C4H4 + H2 → C4H10

1. Phản ứng C4H4 tạo ra C4H10:

Trong lĩnh vực hóa học, quá trình chuyển hóa C4H4 thành C4H10 là một phản ứng quan trọng và rộng rãi được sử dụng. Để hiểu rõ hơn về phản ứng này, chúng ta cần phân tích từng yếu tố tác động đến quá trình phản ứng. Phản ứng này được biểu diễn bằng phương trình hóa học sau:

C4H4 + 2H2 → C4H10

Cụ thể hơn, C4H4 (butadien) cần phản ứng với hai phân tử H2 (hidro) để tạo thành C4H10 (butan). Điều này chỉ xảy ra khi được cung cấp nhiệt độ phù hợp và sử dụng xúc tác. Đối với quá trình này, nhiệt độ cần được duy trì ở khoảng 150 độ C và xúc tác thường là Niken (Ni). Niken là một kim loại mềm, có đặc tính dẫn điện tốt và khá ổn định về mặt hoá học. Do đó, Niken được sử dụng phổ biến trong việc chuyển đổi các hidrocacbon no thành hidrocacbon không no.

2. Điều kiện để phản ứng C4H4 ra C4H10:

Để phản ứng C4H4 tạo ra C4H10 diễn ra, cần có điều kiện nhiệt độ và xúc tác. Cụ thể, nhiệt độ phù hợp cho quá trình phản ứng là khoảng 150 độ C, trong khi xúc tác thường là Niken. Niken (Ni) là một kim loại mềm, dẫn điện tốt và có tính khí hoá học ổn định. Niken thường được sử dụng làm xúc tác trong các phản ứng chuyển hóa hidrocacbon no thành hidrocacbon không no.

3. Bản chất của C4H4 cộng H2:

: Quá trình tác dụng giữa C4H4 và H2 xảy ra dưới sự tác động của xúc tác như Niken, Platin hoặc Paladi và nhiệt độ. Trong quá trình này, ankin sẽ hợp thành anken khi cộng với hidro, sau đó tiếp tục cộng thêm một lượng hidro nữa để tạo thành ankan. Điều này cho thấy rõ rằng, quá trình phản ứng C4H4 tác dụng với H2 là quá trình chuyển đổi liên kết đôi của butadien thành liên kết đơn của butan.

Nhờ có những thông tin trên, ta có thể hiểu rõ hơn về quá trình phản ứng C4H4 tạo thành C4H10 và các yếu tố tác động lên quá trình này.

4. Tính chất hóa học của Ankin:

Ankin là một chất hữu cơ có tính chất hóa học đa dạng. Dưới dạng khí, ankin có mùi hăng và cháy dễ dàng, cũng như có thể hòa tan trong nước. Ankin có công thức phân tử là C4H6 và được cấu thành bởi hai nguyên tử cacbon liên kết bằng một liên kết ba và một liên kết đôi.

4.1. Phản ứng cộng:

Ankin được tham gia vào nhiều phản ứng cộng khác nhau, trong đó phản ứng cộng hiđrô là một trong những phản ứng phổ biến nhất. Điều này cho phép ankin được sử dụng trong quá trình sản xuất các chất hữu cơ khác như vinylclorua, acrylonitrin và butadien.

Trong quá trình tác động của brom hoặc clo, ankin sẽ tạo ra sản phẩm là 3-brom-1-propen hoặc 3-chlor-1-propen. Đồng thời, ankin cũng thực hiện phản ứng cộng với các chất HX (X là OH, Cl, Br, CH3COO,…) để tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau.

4.2. Phản ứng thế bằng ion kim loại:

Đặc biệt, ankin cũng có khả năng tham gia vào phản ứng thế bằng ion kim loại. Ví dụ, khi ank-1-in tương tác với AgNO3 và NH3, chúng tạo thành sản phẩm là Bạc Axetilen. Phản ứng này được sử dụng để phân biệt ank-1-in với anken và ankan.

4.3. Phản ứng oxi hoá:

Ankin có khả năng tham gia vào các phản ứng oxi hoá, bao gồm phản ứng oxi hóa hoàn toàn và phản ứng oxi hoá không hoàn toàn. Trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn, ankin tạo ra CO2 và H2O. Trong phản ứng oxi hoá không hoàn toàn, ankin cũng có khả năng làm mất màu dung dịch KMnO4, tương tự như anken và ankađien.

Tóm lại, ankin là một hợp chất hữu cơ có tính chất hóa học đa dạng và tham gia vào nhiều loại phản ứng khác nhau. Việc sử dụng điều kiện phản ứng khác nhau sẽ ảnh hưởng đến chất sản phẩm tạo ra, do đó cần lưu ý khi thực hiện các phản ứng này.

5. Bài tập liên quan:

5.1. Câu hỏi trắc nghiệm:

Câu 1. Nhận xét nào sau đây không đúng với ankan?

A. Nhiệt độ nóng chảy tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối.

B. Không tan trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ.

C. Làm mất màu dung dịch thuốc tím.

D. Metan Nhẹ hơn nước

Lời giải:

Đáp án: C

Câu 2. Dãy nào sau đây chỉ gồm các chất thuộc dãy đồng đẳng của metan?

A. C2H2, C3H4, C4H6, C5H8.

B. CH4, C2H2, C3H4, C4H10.

C. CH4, C2H6, C4H10, C5H12.

D. C2H6, C3H8, C5H10, C6H12

Lời giải:

Đáp án: C

Câu 3. Trong số axetilen (C2H2) và benzen (C6H6), chọn đúng nhận xét sau:

A. Hai chất này có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về công thức đơn giản nhất.

B. Hai chất này có công thức phân tử khác nhau, nhưng lại có công thức đơn giản nhất giống nhau.

C. Hai chất này có công thức phân tử khác nhau và công thức đơn giản nhất cũng khác nhau.

D. Hai chất đó có cùng công thức phân tử và cùng công thức đơn giản nhất

Lời giải:

Đáp án: B

Câu 4. Phát biểu nào sau được dùng để định nghĩa công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ?

ố trong phân tử.

tố trong phân tử.

C. Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ phần trăm số mol của mỗi nguyên tố trong phân tử.

D.Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ số nguyên tử C và H có trong phân tử.

Lời giải:

Đáp án: B

Giải thích:

Câu 5. Kết luận nào sau đây là chính xác?

A. Trong phân tử của hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo một thứ tự không nhất định.

B. Các chất có thành phần phân tử có sự khác nhau về số lượng nhóm -CH2-, vì vậy có tính chất hóa học khác nhau và được coi là các chất đồng thể.

C. Các chất có cùng công thức phân tử nhưng có cấu tạo khác nhau được gọi là chất đồng đẳng.

D. Các chất khác nhau nhưng có cùng công thức phân tử được gọi là chất đồng phân.

Lời giải:

Đáp án: D

Giải thích:

Theo tôi, đáp án D là chính xác. Tuy nhiên, để giải thích rõ hơn về đáp án, ta có thể nói thêm về khái niệm "chất đồng phân". Chất đồng phân là các chất có cùng công thức phân tử nhưng có tính chất hóa học khác nhau do sự khác nhau về cấu trúc phân tử. Ví dụ, butan và 2-metylpropan đều có công thức phân tử là C4H10, nhưng lại có tính chất hóa học khác nhau do sự khác nhau về cấu trúc phân tử. Vì vậy, chúng được gọi là các chất đồng phân của nhau.

Câu 6. Có bao nhiêu đồng phân ứng với công thức phân tử C4H10

A. 2

B. 3

C. 4

D. 5

Lời giải:

Đáp án: A

Giải thích:

Δ = (2.4 + 2−10)/2=0

⇒ Ankan ⇒ Chỉ có liên kết đơn

Vậy C4H10 có 2 đồng phân.

CH3-CH2-CH2-CH3

CH3-CH(CH3)-CH3

5.2. Bài tập tự luận có đáp án:

Câu 1. Đốt cháy hoàn toàn một lượng hi đrocacbon X. Hấp thụ toàn bộ khối lượng sản phẩm cháy vào dung dịch Ba(OH)2 (dư), thu được 29,55 gam chất cặn. Khối lượng dung dịch sau phản ứng giảm đi 19,35 gam so với lượng đầu vào của dung dịch Ba(OH)2. Công thức phân tử của X là…

Lời giải:

Ta có

Đầu tiên, chúng ta sử dụng phương trình phản ứng để tính số mol của các chất tham gia. Bằng cách có số mol bằng nhau cho các chất, chúng ta có thể suy ra tỉ lệ mol giữa chúng.

Tiếp theo, chúng ta sử dụng các công thức tính khối lượng để tính toán khối lượng của các chất tham gia và sản phẩm. Chúng ta có thể tính toán khối lượng CO2 và H2O tạo thành bằng cách lấy khối lượng của BaCO3 và trừ đi khối lượng của CO2 và H2O.

Từ số mol của H2O, chúng ta có thể tính được khối lượng của H2O và từ đó suy ra số mol của Hidro.

Cuối cùng, chúng ta có thể suy ra công thức phân tử của chất bằng cách so sánh tỉ lệ mol của C và H.

nC = nCO2 = nBaCO3 = 0,15 mol

mgiảm = mBaCO3 – (mCO2 + mH2O) = 19,35

⇒ mCO2 + mH2O = 10,2 g

mH2O = 10,2 – 0,15.44 = 3,6 (gam) → nH2O = 0,2 mol; ⇒ nH = 0,4 mol

Câu 2. Khi hoàn toàn crack một thể tích ankan X, ta thu được ba thể tích hỗn hợp Y (thể tích các khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất). Tỉ khối của Y so với H2 là 12. Công thức phân tử của X là gì?

Lời giải:

Bằng cách áp dụng công thức bảo toàn khối lượng, chúng ta có thể tính toán khối lượng của một chất dựa trên khối lượng của một chất khác. Trong trường hợp này, chúng ta có thể tính toán khối lượng của chất X bằng cách sử dụng công thức nX.MX = nY.MY, trong đó nX và nY là số lượng phân tử của chất X và chất Y tương ứng, và MX và MY là khối lượng phân tử của chất X và chất Y tương ứng.

Khối lượng phân tử Ankan là

MY = 12.2 = 24

Áp dụng bảo toàn khối lượng ta có: mX = mY → nX.MX = nY.MY → nX.MX = (3nX).MY

→ MX = 3MY = 3.24 = 72 (C5H12)

Câu 3. Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau (ghi rõ điều kiện phản ứng nếu có)

Al4C3 → CH4 → C2H2 → C4H4 → C4H10 → C2H4 → C2H5OH

C4H10 → C3H6 → polipropilen

Lời giải:

Al4C3 + 12H2O → 3CH4 + 4Al(OH)3

2CH4 C2H2 + 3H2 (làm lạnh nhanh)

2CH≡CH CH≡C-CH=CH2

C4H4 + 3H2 C4H10

C4H10 C2H4 + C2H6

C2H4 + H2O C2H5OH

C4H10 C3H6 + CH4

nCH2=CH-CH3 (-CH2-CH(CH3)-)n

Câu 4. Hoàn thành chuỗi phản ứng sau

CH4 → C2H2 → C4H4 → C4H10 → C3H6

Lời giải:

2CH4 C2H2 + 3H2 (làm lạnh nhanh)

2CH≡CH CH≡C-CH=CH2

C4H4 + 3H2 C4H10

C4H10 C2H4 + C2H6

C4H10 C3H6 + CH4

Câu 5. Đốt cháy hoàn toàn 2,24 lít hỗn hợp X (đktc) gồm CH4, C2H6 và C3H8 thu được V lít khí CO2 (đktc) và 6,3 gam H2O. Giá trị của V là

Lời giải:

Từ những thông tin đó, chúng ta có thể tính được số mol của chất không biết tên trong hỗn hợp X bằng cách sử dụng công thức: nX = nH2O – nCO2 ⇒ nX = 0,35 – 0,1 = 0,25 mol.

Tiếp theo, ta sử dụng số mol của khí CO2 trong hỗn hợp để tính thể tích của khí CO2. Để làm điều này, ta có thể sử dụng công thức: V = nRT/P, với R là hằng số khí lý tưởng, P là áp suất, T là nhiệt độ. Tuy nhiên, với điều kiện thích hợp, ta có thể giả sử áp suất và nhiệt độ không đổi. Vì vậy, ta có thể tính thể tích của khí CO2 bằng cách nhân số mol của khí CO2 với hằng số 22,4 (để đổi từ đơn vị mol sang đơn vị lít).

Áp dụng công thức trên, ta được:

Thể tích khí CO2: V = nCO2 * 22,4 = 0,25 * 22,4 = 5,6 lít.

Vậy thể tích của khí CO2 trong hỗn hợp X là 5,6 lít.