Chào các em học sinh lớp 11! Cô rất vui được đồng hành cùng các em trong bài học hôm nay. Chúng ta sẽ cùng nhau phân tích và giải quyết một bài tập Hóa học liên quan đến phản ứng thế của ankan.

Bài tập của chúng ta như sau: Khi cho metan tác dụng với clo có ánh sáng khuếch tán theo tỉ lệ mol 3:1 thì sản phẩm chính thu được là gì?

Trước hết, chúng ta cần nhớ lại kiến thức về ankan và phản ứng đặc trưng của chúng. Ankan là những hiđrocacbon no, mạch hở. Phản ứng hóa học đặc trưng của ankan là phản ứng thế với halogen dưới tác dụng của ánh sáng hoặc nhiệt độ.

Bước 1: Xác định chất tham gia phản ứng và điều kiện phản ứng.
Chất tham gia phản ứng là metan (CH4) và clo (Cl2).
Điều kiện phản ứng là có ánh sáng khuếch tán.

Bước 2: Viết phương trình phản ứng tổng quát của ankan với halogen.
Phản ứng thế của ankan với halogen (X2) tạo ra dẫn xuất halogen của ankan và axit halogenhiđric (HX).
Phản ứng này xảy ra theo cơ chế gốc tự do, trong đó các nguyên tử hiđro trong phân tử ankan lần lượt bị thay thế bởi nguyên tử halogen.
Phương trình tổng quát:
CnH2n+2 + xX2 –(ánh sáng hoặc nhiệt độ)–> CnH2n+2-xXx + xHX

Bước 3: Áp dụng vào bài toán cụ thể.
Trong bài toán này, ankan là metan (CH4). Tỉ lệ mol giữa metan và clo là 3:1.

Metan có công thức là CH4.
Clo có công thức là Cl2.

Chúng ta cần xác định xem nguyên tử hiđro nào trong CH4 sẽ bị thay thế bởi clo. Metan chỉ có một loại nguyên tử hiđro, đó là các nguyên tử hiđro gắn với nguyên tử cacbon.
Do tỉ lệ mol metan : clo là 3:1, có nghĩa là số mol clo ít hơn số mol metan. Trong phản ứng thế, clo sẽ lần lượt thay thế các nguyên tử hiđro của metan.
Vì tỉ lệ mol là 3:1, nghĩa là chỉ có 1 phân tử clo phản ứng với 3 phân tử metan (hoặc 1 phân tử clo phản ứng với 1 phân tử metan và còn dư metan).

Khi cho metan tác dụng với clo theo tỉ lệ mol 3:1, theo nguyên tắc thế lần lượt từng nguyên tử hiđro, clo sẽ thay thế một nguyên tử hiđro của metan.

Phương trình phản ứng xảy ra như sau:
CH4 + Cl2 –(ánh sáng khuếch tán)–> CH3Cl + HCl

Trong phản ứng này:
– CH4 là metan.
– Cl2 là clo.
– CH3Cl là metyl clorua (sản phẩm thế monohalo).
– HCl là axit clohiđric.

Bước 4: Xác định sản phẩm chính.
Khi tỉ lệ mol clo so với ankan là nhỏ, sản phẩm thế monohalo (chỉ một nguyên tử halogen thay thế cho một nguyên tử hiđro) thường là sản phẩm chính. Trong trường hợp này, tỉ lệ mol là 3:1 (metan:clo), tức là clo dư tương đối so với khả năng thế một nguyên tử hiđro.
Do đó, sản phẩm chính thu được là metyl clorua (CH3Cl).

Nếu tỉ lệ mol clo lớn hơn, phản ứng có thể tiếp tục tạo ra các sản phẩm thế đa chức như điclorometan (CH2Cl2), triclorometan (CHCl3), cacbon tetraclorua (CCl4). Tuy nhiên, với tỉ lệ 3:1, sản phẩm thế một nguyên tử clo là chủ yếu.

Vậy, sản phẩm chính thu được khi cho metan tác dụng với clo theo tỉ lệ mol 3:1 có ánh sáng khuếch tán là metyl clorua.

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