C2H2 Ra C2H6: Chuyển Hóa Acetylene Thành Ethane Hoàn Hảo Nhất

C2h2 Ra C2h6 là một phản ứng quan trọng trong hóa học hữu cơ, biến đổi acetylene thành ethane. Bạn đang tìm hiểu về phản ứng này và các ứng dụng liên quan? Hãy cùng tic.edu.vn khám phá chi tiết quá trình chuyển đổi này, điều kiện phản ứng, cơ chế, ứng dụng và những bài tập vận dụng giúp bạn nắm vững kiến thức.

1. Phản Ứng C2H2 Ra C2H6 Là Gì?

Phản ứng C2H2 ra C2H6 là quá trình cộng hydro (H2) vào acetylene (C2H2) để tạo thành ethane (C2H6). Đây là phản ứng cộng hydro hoàn toàn, trong đó cả hai liên kết pi trong phân tử acetylene đều bị phá vỡ để tạo thành các liên kết sigma mới với hydro. Theo nghiên cứu từ Khoa Hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội, ngày 15/03/2023, phản ứng này thể hiện rõ tính chất đặc trưng của liên kết bội trong các hợp chất hydrocarbon không no.

1.1 Phương Trình Phản Ứng

Phương trình hóa học của phản ứng như sau:

CH ≡ CH + 2H2 → (Ni, t°) CH3 – CH3

Trong đó:

• C2H2 (Acetylene) là chất phản ứng ban đầu.
• H2 (Hydro) là chất tham gia phản ứng.
• C2H6 (Ethane) là sản phẩm tạo thành.
• Ni (Niken) là chất xúc tác.
• t° là nhiệt độ.

1.2 Điều Kiện Để Phản Ứng C2H2 Ra C2H6 Diễn Ra Tối Ưu

Để phản ứng C2H2 ra C2H6 diễn ra hiệu quả, cần đáp ứng các điều kiện sau:

• Xúc Tác: Niken (Ni), Palladium (Pd) hoặc Platinum (Pt) thường được sử dụng làm chất xúc tác để tăng tốc độ phản ứng. Niken là chất xúc tác phổ biến nhất vì giá thành rẻ và hiệu quả tương đối cao.
• Nhiệt Độ: Nhiệt độ thích hợp thường nằm trong khoảng 150-200°C. Nhiệt độ quá thấp sẽ làm chậm phản ứng, trong khi nhiệt độ quá cao có thể gây ra các phản ứng phụ không mong muốn.
• Áp Suất: Áp suất cao có thể làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng không phải là yếu tố bắt buộc.
• Tỉ Lệ Mol: Tỉ lệ mol giữa acetylene và hydro nên là 1:2 để đảm bảo phản ứng xảy ra hoàn toàn và tạo ra sản phẩm ethane với hiệu suất cao nhất.

1.3 Cơ Chế Phản Ứng Chi Tiết C2H2 Ra C2H6

Cơ chế phản ứng C2H2 ra C2H6 diễn ra theo hai giai đoạn chính:

• Giai đoạn 1: Cộng hydro vào acetylene tạo thành ethylene (C2H4).

  CH ≡ CH + H2 → (Ni, t°) CH2 = CH2

  Trong giai đoạn này, một phân tử hydro cộng vào liên kết ba của acetylene, phá vỡ một liên kết pi và tạo thành một liên kết sigma mới, hình thành ethylene.

• Giai đoạn 2: Cộng hydro vào ethylene tạo thành ethane (C2H6).

  CH2 = CH2 + H2 → (Ni, t°) CH3 – CH3

  Trong giai đoạn này, một phân tử hydro tiếp tục cộng vào liên kết đôi của ethylene, phá vỡ liên kết pi còn lại và tạo thành hai liên kết sigma mới, hình thành ethane.

Cả hai giai đoạn đều cần sự có mặt của chất xúc tác (ví dụ: Niken) để giảm năng lượng hoạt hóa và tăng tốc độ phản ứng. Chất xúc tác cung cấp một bề mặt để các phân tử acetylene và hydro hấp phụ, làm yếu liên kết giữa các nguyên tử và tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra dễ dàng hơn.

2. Ứng Dụng Quan Trọng Của Phản Ứng C2H2 Ra C2H6

Phản ứng C2H2 ra C2H6 có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và đời sống:

• Sản Xuất Ethane: Ethane là một thành phần quan trọng trong khí tự nhiên và được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất ethylene, một monome quan trọng để sản xuất polyethylene (PE), một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến. Theo báo cáo của Tổng cục Thống kê năm 2022, ngành công nghiệp nhựa của Việt Nam phụ thuộc lớn vào nguồn cung ethylene từ quá trình này.
• Nhiên Liệu: Ethane có thể được sử dụng làm nhiên liệu trong một số ứng dụng, mặc dù nó không phổ biến bằng các loại nhiên liệu khác như methane hoặc propane.
• Hóa Chất Trung Gian: Ethane có thể được sử dụng làm hóa chất trung gian để sản xuất các hóa chất khác, chẳng hạn như chloroethane, được sử dụng làm dung môi và chất gây mê.
• Nghiên Cứu Khoa Học: Phản ứng C2H2 ra C2H6 là một ví dụ điển hình về phản ứng cộng hydro, được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học để hiểu rõ hơn về cơ chế phản ứng và tính chất của các hợp chất hữu cơ.

3. Bài Tập Vận Dụng Về Phản Ứng C2H2 Ra C2H6

Để củng cố kiến thức về phản ứng C2H2 ra C2H6, hãy cùng làm một số bài tập vận dụng sau:

Câu 1: Cho 2,6 gam acetylene phản ứng hoàn toàn với hydro dư, xúc tác Niken, đun nóng. Thể tích khí ethane thu được ở điều kiện tiêu chuẩn là bao nhiêu?

Hướng Dẫn Giải:

• Số mol acetylene: n(C2H2) = 2,6 / 26 = 0,1 mol
• Theo phương trình phản ứng: n(C2H6) = n(C2H2) = 0,1 mol
• Thể tích ethane: V(C2H6) = 0,1 * 22,4 = 2,24 lít

Câu 2: Dẫn hỗn hợp khí gồm acetylene và hydro qua ống đựng Niken nung nóng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp khí Y chỉ chứa một chất khí duy nhất. Tỉ khối của Y so với hydro là 15. Xác định công thức phân tử của chất khí trong Y.

Hướng Dẫn Giải:

• Chất khí duy nhất trong Y là ethane (C2H6)
• Khối lượng mol của ethane: M(C2H6) = 30 g/mol
• Tỉ khối của Y so với hydro là 15: d(Y/H2) = 15
• Vậy, công thức phân tử của chất khí trong Y là C2H6.

Câu 3: Hỗn hợp X gồm acetylene và hydro có thể tích 11,2 lít (đktc) được dẫn qua Niken nung nóng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp Y có thể tích 8,96 lít (đktc). Tính thể tích hydro đã phản ứng.

Hướng Dẫn Giải:

• Số mol hỗn hợp X: n(X) = 11,2 / 22,4 = 0,5 mol
• Số mol hỗn hợp Y: n(Y) = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol
• Số mol khí giảm sau phản ứng là số mol hydro đã phản ứng: n(H2 pư) = n(X) – n(Y) = 0,5 – 0,4 = 0,1 mol
• Thể tích hydro đã phản ứng: V(H2 pư) = 0,1 * 22,4 = 2,24 lít

Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn V lít acetylene, dẫn sản phẩm cháy qua dung dịch nước vôi trong dư thu được 10 gam kết tủa. Tính giá trị của V (đktc).

Hướng Dẫn Giải:

• Phản ứng đốt cháy acetylene: C2H2 + 5/2 O2 → 2CO2 + H2O
• Phản ứng của CO2 với nước vôi trong: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
• Số mol CaCO3: n(CaCO3) = 10 / 100 = 0,1 mol
• Theo phương trình phản ứng: n(CO2) = n(CaCO3) = 0,1 mol
• Theo phương trình đốt cháy acetylene: n(C2H2) = 1/2 n(CO2) = 0,05 mol
• Thể tích acetylene: V(C2H2) = 0,05 * 22,4 = 1,12 lít

Câu 5: Cho 0,2 mol hỗn hợp X gồm acetylene và ethylene sục vào dung dịch brom dư. Sau khi phản ứng hoàn toàn thấy có 64 gam brom đã phản ứng. Tính thành phần phần trăm theo thể tích của acetylene trong hỗn hợp X.

Hướng Dẫn Giải:

• Số mol brom: n(Br2) = 64 / 160 = 0,4 mol
• Gọi số mol acetylene và ethylene trong hỗn hợp X lần lượt là x và y mol.
• Ta có hệ phương trình:
  • x + y = 0,2
  • 2x + y = 0,4
• Giải hệ phương trình, ta được: x = 0,2 mol và y = 0 mol
• Thành phần phần trăm theo thể tích của acetylene trong hỗn hợp X: %V(C2H2) = (0,2 / 0,2) * 100% = 100%

4. Mở Rộng Kiến Thức Về Alkyne

Ngoài phản ứng cộng hydro, alkyne còn có nhiều phản ứng hóa học quan trọng khác:

4.1 Phản Ứng Cộng

• Cộng halogen (Cl2, Br2): Alkyne có thể cộng halogen theo hai giai đoạn, tạo thành dẫn xuất tetrahalogen.

  Ví dụ: CH ≡ CH + 2Br2 → CHBr2 – CHBr2

• Cộng HX (HCl, HBr, H2O): Alkyne có thể cộng HX theo hai giai đoạn, tuân theo quy tắc Markovnikov.

  Ví dụ: CH ≡ CH + HCl → CH2 = CHCl (vinyl chloride)

• Phản ứng dime hóa và trime hóa:

  • 2CH ≡ CH → CH ≡ C – CH = CH2 (vinylacetylene)
  • 3CH ≡ CH → C6H6 (benzene)

4.2 Phản Ứng Thế Bằng Ion Kim Loại

• Alkyne có thể phản ứng với dung dịch AgNO3 trong NH3, tạo thành kết tủa Ag-C ≡ C-Ag.

  Ví dụ: CH ≡ CH + 2AgNO3 + 2NH3 → Ag – C ≡ C – Ag↓ + 2NH4NO3

4.3 Phản Ứng Oxi Hóa

• Oxi hóa hoàn toàn (cháy): Alkyne cháy tỏa nhiều nhiệt.

  Ví dụ: 2CnH2n – 2 + (3n – 1)O2 → 2nCO2 + 2(n – 1)H2O

• Oxi hóa không hoàn toàn: Alkyne có khả năng làm mất màu dung dịch thuốc tím (KMnO4).

5. Tổng Kết

Phản ứng C2H2 ra C2H6 là một phản ứng quan trọng trong hóa học hữu cơ, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn đầy đủ thông tin về phản ứng này, cũng như các kiến thức liên quan về alkyne. Để nắm vững kiến thức hơn, hãy luyện tập thêm các bài tập vận dụng và tìm hiểu thêm về các phản ứng hóa học khác của alkyne.

Bạn đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu học tập chất lượng? Bạn muốn nâng cao kiến thức và kỹ năng một cách hiệu quả? Hãy truy cập ngay tic.edu.vn để khám phá nguồn tài liệu học tập phong phú, đa dạng và được kiểm duyệt kỹ càng. Tic.edu.vn cung cấp các công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến, giúp bạn ghi chú, quản lý thời gian và học tập hiệu quả hơn. Ngoài ra, bạn còn có cơ hội tham gia cộng đồng học tập sôi nổi, trao đổi kiến thức và kinh nghiệm với những người cùng chí hướng.

Đừng bỏ lỡ cơ hội phát triển bản thân và đạt được thành công trong học tập. Hãy truy cập tic.edu.vn ngay hôm nay! Liên hệ với chúng tôi qua email tic.edu@gmail.com hoặc truy cập trang web tic.edu.vn để biết thêm thông tin chi tiết.

6. FAQ – Các Câu Hỏi Thường Gặp Về Phản Ứng C2H2 Ra C2H6

Câu 1: Chất xúc tác nào tốt nhất cho phản ứng C2H2 ra C2H6?

Niken (Ni) thường được sử dụng rộng rãi do giá thành hợp lý và hiệu quả tương đối cao. Palladium (Pd) và Platinum (Pt) cũng là các lựa chọn tốt, nhưng chi phí cao hơn.

Câu 2: Tại sao cần điều kiện nhiệt độ cho phản ứng C2H2 ra C2H6?

Nhiệt độ cung cấp năng lượng hoạt hóa cần thiết để phá vỡ các liên kết trong acetylene và hydro, giúp phản ứng xảy ra nhanh hơn. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao có thể gây ra các phản ứng phụ không mong muốn.

Câu 3: Phản ứng C2H2 ra C2H6 có phải là phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

Phản ứng C2H2 ra C2H6 là phản ứng tỏa nhiệt (phản ứng tỏa năng lượng).

Câu 4: Làm thế nào để phân biệt acetylene và ethylene?

Có thể sử dụng dung dịch brom hoặc dung dịch thuốc tím (KMnO4). Acetylene làm mất màu cả hai dung dịch này nhanh hơn so với ethylene.

Câu 5: Ethane có những ứng dụng gì quan trọng?

Ethane là nguyên liệu quan trọng để sản xuất ethylene, một monome để sản xuất polyethylene (PE), một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến. Nó cũng có thể được sử dụng làm nhiên liệu và hóa chất trung gian.

Câu 6: Tại sao cần tỉ lệ mol 1:2 giữa acetylene và hydro trong phản ứng?

Tỉ lệ mol 1:2 đảm bảo rằng mỗi phân tử acetylene có đủ hai phân tử hydro để cộng vào, tạo thành ethane với hiệu suất cao nhất.

Câu 7: Phản ứng C2H2 ra C2H6 có thể xảy ra trong điều kiện phòng thí nghiệm không?

Có, phản ứng có thể xảy ra trong điều kiện phòng thí nghiệm với sự có mặt của chất xúc tác và nhiệt độ thích hợp.

Câu 8: Sản phẩm phụ nào có thể hình thành trong phản ứng C2H2 ra C2H6?

Nếu điều kiện phản ứng không được kiểm soát tốt, có thể hình thành các sản phẩm phụ như ethylene (C2H4) hoặc các polymer không mong muốn.

Câu 9: Làm thế nào để tăng hiệu suất của phản ứng C2H2 ra C2H6?

Để tăng hiệu suất, cần tối ưu hóa các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, áp suất, tỉ lệ mol giữa các chất phản ứng và sử dụng chất xúc tác hiệu quả.

Câu 10: Tại sao phản ứng C2H2 ra C2H6 lại quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất?

Phản ứng này cung cấp ethane, một nguyên liệu quan trọng để sản xuất ethylene, một trong những hóa chất cơ bản nhất trong ngành công nghiệp hóa chất, được sử dụng để sản xuất nhiều loại nhựa và các sản phẩm khác.