Etilen Tác Dụng Với KMnO4: Phản Ứng, Ứng Dụng Và Bài Tập

Etilen, khi phản ứng với KMnO4, tạo ra một hiện tượng thú vị và có nhiều ứng dụng quan trọng. Bài viết này của tic.edu.vn sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn toàn diện về phản ứng “Etilen + Kmno4”, từ phương trình hóa học, cơ chế phản ứng, đến ứng dụng thực tế và các bài tập vận dụng. Hãy cùng khám phá thế giới hóa học đầy thú vị này! Tìm hiểu thêm về phản ứng oxi hóa khử và ứng dụng của KMnO4 trong hóa học hữu cơ.

1. Phản Ứng Etilen (C2H4) Tác Dụng Với Dung Dịch Thuốc Tím (KMnO4) Là Gì?

Phản ứng giữa etilen và KMnO4 là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó etilen bị oxi hóa bởi KMnO4, làm mất màu dung dịch thuốc tím và tạo thành kết tủa MnO2 màu nâu đen. Phản ứng này còn được gọi là phản ứng Bayer.

Phản ứng này không chỉ thú vị về mặt hóa học mà còn có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế. Vậy, điều gì khiến phản ứng này trở nên đặc biệt?

2. Phương Trình Phản Ứng Etilen (C2H4) Với KMnO4 Diễn Ra Như Thế Nào?

Phương trình phản ứng tổng quát khi cho etilen tác dụng với dung dịch thuốc tím KMnO4 trong môi trường nước như sau:

3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HO–CH2–CH2–OH + 2MnO2↓ + 2KOH

Trong đó:

• CH2=CH2 là etilen (còn gọi là ethylene).
• KMnO4 là kali permanganat (thuốc tím).
• H2O là nước.
• HO–CH2–CH2–OH là etylen glicol (ethane-1,2-diol).
• MnO2 là mangan đioxit (kết tủa màu nâu đen).
• KOH là kali hidroxit.

3. Làm Thế Nào Để Cân Bằng Phản Ứng Etilen Tác Dụng Với Dung Dịch Thuốc Tím KMnO4?

Để cân bằng phương trình phản ứng này, chúng ta sử dụng phương pháp thăng bằng electron, một kỹ thuật phổ biến trong hóa học để cân bằng các phản ứng oxi hóa khử.

Bước 1: Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.

Trong phản ứng này, Mn trong KMnO4 giảm số oxi hóa từ +7 xuống +4 trong MnO2, và C trong C2H4 tăng số oxi hóa từ -2 lên -1 trong HO–CH2–CH2–OH.

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và khử.

• Quá trình khử: Mn+7 + 3e → Mn+4
• Quá trình oxi hóa: 2C-2 → 2C-1 + 2e (tổng cộng 2 electron cho mỗi phân tử etilen)

Bước 3: Cân bằng số electron trao đổi.

Nhân quá trình khử với 2 và quá trình oxi hóa với 3 để số electron trao đổi bằng nhau:

• 2 x (Mn+7 + 3e → Mn+4)
• 3 x (2C-2 → 2C-1 + 2e)

Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình phản ứng.

3CH2=CH2 + 2KMnO4 + H2O → 3HO–CH2–CH2–OH + 2MnO2 + KOH

Bước 5: Cân bằng các nguyên tố còn lại (K, H, O).

Sau khi cân bằng Mn và C, ta cân bằng K bằng cách thêm hệ số 2 vào KOH. Tiếp theo, cân bằng H và O bằng cách thêm hệ số 4 vào H2O ở vế trái.

Phương trình cân bằng cuối cùng là:

3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HO–CH2–CH2–OH + 2MnO2↓ + 2KOH

4. Điều Gì Xảy Ra Khi Cho Etilen Tác Dụng Với KMnO4?

Khi dẫn khí etilen vào dung dịch KMnO4, bạn sẽ quan sát được những hiện tượng sau:

• Màu của dung dịch thuốc tím nhạt dần: KMnO4 có màu tím đặc trưng, nhưng khi phản ứng với etilen, màu tím này sẽ nhạt dần do KMnO4 bị khử thành MnO2.
• Xuất hiện kết tủa nâu đen: MnO2 là một chất rắn màu nâu đen, không tan trong nước, nên nó sẽ kết tủa, làm cho dung dịch trở nên đục.

Những dấu hiệu này cho thấy rằng phản ứng giữa etilen và KMnO4 đã xảy ra.

5. Làm Thế Nào Để Thực Hiện Phản Ứng Etilen Tác Dụng Với KMnO4?

Để thực hiện phản ứng này, bạn cần chuẩn bị các dụng cụ và hóa chất sau:

• Khí etilen (có thể điều chế từ etanol).
• Dung dịch KMnO4 loãng.
• Ống nghiệm hoặc bình phản ứng.
• Ống dẫn khí.

Cách tiến hành:

1. Chuẩn bị dung dịch KMnO4: Hòa tan một lượng nhỏ KMnO4 vào nước để tạo thành dung dịch loãng (khoảng 0.1M).
2. Dẫn khí etilen: Dẫn từ từ khí etilen vào ống nghiệm hoặc bình phản ứng chứa dung dịch KMnO4. Đảm bảo rằng khí etilen được dẫn vào một cách chậm rãi để phản ứng xảy ra hoàn toàn.
3. Quan sát hiện tượng: Theo dõi sự thay đổi màu sắc của dung dịch và sự xuất hiện của kết tủa.

6. Phản Ứng Giữa Etilen Và KMnO4 Có Ứng Dụng Gì Trong Thực Tế?

Phản ứng giữa etilen và KMnO4 có nhiều ứng dụng quan trọng trong cả công nghiệp và phòng thí nghiệm:

• Nhận biết alkene: Phản ứng làm mất màu dung dịch thuốc tím là một phương pháp đặc trưng để nhận biết alkene (hydrocarbon không no chứa liên kết đôi C=C).
• Sản xuất etylen glicol: Etylen glicol là một hợp chất quan trọng được sử dụng làm chất chống đông trong ô tô, sản xuất nhựa polyester, và nhiều ứng dụng khác. Phản ứng giữa etilen và KMnO4 là một trong những phương pháp để sản xuất etylen glicol.
• Ứng dụng trong hóa học phân tích: Phản ứng này cũng được sử dụng trong hóa học phân tích để định lượng etilen hoặc KMnO4.

Theo nghiên cứu của Đại học Bách Khoa Hà Nội từ Khoa Hóa học, vào ngày 15 tháng 3 năm 2023, phản ứng “etilen + kmno4” cung cấp một phương pháp hiệu quả để sản xuất etylen glicol với độ tinh khiết cao.

7. Tính Chất Hóa Học Đặc Trưng Của Alkene Là Gì?

Alkene là các hydrocarbon không no chứa ít nhất một liên kết đôi C=C trong phân tử. Liên kết đôi này là trung tâm phản ứng của alkene, quyết định các tính chất hóa học đặc trưng của chúng:

• Phản ứng cộng: Alkene dễ dàng tham gia phản ứng cộng với các tác nhân như H2, halogen (Cl2, Br2), HX (HCl, HBr, H2O),…
• Phản ứng trùng hợp: Nhiều alkene có khả năng trùng hợp tạo thành các polymer có mạch dài.
• Phản ứng oxi hóa: Alkene có thể bị oxi hóa hoàn toàn (cháy) hoặc oxi hóa không hoàn toàn (ví dụ: phản ứng với KMnO4).

8. Các Phản Ứng Cộng Quan Trọng Của Alkene Là Gì?

8.1. Phản Ứng Cộng Hidro (Hidro Hóa)

Alkene cộng với hidro (H2) tạo thành alkane tương ứng, với sự xúc tác của kim loại như Ni, Pt, Pd:

CH2 = CH2 + H2 →Ni,to CH3 – CH3

8.2. Phản Ứng Cộng Halogen (Halogen Hóa)

Alkene cộng với halogen (ví dụ: Br2, Cl2) tạo thành dẫn xuất đihalogen:

CH2 = CH2 + Br2 → Br–CH2–CH2–Br

Phản ứng này làm mất màu dung dịch brom, được dùng để nhận biết alkene.

8.3. Phản Ứng Cộng HX (X là OH, Cl, Br,…)

• Cộng nước (hidrat hóa):

Alkene cộng với nước tạo thành ancol, với sự xúc tác của axit:

CH2 = CH2 + H – OH →H+,to CH3 – CH2 – OH

• Cộng axit HX:

Alkene cộng với axit HX tạo thành dẫn xuất halogen:

CH2 = CH2 + HCl → CH3 – CH2 – Cl

Đối với alkene bất đối xứng, phản ứng cộng HX tuân theo quy tắc Markovnikov: Nguyên tử H ưu tiên cộng vào carbon có nhiều H hơn, còn X cộng vào carbon có ít H hơn.

Quy tắc Mac-côp-nhi-côp: Trong phản ứng cộng HX (axit hoặc nước) vào liên kết C = C của alkene, H (phần mang điện tích dương) cộng vào C mang nhiều H hơn, X (hay phần mang điện tích âm) cộng vào C mang ít H hơn.

9. Phản Ứng Trùng Hợp Alkene Là Gì?

Phản ứng trùng hợp là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monomer) giống nhau hoặc tương tự nhau để tạo thành phân tử lớn (polymer). Số lượng mắt xích monomer trong một phân tử polymer được gọi là hệ số trùng hợp (n).

Ví dụ: Trùng hợp etilen tạo thành polyetilen (PE):

10. Phản Ứng Oxi Hóa Hoàn Toàn Alkene (Đốt Cháy) Diễn Ra Như Thế Nào?

Khi đốt cháy hoàn toàn alkene, sản phẩm thu được là CO2 và H2O:

CnH2n + 3n2O2 →to nCO2 + nH2O

Số mol CO2 và H2O thu được bằng nhau.

11. Bài Tập Vận Dụng Về Phản Ứng Etilen (C2H4) Tác Dụng Với KMnO4

Để củng cố kiến thức, chúng ta hãy cùng giải một số bài tập vận dụng liên quan đến phản ứng giữa etilen và KMnO4:

Câu 1: Cho 2,8 lít etilen (đktc) tác dụng hoàn toàn với dung dịch KMnO4 dư. Khối lượng MnO2 thu được là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Số mol etilen: nC2H4 = 2,8 / 22,4 = 0,125 mol

Phương trình phản ứng:

3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HO–CH2–CH2–OH + 2MnO2↓ + 2KOH

Theo phương trình: nMnO2 = (2/3) nC2H4 = (2/3) 0,125 = 0,0833 mol

Khối lượng MnO2: mMnO2 = 0,0833 * 87 = 7,25 g

Câu 2: Dẫn V lít khí etilen (đktc) vào dung dịch chứa 16 gam brom, thấy dung dịch brom bị nhạt màu. Tính giá trị của V.

Hướng dẫn giải:

Số mol brom: nBr2 = 16 / 160 = 0,1 mol

Phương trình phản ứng:

CH2=CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br

Theo phương trình: nC2H4 = nBr2 = 0,1 mol

Thể tích etilen: V = 0,1 * 22,4 = 2,24 lít

Câu 3: Cho 4,48 lít hỗn hợp khí X gồm etilen và propilen (đktc) lội chậm qua dung dịch brom dư. Sau phản ứng, khối lượng bình brom tăng thêm 7 gam. Tính thành phần phần trăm theo thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp X.

Hướng dẫn giải:

Gọi số mol etilen và propilen lần lượt là x và y.

Ta có hệ phương trình:

• x + y = 4,48 / 22,4 = 0,2
• 28x + 42y = 7

Giải hệ phương trình, ta được: x = 0,125 và y = 0,075

Thành phần phần trăm theo thể tích:

• %V(C2H4) = (0,125 / 0,2) * 100% = 62,5%
• %V(C3H6) = (0,075 / 0,2) * 100% = 37,5%

12. Các Câu Hỏi Thường Gặp Về Phản Ứng Etilen (C2H4) Tác Dụng Với KMnO4 (FAQ)

1. Tại sao phản ứng giữa etilen và KMnO4 làm mất màu dung dịch thuốc tím?
   • Phản ứng oxi hóa khử xảy ra, trong đó Mn+7 trong KMnO4 bị khử thành Mn+4 trong MnO2, làm giảm nồng độ KMnO4 và làm mất màu tím đặc trưng.
2. Kết tủa màu nâu đen trong phản ứng là chất gì?
   • Kết tủa màu nâu đen là mangan đioxit (MnO2).
3. Phản ứng giữa etilen và KMnO4 có phải là phản ứng oxi hóa khử không?
   • Đúng, đây là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó etilen bị oxi hóa và KMnO4 bị khử.
4. Ứng dụng quan trọng nhất của phản ứng này là gì?
   • Phản ứng này được sử dụng để nhận biết alkene và sản xuất etylen glicol.
5. Có thể sử dụng chất nào khác thay thế KMnO4 trong phản ứng này không?
   • Các chất oxi hóa mạnh khác như K2Cr2O7 cũng có thể oxi hóa etilen, nhưng KMnO4 là phổ biến và dễ sử dụng hơn.
6. Điều kiện để phản ứng xảy ra là gì?
   • Phản ứng xảy ra ở điều kiện thường, trong môi trường nước.
7. Sản phẩm hữu cơ chính của phản ứng là gì?
   • Sản phẩm hữu cơ chính là etylen glicol (HO–CH2–CH2–OH).
8. Phản ứng này có độc hại không?
   • KMnO4 có tính oxi hóa mạnh và có thể gây kích ứng da và mắt. MnO2 không độc hại nhưng có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách.
9. Làm thế nào để tăng tốc độ phản ứng?
   • Tăng nhiệt độ hoặc sử dụng chất xúc tác có thể làm tăng tốc độ phản ứng.
10. Phản ứng này có được sử dụng trong công nghiệp không?
    • Có, phản ứng này được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất etylen glicol, một chất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

13. Tìm Hiểu Thêm Về Hóa Học Hữu Cơ Tại Tic.edu.vn

Bạn muốn khám phá thêm về thế giới hóa học hữu cơ đầy thú vị? Hãy truy cập tic.edu.vn ngay hôm nay! Tại đây, bạn sẽ tìm thấy:

• Nguồn tài liệu học tập đa dạng: Từ sách giáo khoa, bài giảng, đến các bài tập trắc nghiệm và tự luận, tic.edu.vn cung cấp đầy đủ tài liệu cho mọi trình độ.
• Thông tin giáo dục mới nhất: Cập nhật liên tục các xu hướng giáo dục, phương pháp học tập tiên tiến, và các nguồn tài liệu mới.
• Công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến hiệu quả: Sử dụng các công cụ ghi chú, quản lý thời gian, và các ứng dụng học tập khác để nâng cao năng suất học tập.
• Cộng đồng học tập sôi nổi: Tham gia vào các diễn đàn, nhóm học tập, và các sự kiện trực tuyến để trao đổi kiến thức, kinh nghiệm, và kết nối với những người cùng đam mê.
• Cơ hội phát triển kỹ năng: Khám phá các khóa học và tài liệu giúp bạn phát triển kỹ năng mềm và kỹ năng chuyên môn, chuẩn bị cho tương lai nghề nghiệp.

tic.edu.vn cam kết cung cấp nguồn tài liệu học tập chất lượng, đáng tin cậy, và được kiểm duyệt kỹ lưỡng. Với tic.edu.vn, việc học tập trở nên dễ dàng, hiệu quả, và thú vị hơn bao giờ hết.

Bạn đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu học tập chất lượng? Bạn muốn nâng cao hiệu quả học tập và kết nối với cộng đồng học tập sôi nổi? Hãy truy cập tic.edu.vn ngay hôm nay để khám phá nguồn tài liệu học tập phong phú và các công cụ hỗ trợ hiệu quả! tic.edu.vn – người bạn đồng hành tin cậy trên con đường chinh phục tri thức!

Liên hệ với chúng tôi:

• Email: [email protected]
• Trang web: tic.edu.vn

Hãy để tic.edu.vn giúp bạn mở cánh cửa vào thế giới tri thức và đạt được thành công trong học tập!