Title (KHTN 9 cả năm) Những câu hỏi mở rộng bài học.docx ✅

Những câu hỏi mở rộng bài học gây “Sốc” cho học sinh

MJ/kg), butane là nguồn năng lượng hiệu quả. Trong bật lửa, butane được nạp dưới dạng lỏng ở áp suất thấp, khi mở van, khí hóa hơi và bốc cháy ngay khi gặp tia lửa. Chính khả năng cháy sạch, tỏa nhiệt lớn, dễ hóa lỏng và vận chuyển an toàn giúp butane được dùng phổ biến trong bật lửa gas, bếp mini và bình đun dã ngoại. Việc thiết kế bình chứa phù hợp giúp đảm bảo an toàn khi sử dụng nhiên liệu dễ cháy này. Câu 2: Vì sao alkane được gọi là “hydrocarbon no”? Alkane là một nhóm hợp chất hữu cơ chỉ chứa nguyên tử carbon (C) và hydro (H), liên kết với nhau bằng các liên kết đơn (σ). Công thức tổng quát là CₙH₂ₙ₊₂. Do không có liên kết đôi hoặc ba, các phân tử alkane không thể nhận thêm nguyên tử hydro – nên được gọi là hydrocarbon no (saturated hydrocarbon). Ví dụ, methane (CH₄) là alkane đơn giản nhất, tiếp theo là ethane (C₂H₆), propane (C₃H₈),… Càng nhiều carbon, phân tử càng lớn và có điểm sôi cao hơn. Chẳng hạn, methane có điểm sôi −161,5°C, còn dodecane (C₁₂H₂₆) có điểm sôi 216,2°C. Vì tính no và liên kết đơn bền vững, alkane rất kém phản ứng hóa học, đặc biệt là không phản ứng với dung dịch brom như alkene hay alkyne. Câu 3: Vì sao các phân tử alkane lại khó tan trong nước? Các phân tử alkane là phân tử không phân cực, trong khi nước lại là một dung môi phân cực mạnh. Theo nguyên lý “like dissolves like” (chất phân cực hòa tan chất phân cực), alkane không tan hoặc tan rất kém trong nước. Độ tan của methane trong nước chỉ khoảng 22 mg/L ở 25°C, và càng nhiều carbon thì độ tan càng giảm. Ngược lại, alkane dễ tan trong dung môi hữu cơ không phân cực như benzen, ether, hexane,... Đây là lý do vì sao dầu hỏa (hỗn hợp các alkane C₁₀–C₁₆) không thể hòa tan trong nước nhưng lại nổi trên bề mặt nước do mật độ thấp hơn (khoảng 0,75 g/cm³ so với 1,00 g/cm³ của nước). Câu 4: Vì sao các alkane chuỗi thẳng có nhiệt độ sôi cao hơn alkane phân nhánh? Nhiệt độ sôi của alkane phụ thuộc vào lực Van der Waals giữa các phân tử. Alkane chuỗi thẳng có diện tích tiếp xúc lớn hơn, nên lực hút giữa các phân tử mạnh hơn → điểm sôi cao hơn. Ví dụ, n- butane (C₄H₁₀) có điểm sôi là −0,5°C, trong khi isobutane (C₄H₁₀ phân nhánh) có điểm sôi chỉ −11,7°C. Với các phân tử lớn hơn, sự khác biệt càng rõ: n-pentane (C₅H₁₂) sôi ở 36,1°C, còn neopentane (C₅H₁₂ phân nhánh) sôi ở 9,5°C. Sự khác biệt này có ý nghĩa lớn trong công nghiệp lọc dầu và điều chế xăng – vì xăng cần nhiều alkane phân nhánh hơn để cháy tốt, giảm kích nổ. Câu 5: Vì sao alkane lại là thành phần chính của nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ và khí tự nhiên? Alkane chiếm phần lớn thành phần của khí thiên nhiên và dầu mỏ, được hình thành từ sự phân hủy yếm khí của xác sinh vật cổ đại hàng triệu năm dưới áp suất và nhiệt độ cao. Khí tự nhiên chứa chủ yếu methane (CH₄), chiếm đến 85–95% thể tích. Trong dầu mỏ, các alkane từ C₅ đến C₁₈ là thành phần chính trong xăng, dầu diesel và dầu hỏa. Nhiệt trị trung bình của alkane rất cao: methane (55,5 MJ/kg), octane (47,8 MJ/kg).
Nhờ cấu trúc bền vững và khả năng cháy sinh nhiệt cao, alkane là nguồn năng lượng chủ lực trong công nghiệp, vận tải và sinh hoạt, dù việc sử dụng quá mức đang gây ảnh hưởng lớn đến môi trường. Câu 6: Vì sao alkane lại bền với hầu hết các thuốc thử hóa học thông thường? Alkane có các liên kết C–C và C–H là liên kết đơn (σ) có năng lượng liên kết cao – khoảng 348 kJ/mol cho C–C và 412 kJ/mol cho C–H, khiến chúng rất ít phản ứng với acid, base hay các chất oxy hóa yếu. Trong phòng thí nghiệm, alkane không phản ứng với dung dịch brom, không tham gia phản ứng cộng như alkene, và chỉ bị phân hủy khi đun nóng mạnh (pyrolysis) hoặc khi có tia UV (halogen hóa). Chính vì độ bền này, alkane rất thích hợp làm dung môi trơ (như hexane) hoặc được dùng trong các điều kiện cần tránh phản ứng phụ. Tuy nhiên, chúng vẫn cháy mạnh trong oxygen, tạo CO₂ và H₂O – phản ứng tỏa nhiệt cao và là ứng dụng chính của alkane trong nhiên liệu. Câu 7: Vì sao alkane cháy không khói nếu được cung cấp đủ oxygen? Khi alkane cháy trong điều kiện dư oxygen, chúng thực hiện phản ứng cháy hoàn toàn, tạo ra carbon dioxide (CO₂) và nước (H₂O) mà không sinh ra muội than. Ví dụ, phản ứng đốt cháy hoàn toàn methane: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O Nhiệt sinh ra từ phản ứng này rất cao – methane: 55,5 MJ/kg, propane: 50,3 MJ/kg, butane: 49,5 MJ/kg. Ngược lại, nếu thiếu oxygen, alkane cháy không hoàn toàn sẽ tạo CO hoặc muội than (C), sinh khói đen độc hại. Bếp gas dân dụng được thiết kế để trộn đều khí butane/propane với không khí trước khi đốt, giúp tạo ngọn lửa xanh không khói. Vì vậy, để đốt alkane sạch và hiệu quả, cần cung cấp đủ lượng oxy tương ứng – ví dụ: 1 mol propane (C₃H₈) cần 5 mol O₂ để cháy hoàn toàn. Câu 8: Vì sao các alkane mạch dài lại tồn tại ở thể rắn hoặc lỏng thay vì thể khí? Điểm sôi và điểm nóng chảy của alkane tăng theo chiều dài mạch carbon do diện tích tiếp xúc phân tử lớn hơn, dẫn đến lực Van der Waals mạnh hơn. Các alkane từ C₁ đến C₄ (methane đến butane) là khí ở điều kiện thường. Từ C₅ đến C₁₆, chúng là chất lỏng – ví dụ, octane (C₈H₁₈) có điểm sôi 125,6°C. Từ C₁₇ trở đi, alkane tồn tại ở thể rắn ở nhiệt độ phòng – eicosane (C₂₀H₄₂) có điểm nóng chảy 36,8°C, còn triacontane (C₃₀H₆₂) nóng chảy ở 66°C. Tính chất này được khai thác trong sáp paraffin, dầu nhờn, và vật liệu cách điện – đều chứa các alkane mạch dài, có khả năng ổn định hình dạng ở nhiệt độ phòng và ít bay hơi. Câu 9: Vì sao các alkane không có mùi nhưng vẫn được phát hiện dễ dàng khi rò rỉ gas? Alkane tự nhiên như methane, propane và butane là chất khí không màu, không mùi. Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn, các công ty gas cố ý thêm vào một lượng rất nhỏ hợp chất chứa lưu huỳnh – phổ biến là ethyl mercaptan (C₂H₅SH) – có mùi hăng đặc trưng giống trứng thối. Với ngưỡng phát hiện chỉ 1 part per billion (ppb), con người có thể ngửi thấy ethyl mercaptan ở nồng độ cực nhỏ. Nhờ vậy, nếu xảy ra rò rỉ gas từ bếp hoặc bình chứa, mùi này sẽ giúp cảnh báo sớm. Đây là một ví dụ về cách ứng dụng hợp chất không alkane vào an toàn của alkane – dù bản thân chúng không có mùi, nhưng vẫn được kiểm soát bằng chất phụ gia đặc biệt. Câu 10: Vì sao phản ứng halogen hóa của alkane thường cần ánh sáng hoặc nhiệt?