Xin chào các em học sinh thân mến! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau xây dựng một sơ đồ tư duy chi tiết về toàn bộ phần Hidrocacbon no trong chương trình Hóa học lớp 11. Sơ đồ tư duy sẽ giúp các em hệ thống hóa kiến thức một cách trực quan và dễ nhớ nhất. Chúng ta sẽ bám sát theo Sách giáo khoa để đảm bảo tính chính xác và đầy đủ.

Trước tiên, chúng ta hãy cùng nhìn vào cấu trúc chung của bài học này.

I. ĐẠI CƯƠNG VỀ HIĐROCACBON NO

1. Khái niệm
– Hiđrocacbon no là những hiđrocacbon mà trong phân tử chỉ chứa liên kết đơn trong vòng cacbon.
– Chúng còn được gọi là ankan.

2. Công thức chung
– Công thức tổng quát của ankan là: C_nH_2n+2 (với n ≥ 1).
– Ví dụ:
– n = 1: CH₄ (Metan)
– n = 2: C₂H₆ (Etan)
– n = 3: C₃H₈ (Propan)
– n = 4: C₄H₁₀ (Butan)

3. Đồng đẳng, đồng phân
– Đồng đẳng: Các chất có công thức chung C_nH_2n+2, hơn kém nhau một hay nhiều nhóm CH₂.
– Ví dụ: Metan (CH₄), Etan (C₂H₆), Propan (C₃H₈) là một dãy đồng đẳng.
– Đồng phân: Các chất có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về cấu tạo.
– Ankan từ C₄ trở đi có đồng phân mạch cacbon.
– Ví dụ: C₄H₁₀ có hai đồng phân: n-Butan (mạch thẳng) và Isobutan (mạch nhánh).
– n-Butan: CH₃-CH₂-CH₂-CH₃
– Isobutan: CH₃-CH(CH₃)-CH₃

4. Tính chất vật lý
– Ở điều kiện thường, các ankan từ C₁ đến C₄ là chất khí.
– Từ C₅ đến C₁₇ là chất lỏng.
– Từ C₁₈ trở đi là chất rắn.
– Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và khối lượng riêng tăng dần khi số nguyên tử cacbon tăng.
– Các ankan không tan trong nước, nhẹ hơn nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực.

II. ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN, DANH PHÁP CỦA ANKAN

(Phần này đã được đề cập ở mục 1.3. Chúng ta sẽ tập trung vào phần danh pháp chi tiết hơn).

1. Danh pháp
– Tên thông thường: Dựa vào số nguyên tử cacbon (metan, etan, propan, butan…).
– Tên thay thế (IUPAC):
– Mạch chính là mạch cacbon dài nhất.
– Đánh số nguyên tử cacbon trên mạch chính sao cho nhóm thế (gốc ankin) có số chỉ vị trí nhỏ nhất.
– Tên ankan = số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh (gốc ankin) + tên mạch chính (ankan).
– Gốc ankin: Ankan mất đi 1 nguyên tử H.
– CH₃– : Gốc metyl
– CH₃-CH₂– : Gốc etyl
– CH₃-CH₂-CH₂– : Gốc propyl
– CH₃-CH(-)-CH₃ : Gốc – sec-propyl (hoặc isopropyl)

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA ANKAN

1. Phản ứng thế
– Ankan chỉ phản ứng thế nguyên tử hiđro bằng nguyên tử halogen (Cl₂, Br₂) dưới tác dụng của ánh sáng (hoặc nhiệt độ).
– Phản ứng thế diễn ra theo cơ chế gốc tự do.
– Phản ứng thế có thể thế lần lượt các nguyên tử hiđro.
– Ví dụ:
– CH₄ + Cl₂ –(as)–> CH₃Cl + HCl
– CH₃Cl + Cl₂ –(as)–> CH₂Cl₂ + HCl
– CH₂Cl₂ + Cl₂ –(as)–> CHCl₃ + HCl
– CHCl₃ + Cl₂ –(as)–> CCl₄ + HCl
– Lưu ý: Phản ứng thế không hoàn toàn 100% và có thể tạo ra hỗn hợp các sản phẩm.

2. Phản ứng cracking (bẻ gãy mạch cacbon)
– Cracking là phản ứng nhiệt phân các ankan mạch dài thành các ankan và anken mạch ngắn hơn.
– Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao, có hoặc không có xúc tác.
– Ví dụ:
– C₈H₁₈ –(nhiệt độ cao, có hoặc không có xúc tác)–> C₄H₁₀ + C₄H₈ (Butan và Buten)
– C₈H₁₈ –(nhiệt độ cao, có hoặc không có xúc tác)–> C₃H₈ + C₅H₁₀ (Propan và Penten)
– C₈H₁₈ –(nhiệt độ cao, có hoặc không có xúc tác)–> C₂H₆ + C₆H₁₂ (Etan và Hexen)
– Cracking hoàn toàn: C_nH_2n+2 –> C_mH_2m + C_kH_2k+2 (với m + k = n, 2m + 2k + 2 = 2n + 2)

3. Phản ứng reforming (trùng hợp, đồng phân hóa)
– Reforming là quá trình biến đổi các ankan mạch thẳng thành các ankan mạch nhánh, anken hoặc các hiđrocacbon thơm.
– Phản ứng này thường dùng xúc tác (Pt, Cr₂O₃/Al₂O₃) ở nhiệt độ cao.
– Ví dụ:
– n-Heptan –(xúc tác, t⁰)–> Isoheptan
– n-Hexan –(xúc tác, t⁰)–> Benzen (C₆H₆)

4. Phản ứng oxi hóa
– Oxi hóa hoàn toàn:
– Khi đốt cháy ankan trong không khí hoặc oxi, thu được khí cacbonic và nước.
– Phương trình tổng quát: C_nH_2n+2 + O₂ –(t⁰)–> nCO₂ + (n+1)H₂O
– Phản ứng này tỏa nhiệt mạnh.
– Oxi hóa không hoàn toàn:
– Metan có thể bị oxi hóa không hoàn toàn bởi oxi có mặt xúc tác hoặc khi đốt cháy trong điều kiện thiếu oxi.
– Ví dụ:
– 2CH₄ + O₂ –(xúc tác, t⁰)–> 2CO + 4H₂ (Tạo ra khí than ướt)
– CH₄ + O₂ –(t⁰, thiếu O₂)–> CO₂ + 2H₂O (nếu oxi dư)
– CH₄ + O₂ –(t⁰, thiếu O₂)–> 2C + 2H₂O (nếu oxi rất thiếu)

IV. ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CỦA ANKAN

1. Điều chế
– Trong công nghiệp: Chủ yếu từ cracking, reforming dầu mỏ và khí thiên nhiên.
– Trong phòng thí nghiệm:
– Metan có thể thu được từ phản ứng của nhôm cacbua với nước: Al₄C₃ + 12H₂O –> 4Al(OH)₃ + 3CH₄
– Các ankan khác thường được điều chế bằng cách cho muối natri của axit cacboxylic tác dụng với vôi tôi xút (hỗn hợp NaOH rắn và CaO): RCOONa + NaOH –(CaO, t⁰)–> RH + Na₂CO₃

2. Ứng dụng
– Nhiên liệu: Khí thiên nhiên (chủ yếu là metan), khí propan-butan (LPG) dùng làm gas. Xăng, dầu hỏa, dầu diesel là hỗn hợp các ankan.
– Nguyên liệu cho công nghiệp hóa chất: Sản xuất axetilen, hiđro, cacbon đen, dung môi, monome…
– Chất bôi trơn: Dầu nhớt.
– Thành phần chính của sáp nến.

—

Bây giờ, chúng ta hãy thử hình dung sơ đồ tư duy của mình như sau:

Trung tâm: HIĐROCACBON NO (ANKAN)

Nhánh 1: ĐẠI CƯƠNG
– Khái niệm (chỉ liên kết đơn)
– Công thức chung (C_nH_2n+2)
– Đồng đẳng (hơn kém CH₂)
– Đồng phân (mạch C từ C₄)
– Tính chất vật lý (khí, lỏng, rắn; t⁰S, t⁰N, D tăng; không tan nước)

Nhánh 2: DANH PHÁP
– Tên thông thường
– Tên thay thế (IUPAC)
– Mạch chính
– Đánh số
– Tên nhánh (gốc ankin)

Nhánh 3: TÍNH CHẤT HÓA HỌC
– Phản ứng thế (halogen, as/nhiệt)
– Cơ chế gốc tự do
– Thế lần lượt
– Phản ứng cracking (nhiệt phân mạch dài)
– Tạo ankan + anken
– Phản ứng reforming (biến đổi mạch)
– Mạch thẳng -> mạch nhánh/thơm
– Phản ứng oxi hóa
– Oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy -> CO₂ + H₂O, tỏa nhiệt)
– Oxi hóa không hoàn toàn (thiếu O₂ -> CO, C)

Nhánh 4: ĐIỀU CHẾ & ỨNG DỤNG
– Điều chế
– Công nghiệp (cracking, reforming)
– PTN (Al₄C₃, muối RCOONa)
– Ứng dụng
– Nhiên liệu (gas, xăng, dầu)
– Hóa chất (axetilen, H₂, C)
– Bôi trơn, sáp nến

Các em hãy dùng các ý chính này để vẽ sơ đồ tư duy của riêng mình, sử dụng màu sắc, hình ảnh để làm cho nó sinh động và dễ nhớ hơn nhé. Chúc các em học tốt!