Chào các em! Cô là giáo viên Hóa học của các em đây. Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập về ankan rất thú vị, dựa trên kiến thức đã học trong Sách giáo khoa Hóa học lớp 11.

Đề bài cho chúng ta là: “Đốt cháy hoàn toàn một thể tích ankan mạch thẳng A thu được 4 thể tích CO2 đo cùng điều kiện. Viết công thức cấu tạo của A.”

Để giải bài tập này, chúng ta sẽ đi qua các bước sau:

Bước 1: Xác định dạng tổng quát của ankan.

Các em còn nhớ ankan là gì không? Ankan là các hydrocacbon no, mạch hở, chỉ chứa liên kết đơn trong phân tử. Công thức tổng quát của ankan là \(C_n H_{2n+2}\), với \(n\) là số nguyên tử cacbon, \(n \ge 1\).

Ankan mạch thẳng có nghĩa là các nguyên tử cacbon liên kết với nhau tạo thành một chuỗi không phân nhánh.

Bước 2: Viết phương trình phản ứng đốt cháy ankan.

Khi ankan cháy hoàn toàn trong oxi, sản phẩm thu được là khí cacbonic (CO2) và nước (H2O). Dựa vào công thức tổng quát \(C_n H_{2n+2}\), chúng ta có phương trình phản ứng tổng quát như sau:

\(C_n H_{2n+2} + O_2 \xrightarrow{t^o} CO_2 + H_2O\)

Bây giờ, chúng ta sẽ cân bằng phương trình này.

* Để cân bằng nguyên tử cacbon: bên trái có \(n\) nguyên tử C, vậy bên phải cần \(n\) phân tử CO2.
\(C_n H_{2n+2} + O_2 \rightarrow nCO_2 + H_2O\)

* Để cân bằng nguyên tử hydro: bên trái có \(2n+2\) nguyên tử H, vậy bên phải cần \(\frac{2n+2}{2} = n+1\) phân tử H2O.
\(C_n H_{2n+2} + O_2 \rightarrow nCO_2 + (n+1)H_2O\)

* Cuối cùng, chúng ta cân bằng nguyên tử oxi. Bên phải có \(n \times 2 + (n+1) \times 1 = 2n + n + 1 = 3n+1\) nguyên tử oxi. Vậy bên trái cần \(\frac{3n+1}{2}\) phân tử O2.
\(C_n H_{2n+2} + \frac{3n+1}{2} O_2 \xrightarrow{t^o} nCO_2 + (n+1)H_2O\)

Để phương trình trông gọn gàng hơn, chúng ta có thể nhân cả hai vế với 2 để loại bỏ phân số:
\(2C_n H_{2n+2} + (3n+1) O_2 \xrightarrow{t^o} 2nCO_2 + 2(n+1)H_2O\)

Tuy nhiên, để áp dụng định luật Avogadro sau này, cô khuyên chúng ta nên giữ phương trình ở dạng ban đầu với hệ số là 1 cho ankan:
\(C_n H_{2n+2} + \frac{3n+1}{2} O_2 \xrightarrow{t^o} nCO_2 + (n+1)H_2O\)

Bước 3: Áp dụng định luật Avogadro.

Đề bài cho biết “đốt cháy hoàn toàn một thể tích ankan mạch thẳng A thu được 4 thể tích CO2 đo cùng điều kiện”.

Cùng điều kiện (nhiệt độ và áp suất) thì tỉ lệ về thể tích của các chất khí bằng tỉ lệ về số mol của chúng.
Theo phương trình phản ứng, tỉ lệ thể tích của ankan A và CO2 là:
Thể tích \(C_n H_{2n+2}\) : Thể tích \(CO_2\) = 1 : \(n\)

Theo đề bài, tỉ lệ này là 1 : 4.
Do đó, chúng ta có: \(n = 4\).

Bước 4: Tìm công thức phân tử của ankan A.

Chúng ta đã tìm được \(n = 4\). Thay giá trị này vào công thức tổng quát của ankan \(C_n H_{2n+2}\):
Công thức phân tử của A là \(C_4 H_{2 \times 4 + 2} = C_4 H_{10}\).

Bước 5: Viết công thức cấu tạo của ankan A.

Ankan A có công thức phân tử là \(C_4 H_{10}\). Đề bài yêu cầu viết công thức cấu tạo của ankan mạch thẳng. Với 4 nguyên tử cacbon, chúng ta có hai khả năng sắp xếp mạch cacbon:

* Trường hợp 1: Mạch cacbon không phân nhánh (mạch thẳng).
4 nguyên tử cacbon liên kết thành một chuỗi thẳng. Mỗi nguyên tử cacbon phải đảm bảo hóa trị 4.
Ta có: CH3 – CH2 – CH2 – CH3
Đây là ankan có tên gọi là butan (n-butan).

* Trường hợp 2: Mạch cacbon phân nhánh.
Cấu trúc mạch nhánh cho trường hợp này là một nguyên tử cacbon trung tâm liên kết với 3 nhóm metyl (CH3) và một nguyên tử cacbon còn lại.
Tuy nhiên, đề bài yêu cầu ankan mạch thẳng, nên chúng ta chỉ xét trường hợp 1.

Kết luận:

Dựa vào các bước phân tích trên, ankan mạch thẳng A có công thức phân tử là \(C_4 H_{10}\) và công thức cấu tạo là CH3 – CH2 – CH2 – CH3.

Các em có thắc mắc gì không? Nếu có, đừng ngần ngại hỏi cô nhé! Bài tập này giúp chúng ta củng cố lại kiến thức về ankan, phương trình phản ứng đốt cháy và định luật Avogadro. Hãy nhớ luyện tập thêm nhiều bài tập tương tự để thật thành thạo nhé!