Tính chất hóa học của Axetilen

Axetilen hay acetylene (tên hệ thống là Ethylne) là một hidrocacbon không no nằm trong dãy đồng đẳng ankin. Đây là một chất khí không màu, không mùi với công thức hóa học là C₂H₂. Vậy Tính chất hóa học của Axetilen như thế nào? Hãy cùng Toploigiai tìm hiểu qua bài viết dưới đây!

Cấu tạo phân tử của axetilen

Axetilen là một hidrocacbon cũng là một ankin đơn giản nhất. Nó có công thức phân tử là C₂H₂ và phân tử khối bằng 26 g/mol. Công thức cấu tạo của C₂H₂ là: H–C≡C–H hay viết gọn là HC≡CH. 

Cấu tạo phân tử của axetilen C₂H₂

Tính chất vật lý của axetilen

Axetilen là một chất khí không màu, không mùi, ít tan trong nước.Axetilen nhẹ hơn không khí (dC₂H₂/kk = 26/29). Khối lượng riêng của C₂H₂ bằng 1,097 kg/m3, nóng chảy ở – 80,8 °C, sôi ở – 84 °C.

Tính chất hóa học của axetilen

Etilen có những phản ứng hóa học đặc trưng như phản ứng cháy, phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp và phản ứng hidrat hóa.

a. Phản ứng oxi hóa (cháy)

- Khi đốt axetilen trong không khí, nó sẽ cháy với ngọn lửa sáng và tỏa ra nhiều nhiệt

2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O

b. Phản ứng cộng

- Phản ứng cộng brom: tương tự như etilen, axetilen cũng làm mất màu dung dịch brom. Sản phẩm mới sinh ra do có liên kết đôi trong phân tử nên có thể cộng thêm một phân tử brom nữa:

HC ≡ CH (k) + Br – Br (dd) → Br – CH ≡ CH – Br (l) (đibrometilen)

Br – CH ≡ CH – Br (l) + Br – Br (dd) → Br₂CH – CHBr₂ (tetrabrometan)

- Trong những điều kiện thích hợp, axetilen còn có phản ứng cộng với hidro cùng một số chất khác: 

CH ≡ CH + 2H₂ → CH₃ – CH₃ (Ni, to)

CH ≡ CH + H₂ → CH₂ = CH₂ (Pb/PbCO₃)

CH ≡ CH + HCl → CH2 = CH – Cl (HgCl₂, to: 150  - 200 ^oC)

CH₂ = CH – Cl + HCl → CH₃ – CHCl₂

c. Phản ứng trùng hợp

Các phân tử C₂H₂ có thể kết hợp với nhau trong phản ứng trùng hợp để tạo thành polime.

Hai phân tử axetilen có thể cộng hợp lại với nhau tạo ra vinylaxetilen

2CH ≡ CH CH₂ → CH – C ≡ CH (xt, to)

d. Phản ứng hiđrat hóa

Axetilen có phản ứng hidrat hóa để tạo thành sản phẩm cuối cùng là axit axetic theo sơ đồ sau:

HC≡CH + H₂O (H₂SO₄) → H–CH=CH–H → CH₃COOH

Điều chế axetilen

Cách điều chế axetilen trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp là dùng canxi cacbua (CaC₂) – thành phần chính của đèn phản ứng với nước.

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

C₂H₂ có thể được điều chế từ C và H₂ khi có hồ quang điện:

2C + H_{2 (hồ quang điện)} → C₂H₂

Hiện nay, phương pháp hiện đại để điều chế C₂H₂ là nhiệt phân CH₄ ở nhiệt độ cao.

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ (Điều kiện: 1500 °C)

Ứng dụng của axetilen

- Axetilen dùng trong đèn xì oxi-axetilen để hàn, cắt kim loại.

- Trong công nghiệp Axetilen là nguyên liệu để sản xuất poli (vinyl clorua) dùng sản xuất nhựa PVC và nhiều hóa chất khác.

Giải bài tập về axetilen

Bài tập 1: Cần sử dụng bao nhiêu ml dung dịch brom 0,1M để có thể tác dụng vừa đủ với 0,224 lít axetilen tại điều kiện tiêu chuẩn.

Lời giải:

Từ đề ra, ta có: n_C2H2 = V/22,4 = 0,244/22,4 = 0,01 (mol)

PTPƯ:

C₂H₂ + 2Br₂ → C₂H₂Br₄

1 mol   2 mol   1 mol

0,01     mol   ?mol

Theo PTPƯ ta được: n_Br2 = 2.n_C2H2 = 2.0,01 = 0,02 (mol)

VBr₂ = n/C_M = 0,02/0,1 = 0,2 (lít)

Bài tập 2: Biết rằng với 0,1 lít khí etilen (đktc) sẽ làm mất màu 50ml dung dịch brom. Vậy nếu dùng 0,1 lít khí axetilen (đktc) thì có thể làm mất màu bao nhiêu ml dung dịch brom trên?

Lời giải:

PTPƯ:

C₂H4 + Br₂ → C2H4Br₂ (1)

C₂H₂ + 2Br₂ → C₂H₂Br₄ (2)

Từ PTPƯ (1) và (2) ta thấy được

Tỷ lệ n_C2H4 : n_Br2 = 1:1

n_C2H2 : n_Br2 = 1:2

Vậy số mol của brom phản ứng với C₂H₂ sẽ gấp 2 lần C₂H₄ nên thể tích tối đa của dung dịch brom mà C₂H₂ có thể làm mất màu sẽ gấp 2 lần so với thể thích dịch brom đã bị mất màu bởi CvH₄:

Thể tích brom tối đa bị mất màu bởi C₂H₂ là: 50 x 2 = 100ml

Bài tập 3: Đốt cháy 28ml hỗn hợp khí metan cùng axetilen cần phải sử dụng 67,2 ml khí oxi. Hãy:

a) Tính phần trăm thể tích của mỗi loại khí trong hỗn hợp

b) Tính thể tích của khí CO₂ sinh ra

(Thể tích các khí đều được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất)

Lời giải:

a) Gọi thể tích của CH₄ và C₂H₂ lần lượt là a và b (ml)

Từ bài ra, ta có: a + b = 28 (ml) (*)

PTPƯ:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (1)

1ml    2ml      1ml      2ml

aml    2aml     aml

2C₂H₂ + 5O₂  → 4CO₂ + 2H₂O (2)

2ml        5m        4ml        2ml

bml      2,5bml        2bml

Theo PTPƯ (1) ta được: V_O2 = 2.V_CH4 = 2a

Từ PTPƯ (2): V_O2 = 2,5.V_C2H2 = 2,5b

Như vậy, tổng thể tích oxi cần dùng là V_O2 = 2a + 2,5b

Mà theo bài ra, ta có được: V_O2 = 67,2 (ml)

2a + 2,5b = 67,2 (ml) (**)

Giải hệ phương trình (*) và (**) ta được a = 5,6 (ml) và b = 22,4 (ml)

%V_CH4 = (5,6/28).100% = 20%

%V_C2H2 = (22,4/28).100% = 80%

b) Từ PTPƯ (1), ta có: V_CO2 = a

PTPƯ (2) thì V_CO2 = 2b

Vậy thể tích của khí CO₂ là: V_CO2 = a +2b = 5,6 + (2.22,4) = 50,4 (ml)