Chào các em! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau ôn tập lại kiến thức về ba loại hiđrocacbon mạch hở quan trọng: Ankan, Anken và Ankin thông qua một sơ đồ tư duy trên một tờ giấy. Thầy sẽ hướng dẫn các em cách xây dựng sơ đồ này một cách chi tiết, bám sát chương trình Hóa học lớp 11.

Để vẽ sơ đồ tư duy, chúng ta cần một ý tưởng trung tâm và các nhánh phụ để phát triển ý tưởng đó.

Ý tưởng trung tâm: Hiđrocacbon mạch hở.

Bây giờ, chúng ta sẽ bắt đầu vẽ các nhánh chính từ ý tưởng trung tâm này.

Nhánh 1: ANKAN

Đây là nhánh đầu tiên. Chúng ta sẽ khai thác các thông tin quan trọng về Ankan.

1.1. Định nghĩa và công thức chung:
– Ankan là hiđrocacbon no, mạch hở.
– Công thức chung: C_n H_{2n+2} (với n \geq 1).

1.2. Đặc điểm cấu tạo:
– Liên kết đơn C-C và C-H.
– Tính chất no.

1.3. Đồng phân:
– Đồng phân mạch cacbon. Ví dụ: Butan có 2 đồng phân (n-butan và isobutan).

1.4. Tính chất vật lý:
– Trạng thái: 4 ankan đầu mạch (CH_4 đến C_4H_{10}) là khí. C_5H_{12} đến C_{17}H_{36} là lỏng. Từ C_{18}H_{38} trở đi là rắn.
– Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy: Tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối. Mạch phân nhánh có nhiệt độ sôi thấp hơn mạch không phân nhánh.
– Tỉ khối: Nhẹ hơn nước.
– Tính tan: Không tan hoặc tan rất ít trong nước, tan trong dung môi hữu cơ.

1.5. Tính chất hóa học:
– Phản ứng thế:
– Với halogen (Cl_2, Br_2) dưới ánh sáng hoặc nhiệt độ. Phản ứng này tạo ra hỗn hợp các sản phẩm thế.
– Ví dụ: CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{as} CH_3Cl + HCl
– Ví dụ: CH_4 + 2Cl_2 \xrightarrow{as} CH_2Cl_2 + 2HCl
– Phản ứng tách (Cracking):
– Tách ankan thành ankan có mạch cacbon ngắn hơn và anken.
– Ví dụ: C_{n}H_{2n+2} \xrightarrow{t^o, xt} C_mH_{2m} + C_kH_{2k+2} (với m+k=n, 2m+k+2=2n+2)
– Ví dụ cụ thể: C_4H_{10} \xrightarrow{t^o, xt} C_2H_4 + C_2H_6
– Phản ứng oxi hóa:
– Oxi hóa hoàn toàn (cháy):
– Sản phẩm: CO_2 và H_2O.
– Phương trình tổng quát: C_n H_{2n+2} + \frac{3n+1}{2} O_2 \xrightarrow{t^o} n CO_2 + (n+1) H_2O
– Oxi hóa không hoàn toàn:
– Với O_2 có xúc tác (tạo ancol, anđehit, axit):
– Ví dụ: 2CH_4 + O_2 \xrightarrow{t^o, xt} 2CH_3OH (metanol)
– Tác dụng với các chất oxi hóa khác: Vẫn giữ nguyên mạch cacbon.

1.6. Điều chế:
– Trong công nghiệp: Tách ankan từ dầu mỏ và khí thiên nhiên.
– Trong phòng thí nghiệm: Lấy từ các phản ứng phân hủy muối cacboxylic.
– Ví dụ: CH_3COONa + NaOH \xrightarrow{t^o} CH_4 + Na_2CO_3

Nhánh 2: ANKEN

Tiếp theo là nhánh Anken.

2.1. Định nghĩa và công thức chung:
– Anken là hiđrocacbon không no mạch hở, có một liên kết đôi C=C.
– Công thức chung: C_n H_{2n} (với n \geq 2).

2.2. Đặc điểm cấu tạo:
– Có một liên kết đôi C=C, gồm 1 liên kết sigma và 1 liên kết pi. Liên kết pi kém bền hơn liên kết sigma, dễ bị phá vỡ.
– Tính chất không no.

2.3. Đồng phân:
– Đồng phân vị trí liên kết đôi. Ví dụ: But-1-en và But-2-en.
– Đồng phân mạch cacbon. Ví dụ: But-1-en, But-2-en (nhóm anken có 4C) và Metylpropen (nhóm anken có 4C).

2.4. Tính chất vật lý:
– Tương tự ankan: 4 anken đầu mạch (C_2H_4 đến C_4H_8) là khí. C_5H_{10} đến C_{17}H_{34} là lỏng. Từ C_{18}H_{36} trở đi là rắn.
– Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy: Tương tự ankan.
– Tỉ khối: Nhẹ hơn nước.
– Tính tan: Không tan hoặc tan rất ít trong nước, tan trong dung môi hữu cơ.

2.5. Tính chất hóa học:
– Phản ứng cộng: Đặc trưng cho liên kết pi.
– Cộng H_2 (hiđro hóa): Cần nhiệt độ, áp suất, xúc tác (Ni, Pt, Pd).
– Ví dụ: CH_2=CH-CH_3 + H_2 \xrightarrow{t^o, Ni} CH_3-CH_2-CH_3
– Cộng halogen (Cl_2, Br_2): Xảy ra ở nhiệt độ thường, không cần xúc tác.
– Ví dụ: CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br (etilen đibromua)
– Phản ứng này dùng để nhận biết anken.
– Cộng HX (HX là HBr, HCl, HI):
– Theo quy tắc Mac-cốp-nhi-cốp: Nguyên tử hiđro ưu tiên cộng vào nguyên tử cacbon bậc cao hơn (nhiều hiđro hơn).
– Ví dụ: CH_2=CH-CH_3 + HBr \rightarrow CH_3-CHBr-CH_3 (sản phẩm chính)
– Cộng nước (hiđrat hóa): Cần nhiệt độ, áp suất, xúc tác (H_2SO_4).
– Ví dụ: CH_2=CH-CH_3 + H_2O \xrightarrow{t^o, H_2SO_4} CH_3-CH(OH)-CH_3 (propan-2-ol)
– Phản ứng trùng hợp: Tạo polime.
– Ví dụ: n CH_2=CH_2 \xrightarrow{t^o, xt, p} [-CH_2-CH_2-]_n (polietilen – PE)
– Phản ứng oxi hóa:
– Oxi hóa hoàn toàn (cháy):
– Sản phẩm: CO_2 và H_2O.
– Phương trình tổng quát: C_n H_{2n} + \frac{3n}{2} O_2 \xrightarrow{t^o} n CO_2 + n H_2O
– Oxi hóa không hoàn toàn:
– Với dung dịch KMnO_4 (thuốc tím) ở nhiệt độ thường:
– Làm mất màu dung dịch thuốc tím. Phản ứng này có thể dùng để nhận biết anken.
– Ví dụ: 3CH_2=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3CH_2(OH)-CH_2(OH) + 2MnO_2 \downarrow + 2KOH
– Với O_2 có xúc tác (oxi hóa anlyl):
– Ví dụ: 2CH_2=CH-CH_3 + O_2 \xrightarrow{t^o, Ag} 2CH_2=CH-CHO (propenal)

2.6. Điều chế:
– Trong công nghiệp: Tách hiđro từ ankan tương ứng (dehidro hóa).
– Ví dụ: CH_3-CH_2-CH_3 \xrightarrow{t^o, Cr_2O_3} CH_2=CH-CH_3 + H_2
– Trong phòng thí nghiệm: Dehidro halogen hóa ankan hoặc tách nước từ ancol no, mạch hở.
– Dehidro halogen hóa: CH_3-CH_2-Br + KOH \xrightarrow{ancol, t^o} CH_2=CH_2 + KBr + H_2O
– Tách nước từ ancol: CH_3-CH_2-OH \xrightarrow{H_2SO_4 \ đặc, 170^oC} CH_2=CH_2 + H_2O

Nhánh 3: ANKIN

Cuối cùng, nhánh Ankin.

3.1. Định nghĩa và công thức chung:
– Ankin là hiđrocacbon không no mạch hở, có một liên kết ba C≡C.
– Công thức chung: C_n H_{2n-2} (với n \geq 2).

3.2. Đặc điểm cấu tạo:
– Có một liên kết ba C≡C, gồm 1 liên kết sigma và 2 liên kết pi. Hai liên kết pi rất kém bền.
– Nguyên tử cacbon ở liên kết ba có lai hóa sp, tạo thành hình dạng thẳng.

3.3. Đồng phân:
– Đồng phân vị trí liên kết ba. Ví dụ: But-1-in và But-2-in.
– Ankin có mạch nhánh: Khi có 4 nguyên tử cacbon trở lên.

3.4. Tính chất vật lý:
– Tương tự ankan và anken. 2 ankin đầu mạch (C_2H_2, C_3H_4) là khí. C_4H_6 đến C_{11}H_{20} là lỏng. Từ C_{12}H_{22} trở đi là rắn.
– Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy: Tăng dần theo phân tử khối.
– Tỉ khối: Nhẹ hơn nước.
– Tính tan: Không tan hoặc tan rất ít trong nước, tan trong dung môi hữu cơ.

3.5. Tính chất hóa học:
– Phản ứng cộng: Đặc trưng cho liên kết pi.
– Cộng H_2 (hiđro hóa):
– Cộng 1 phân tử H_2: Cần nhiệt độ, áp suất, xúc tác đặc biệt (Pb/CaCO_3).
– Ví dụ: CH≡CH + H_2 \xrightarrow{t^o, Pb/CaCO_3} CH_2=CH_2 (etilen)
– Cộng 2 phân tử H_2 (hoàn toàn): Cần nhiệt độ, áp suất, xúc tác Ni.
– Ví dụ: CH≡CH + 2H_2 \xrightarrow{t^o, Ni} CH_3-CH_3 (etan)
– Cộng halogen (Cl_2, Br_2):
– Cộng 1 phân tử halogen: Cần xúc tác phù hợp.
– Ví dụ: CH≡CH + Br_2 \xrightarrow{t^o,CCl_4} CHBr=CHBr (1,2-đibrometen)
– Cộng 2 phân tử halogen (hoàn toàn):
– Ví dụ: CH≡CH + 2Br_2 \rightarrow CHBr_2-CHBr_2 (1,1,2,2-tetrabrometan)
– Cộng HX (HX là HBr, HCl, HI):
– Cộng 1 phân tử HX: Theo quy tắc Mac-cốp-nhi-cốp.
– Ví dụ: CH≡CH + HCl \rightarrow CH_2=CHCl (vinyl clorua)
– Cộng 2 phân tử HX:
– Ví dụ: CH≡CH + 2HCl \rightarrow CH_3-CHCl_2 (1,1-đicloetan)
– Cộng nước (hiđrat hóa): Phản ứng cộng nước của ankin chỉ xảy ra với axetilen và cần xúc tác thích hợp (HgSO_4, H_2SO_4).
– Ví dụ: CH≡CH + H_2O \xrightarrow{HgSO_4, H_2SO_4, t^o} CH_3-CHO (axetanđehit)
– Phản ứng thế nguyên tử hiđro của liên kết ba: Chỉ xảy ra với ankin đầu mạch (có liên kết ba ở đầu mạch).
– Phản ứng với dung dịch AgNO_3 trong NH_3:
– Tạo kết tủa màu vàng nhạt. Phản ứng này dùng để nhận biết ankin đầu mạch.
– Ví dụ: CH≡CH + 2AgNO_3 + 2NH_3 \rightarrow Ag-C≡C-Ag \downarrow + 2NH_4NO_3
– Phản ứng oxi hóa:
– Oxi hóa hoàn toàn (cháy):
– Sản phẩm: CO_2 và H_2O.
– Phương trình tổng quát: C_n H_{2n-2} + \frac{3n-1}{2} O_2 \xrightarrow{t^o} n CO_2 + (n-1) H_2O
– Oxi hóa không hoàn toàn với dung dịch KMnO_4:
– Làm mất màu dung dịch thuốc tím.
– Ví dụ: 3CH≡CH + 4KMnO_4 \rightarrow 3COOK-COOK + 4MnO_2 \downarrow + 4KOH

3.6. Điều chế:
– Trong công nghiệp: cracking và reforming ankan, hoặc từ khí metan.
– Từ metan: 2CH_4 \xrightarrow{1500^oC, làm lạnh nhanh} C_2H_2 + 3H_2
– Trong phòng thí nghiệm: Cho canxi cacbua tác dụng với nước.
– Ví dụ: CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2 \uparrow + Ca(OH)_2

Lưu ý khi vẽ sơ đồ tư duy:

– Sử dụng các hình ảnh, biểu tượng để minh họa cho dễ nhớ.
– Sử dụng màu sắc khác nhau cho mỗi nhánh chính.
– Viết ngắn gọn, súc tích.
– Kết nối các ý tưởng bằng các đường nối rõ ràng.

Sau khi vẽ xong, các em sẽ có một cái nhìn tổng quan về Ankan, Anken và Ankin, thấy được mối liên hệ và sự khác biệt giữa chúng. Đây là một công cụ học tập rất hiệu quả để các em có thể hệ thống lại kiến thức một cách khoa học và dễ dàng ghi nhớ hơn.

Chúc các em học tốt!