết thu được 2 dẫn xuất mono clo Y1 và Y2, điều này chứng tỏ ankan X có hai loại nguyên tử hiđro khác nhau.

Bước 3: Sử dụng dữ kiện phần trăm khối lượng Clo để tìm công thức phân tử của dẫn xuất mono clo

Chúng ta có tỉ lệ phần trăm khối lượng Clo trong Y1 và Y2 là 45,22%.
Giả sử công thức của dẫn xuất mono clo là R-Cl, trong đó R là gốc hiđrocacbon.
Khối lượng mol của Clo (Cl) là 35,5 g/mol.
Phần trăm khối lượng Clo được tính theo công thức:

%Cl = (Khối lượng mol của Clo / Khối lượng mol của dẫn xuất) * 100%

Ta có:

45,22% = (35,5 / M_RCl) * 100%

Từ đó, ta có thể tính được khối lượng mol của dẫn xuất mono clo (M_RCl):

M_RCl = (35,5 / 45,22) * 100%
M_RCl ≈ 78,5 g/mol

Do M_RCl là khối lượng mol của dẫn xuất mono clo, nó bao gồm khối lượng của gốc R và nguyên tử Cl.
M_RCl = M_R + M_Cl
78,5 = M_R + 35,5
M_R = 78,5 – 35,5
M_R = 43 g/mol

Gốc R là gốc hiđrocacbon, có dạng C_nH_{2n+1}.
Khối lượng mol của gốc R là:

M_R = 12n + (2n+1)
43 = 12n + 2n + 1
43 = 14n + 1
42 = 14n
n = 3

Vậy gốc R có công thức C_3H_7. Điều này có nghĩa là ankan X là ankan có 3 nguyên tử C.

Bước 4: Xác định công thức phân tử của ankan X

Ankan X đã cho ra một gốc C_3H_7 sau khi mất đi một nguyên tử hiđro.
Công thức tổng quát của ankan là C_nH_{2n+2}.
Nếu ankan X có công thức C_nH_{2n+2} và mất đi 1 nguyên tử H để tạo thành gốc R (C_nH_{2n+1}), thì gốc R có n = 3.
Vậy ankan X có công thức C_3H_{2*3+2} = C_3H_8.

Bước 5: Xác định công thức cấu tạo và tên gọi của ankan X

Ankan có công thức phân tử C_3H_8 chỉ có một đồng phân cấu tạo duy nhất.
Công thức cấu tạo của ankan này là:
CH_3 – CH_2 – CH_3

Tên gọi của ankan này là Propan.

Bước 6: Kiểm tra lại phản ứng và các dẫn xuất mono clo

Nếu X là Propan (CH_3-CH_2-CH_3):
Propan có hai loại nguyên tử hiđro khác nhau:
– Nguyên tử hiđro ở nhóm CH_3 (có 6 nguyên tử H tương đương).
– Nguyên tử hiđro ở nhóm CH_2 (có 2 nguyên tử H tương đương).

Khi propan tác dụng với Clo theo tỉ lệ mol 1:1, có hai khả năng xảy ra phản ứng thế:

Khả năng 1: Thế vào nhóm CH_3
CH_3 – CH_2 – CH_3 + Cl_2 -> CH_3 – CH_2 – CH_2 – Cl + HCl
Sản phẩm này là 1-clopropan.
Khối lượng mol của 1-clopropan = 12*3 + 7*1 + 35,5 = 36 + 7 + 35,5 = 78,5 g/mol.
%Cl = (35,5 / 78,5) * 100% ≈ 45,22%

Khả năng 2: Thế vào nhóm CH_2
CH_3 – CH_2 – CH_3 + Cl_2 -> CH_3 – CHCl – CH_3 + HCl
Sản phẩm này là 2-clopropan.
Khối lượng mol của 2-clopropan = 12*3 + 7*1 + 35,5 = 36 + 7 + 35,5 = 78,5 g/mol.
%Cl = (35,5 / 78,5) * 100% ≈ 45,22%

Cả hai sản phẩm Y1 và Y2 đều là dẫn xuất mono clo của propan và đều có 45,22% Clo về khối lượng. Điều này hoàn toàn phù hợp với dữ kiện đề bài.

Kết luận:

Công thức cấu tạo của ankan X là: CH_3 – CH_2 – CH_3
Tên gọi của ankan X là: Propan.

Cô hy vọng các em đã hiểu rõ từng bước giải bài tập này. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé!