Bài Tập Ankan, Anken, Ankin Có Lời Giải: Nắm Vững Kiến Thức, Luyện Tập Hiệu Quả

Bạn đang muốn tìm hiểu và luyện tập kiến thức về ankan, anken, ankin? Hãy cùng khám phá những bài tập có lời giải chi tiết để củng cố kiến thức và nâng cao kỹ năng giải bài tập hóa học hữu cơ!

Hóa học hữu cơ là một ngành khoa học phức tạp và đòi hỏi sự rèn luyện kỹ năng giải bài tập thường xuyên. Ankan, anken, ankin là những nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng, đóng vai trò nền tảng cho nhiều phản ứng hóa học và ứng dụng trong đời sống.

Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những bài tập tiêu biểu về ankan, anken, ankin cùng với lời giải chi tiết, giúp bạn nắm vững các khái niệm, phương pháp giải và tự tin ứng dụng vào các bài tập khác.

1. Ankan: Đặc điểm, Danh Pháp và Phản ứng

Ankan là những hiđrocacbon no, mạch hở, có công thức chung là C_nH_2n+2 (n ≥ 1). Chúng là những hợp chất hữu cơ có tính chất tương đối trơ, nhưng vẫn tham gia một số phản ứng đặc trưng.

1.1. Đặc điểm chung của Ankan

Cấu tạo: Ankan chỉ chứa liên kết đơn C-C và C-H.
Tính chất vật lý:
- Ở điều kiện thường, metan, etan, propan là chất khí, các ankan từ C₄H₁₀ đến C₁₇H₃₆ là chất lỏng, từ C₁₈H₃₈ trở lên là chất rắn.
- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lượng riêng tăng dần khi khối lượng phân tử tăng.
- Ankan không tan trong nước, nhưng tan trong các dung môi hữu cơ.
Tính chất hóa học:
- Phản ứng thế: Là phản ứng đặc trưng của ankan, thay thế nguyên tử H bằng nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác.
- Phản ứng tách:
  - Cracking: Bẻ gãy mạch C-C tạo ra các ankan và anken có phân tử khối nhỏ hơn.
  - Đehidro hóa: Loại bỏ H₂ tạo ra anken.
- Phản ứng cháy: Ankan cháy trong oxi tạo ra CO₂ và H₂O, tỏa nhiều nhiệt.

1.2. Danh pháp Ankan

a. Danh pháp IUPAC:

Chọn mạch C dài nhất làm mạch chính.
Đánh số thứ tự các nguyên tử C trên mạch chính sao cho vị trí nhánh nhỏ nhất.
Gọi tên nhánh theo thứ tự bảng chữ cái.
Tên ankan = Số chỉ vị trí nhánh + Tên nhánh + Tên ankan mạch chính

b. Danh pháp thường:

Tên ankan = Tên gốc ankyl + an

Ví dụ:

Công thức cấu tạo	Tên IUPAC	Tên thường
CH₃CH₂CH₃	Propan	Propan
CH₃CH(CH₃)CH₃	2-metylpropan	Isobutan
CH₃CH₂CH₂CH₃	Butan	Butan

1.3. Bài tập Ankan có lời giải

Bài tập 1:

Viết công thức cấu tạo và gọi tên theo IUPAC của các ankan có công thức phân tử sau:

a) C₄H₁₀

b) C₅H₁₂

Lời giải:

a) C₄H₁₀

Công thức cấu tạo mạch thẳng: CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ (butan)
Công thức cấu tạo mạch nhánh: CH₃-CH(CH₃)-CH₃ (2-metylpropan)

b) C₅H₁₂

Công thức cấu tạo mạch thẳng: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ (pentan)
Công thức cấu tạo mạch nhánh:
- CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₃ (2-metylbutan)
- CH₃-C(CH₃)₂-CH₃ (2,2-đimetylpropan)

Bài tập 2:

Viết phương trình phản ứng của metan với clo trong điều kiện ánh sáng.

Lời giải:

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

Bài tập 3:

Hãy giải thích tại sao ankan có tính chất trơ?

Lời giải:

Ankan có tính chất trơ là do liên kết C-H và C-C trong ankan rất bền, khó bị phá vỡ. Hơn nữa, mật độ electron trong liên kết C-H và C-C phân bố đều, không có cặp electron tự do, nên ankan không dễ bị tấn công bởi các tác nhân hóa học.

2. Anken: Đặc điểm, Danh Pháp và Phản ứng

Anken là những hiđrocacbon không no, mạch hở, có công thức chung là C_nH_2n (n ≥ 2), trong phân tử có chứa một liên kết đôi C=C.

2.1. Đặc điểm chung của Anken

Cấu tạo: Anken có chứa một liên kết đôi C=C. Liên kết đôi bao gồm một liên kết σ bền và một liên kết π kém bền.
Tính chất vật lý:
- Ở điều kiện thường, etylen, propen là chất khí, các anken từ C₄H₈ đến C₁₇H₃₄ là chất lỏng, từ C₁₈H₃₆ trở lên là chất rắn.
- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lượng riêng tăng dần khi khối lượng phân tử tăng.
- Anken không tan trong nước, nhưng tan trong các dung môi hữu cơ.
Tính chất hóa học:
- Phản ứng cộng: Là phản ứng đặc trưng của anken, do liên kết π kém bền bị phá vỡ, cộng thêm các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử vào hai nguyên tử C liên kết đôi.
  - Cộng H₂ (xt Ni, nhiệt độ): Tạo ankan tương ứng.
  - Cộng halogen (Br₂, Cl₂): Tạo dẫn xuất halogen.
  - Cộng HX (X là halogen): Tuân theo quy tắc cộng Markovnikov.
  - Cộng H₂O (xt H⁺): Tạo ancol tương ứng.
- Phản ứng trùng hợp: Phản ứng kết hợp nhiều phân tử monome giống nhau tạo ra polime.

2.2. Danh pháp Anken

Chọn mạch C dài nhất có chứa liên kết đôi làm mạch chính.
Đánh số thứ tự các nguyên tử C trên mạch chính sao cho vị trí liên kết đôi nhỏ nhất.
Gọi tên anken = Số chỉ vị trí liên kết đôi + Tên anken mạch chính

Ví dụ:

Công thức cấu tạo	Tên IUPAC
CH₂=CH₂	Eten
CH₃-CH=CH₂	Propen
CH₃-CH=CH-CH₃	But-2-en

2.3. Bài tập Anken có lời giải

Bài tập 1:

Viết công thức cấu tạo và gọi tên theo IUPAC của các anken có công thức phân tử sau:

a) C₄H₈

b) C₅H₁₀

Lời giải:

a) C₄H₈

Công thức cấu tạo:
- CH₂=CH-CH₂-CH₃ (But-1-en)
- CH₃-CH=CH-CH₃ (But-2-en)

b) C₅H₁₀

Công thức cấu tạo:
- CH₂=CH-CH₂-CH₂-CH₃ (Pent-1-en)
- CH₃-CH=CH-CH₂-CH₃ (Pent-2-en)
- CH₃-C(CH₃)=CH-CH₃ (2-metylbut-2-en)

Bài tập 2:

Viết phương trình phản ứng của etylen với brom.

Lời giải:

CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br-CH₂Br

Bài tập 3:

Hãy giải thích tại sao anken có tính chất hóa học đặc trưng là phản ứng cộng?

Lời giải:

Anken có tính chất hóa học đặc trưng là phản ứng cộng là do sự có mặt của liên kết π kém bền trong phân tử. Liên kết π dễ bị phá vỡ, tạo điều kiện cho các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử cộng vào hai nguyên tử C liên kết đôi, tạo thành liên kết đơn bền vững hơn.

3. Ankin: Đặc điểm, Danh Pháp và Phản ứng

Ankin là những hiđrocacbon không no, mạch hở, có công thức chung là C_nH_2n-2 (n ≥ 2), trong phân tử có chứa một liên kết ba C≡C.

3.1. Đặc điểm chung của Ankin

Cấu tạo: Ankin có chứa một liên kết ba C≡C. Liên kết ba bao gồm một liên kết σ bền và hai liên kết π kém bền.
Tính chất vật lý:
- Ở điều kiện thường, axetilen là chất khí, các ankin từ C₃H₄ đến C₁₇H₃₂ là chất lỏng, từ C₁₈H₃₄ trở lên là chất rắn.
- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lượng riêng tăng dần khi khối lượng phân tử tăng.
- Ankin không tan trong nước, nhưng tan trong các dung môi hữu cơ.
Tính chất hóa học:
- Phản ứng cộng: Là phản ứng đặc trưng của ankin, do liên kết π kém bền bị phá vỡ, cộng thêm các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử vào hai nguyên tử C liên kết ba.
  - Cộng H₂ (xt Ni, nhiệt độ): Tạo anken, rồi ankan tương ứng.
  - Cộng halogen (Br₂, Cl₂): Tạo dẫn xuất halogen.
  - Cộng HX (X là halogen): Tuân theo quy tắc cộng Markovnikov.
  - Cộng H₂O (xt H⁺): Tạo anđehit hoặc xeton.
- Phản ứng thế: Tương tự ankan, nhưng ít xảy ra hơn.
- Phản ứng cháy: Ankin cháy trong oxi tạo ra CO₂ và H₂O, tỏa nhiều nhiệt.

3.2. Danh pháp Ankin

Chọn mạch C dài nhất có chứa liên kết ba làm mạch chính.
Đánh số thứ tự các nguyên tử C trên mạch chính sao cho vị trí liên kết ba nhỏ nhất.
Gọi tên ankin = Số chỉ vị trí liên kết ba + Tên ankin mạch chính

Ví dụ:

Công thức cấu tạo	Tên IUPAC
CH≡CH	Axetilen
CH₃-C≡CH	Propin
CH₃-CH₂-C≡CH	But-1-in

3.3. Bài tập Ankin có lời giải

Bài tập 1:

Viết công thức cấu tạo và gọi tên theo IUPAC của các ankin có công thức phân tử sau:

a) C₄H₆

b) C₅H₈

Lời giải:

a) C₄H₆

Công thức cấu tạo:
- CH≡C-CH₂-CH₃ (But-1-in)
- CH₃-C≡C-CH₃ (But-2-in)

b) C₅H₈

Công thức cấu tạo:
- CH≡C-CH₂-CH₂-CH₃ (Pent-1-in)
- CH₃-C≡C-CH₂-CH₃ (Pent-2-in)
- CH₃-CH₂-C≡C-CH₃ (Pent-3-in)

Bài tập 2:

Viết phương trình phản ứng của axetilen với brom.

Lời giải:

CH≡CH + Br₂ → CHBr=CHBr

CHBr=CHBr + Br₂ → CHBr₂-CHBr₂

Bài tập 3:

Hãy giải thích tại sao ankin có tính chất hóa học mạnh hơn anken?

Lời giải:

Ankin có tính chất hóa học mạnh hơn anken là do liên kết ba C≡C có chứa hai liên kết π kém bền hơn liên kết đôi C=C của anken. Do đó, liên kết ba trong ankin dễ bị phá vỡ hơn, tạo điều kiện cho các phản ứng cộng xảy ra dễ dàng hơn.

4. Kết luận

Bài viết đã giới thiệu những bài tập tiêu biểu về ankan, anken, ankin cùng với lời giải chi tiết, giúp bạn hiểu rõ hơn về đặc điểm cấu tạo, danh pháp và tính chất hóa học của các nhóm hợp chất hữu cơ này. Việc luyện tập thường xuyên là chìa khóa để nắm vững kiến thức và nâng cao kỹ năng giải bài tập hóa học hữu cơ.

Hãy kiên trì rèn luyện, bạn sẽ tự tin chinh phục mọi thử thách trong học tập!