Phương trình hóa học CaC2 + H2O → C2H2 + Ca(OH)2 được biên soạn để giúp các bạn nắm rõ phương pháp điều chế axetilen từ CaC2. Phương trình này miêu tả quá trình tạo ra khí axetilen (C2H2) và Ca(OH)2 khi canxi cacbua (CaC2) tác dụng với nước
1. Phương trình phản ứng khi điều chế C2H2 từ CaC2:
CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2
Hiện tượng phản ứng điều chế C2H2
Chất rắn màu đen canxi cacbua (CaC2) bị hòa tan và sinh ra khí axetilen (C2H2) làm sủi bọt dung dịch.
2. Tìm hiểu về C2H2 và CaC2:
2.1. Tìm hiểu về canxi cacbua:
Canxi cacbua là gì ?
CaC2 (canxi cacbua) hay đất đèn, khí đá là một hợp chất hóa học vô cơ có công thức CaC2.
Khối lượng mol: 64.099 g/mol
Khối lượng riêng: 2.22 g/cm3
Điểm nóng chảy: 2.160 °C (2.430 K; 3.920 °F)
Điểm sôi: 2.300 °C (2.570 K; 4.170 °F)
Độ hòa tan trong nước: Thủy phân nhanh chóng
Tính chất vật lí của CaC2:
Màu sắc của đất đèn phụ thuộc vào kích cỡ và tạp chất, từ đen cho đến trắng xỉn
Tính chất hoá học của CaC2:
– Cấu trúc tinh thể
Calci carbide tinh khiết có dạng rắn gần như không màu. Ở nhiệt độ trong phòng, cấu trúc tinh thể phổ biến là cấu trúc giống muối với hai ion cacbon (C22−) nằm song song.
– Sản xuất acetylen
Phản ứng với nước được nhà hoá học người Đức Friedrich Wohler phát hiện năm 1862:
CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2
Đây là phản ứng căn bản để tạo ra acetylen quy mô công nghiệp và là ứng dụng chủ yếu của calci carbide.
– Sản xuất calci cyanamide
Calci carbide phản ứng với nitơ ở nhiệt độ cao tạo thành calci cyanamide:
CaC2 + N2 → CaCN2 + C
Calci cyanamide được sử dụng làm phân bón hóa học. Nó bị thủy phân để trở thành cyanamide – H2NCN.
Ứng dụng của CaC2:
– Khử lưu huỳnh trong sắt (gang trắng, gang xám và thép)-
– Làm nhiên liệu sản xuất thép, chuyển các vụn sắt thành dạng lỏng tùy theo tính kinh tế.
– Chống oxy hóa ở các thiết bị môi (thìa) múc kim loại
– Đèn carbide: Đất đèn được sử dụng để thắp sáng. Đèn carbide là thiết bị chiếu sáng sử dụng khí acetylen tạo ra khi tưới nước lên đất đèn. Đèn này không sử dụng trong các mỏ than bởi khí metan tại mỏ dễ gây nổ. Tại mỏ than, người ta dùng đèn Davy. Tuy vậy, đèn carbide đã từng được dùng rộng rãi tại các mỏ thiếc, đồng và mỏ đá, ngày nay, chúng được thay thế bằng đèn dùng điện. Đèn carbide vẫn được sử dụng bởi một số nhà thám hiểm hang động và một số khu vực dưới lòng đất khác. Có một thời, chúng cũng được dùng làm đèn chiếu sáng trước ô tô trước khi đèn điện thay thế chúng hoàn toàn.
– Đất đèn được dùng để thúc trái cây chín nhanh bởi khí acetylen là chất làm trái cây chín (tương tự khí ethylen).
– Nó còn được sử dụng tạo tiếng nổ lớn cho các phát bắn tượng trưng của súng thần công.
– Cùng với calci phosphide, calci carbide có trong pháo hiệu hàng hải nổi, tự cháy.
2.2. Tìm hiểu về C2H2 (axetilen):
Axetilen là gì ?
Axetilen là một hợp chất hóa học nằm trong dãy đồng đẳng Ankadien với công thức hóa học là C2H2. Nó là một hidrocacbon và là ankin đơn giản nhất.
Trong thực tế, nó không tồn tại ở dạng tinh khiết mà tồn tại ở dạng dung dịch.
Công thức cấu tạo của axetilen: H – C ≡ C – H (viết gọn HC ≡ CH).
Tính chất vật lí của Axetilen:
– Axetilen là chất khí không màu, không mùi, dễ bắt cháy và tan kém trong nước.
– Tỉ trọng của axetilen với không khí là D= 26/29 và nó nhẹ hơn không khí.
Tính chất hóa học của Axetilen:
– Phản ứng cháy (tác dụng với oxi)
Cũng giống như các hidrocacbon khác như metan, etilen,… axetilen cháy trong oxi tạo ra cacbonic và hơi nước.
2 C2H2 + 5 O2 (t°) → 4 CO2 + 2 H2O
– Phản ứng cộng của axetilen
Axetilen tham gia phản ứng cộng với halogen, hidro halogenua (HCl, HBr,…), AgNO3 trong môi trường amoniac…
– Phản ứng cộng với halogen:
HC≡CH + Br–Br → Br–CH=CH–Br
Br–CH=CH–Br + Br–Br → Br2CH–CHBr2
– Phản ứng cộng với hidro halogen:
HC≡CH + HBr → CH2=CHBr
– Phản ứng cộng với bạc nitrat trong môi trường NH3
HC≡CH + AgNO3 + NH3 + H2O → Ag–C≡C–Ag ↓ màu vàng + NH4NO3
– Phản ứng trùng hợp
Các phân tử C2H2 có thể kết hợp với nhau trong phản ứng trùng hợp và tạo thành polime.
nHC≡CH (t°, xt, p) → (–HC=CH–)n
– Phản ứng hidrat hóa
Axetilen tham gia phản ứng hidrat hóa có xúc tác axit sulfuric để tạo thành sản phẩm cuối cùng là axit axetic theo sơ đồ sau:
HC≡CH + H2O(H2SO4) → H–CH=CH–H → CH3COOH
– Phản ứng cộng
HC≡CH + Br2 → Br-CH=CH—Br (đibrometilen)
HC≡CH + 2 Br2 → Br2CH-CHBr2 (tetrabrometan)
Ứng dụng của Axetilen:
– Ứng dụng trong việc hàn xì. Axetilen là thành phần trong đèn oxi-axetilen thường được sử dụng để hàn và cắt kim loại. Chúng ta có thể thấy hoạt động này thường xuyên nhưng không phải ai cũng biết là trong đèn đỏ có chứa chất khí này. Hoạt động này sẽ giúp cho việc xây dựng, lắp ráp và uốn cắt kim loại dễ dàng hơn rất nhiều.
– Ứng dụng tiếp theo của C2H2 đó là dùng làm nguyên liệu chế tạo các loại chất hóa học.
– Axetilen được sử dụng phổ biến nhất là để sản xuất ra hợp chất poly hay còn gọi là sản xuất nhựa PVC cực kỳ phổ biến hiện nay.
3. Bài tập vận dụng:
Câu 1: Phản ứng nào trong các phản ứng sau không tạo ra axetilen?
A. Ag2C2 + HCl →
B. CH4 →
C. Al4C3 + H2O→
D. CaC2 + H2O→
Xem đáp án
Đáp án C
Câu 2: Axetilen tham gia phản ứng cộng H2O (xúc tác HgSO4, thu được sản phẩm hữu cơ là:
A. C2H4(OH)2
B. CH3CHO
C. CH3COOH
D. C2H5OH
Xem đáp án
Đáp án B
Câu 3. Trùng hợp eten, sản phẩm thu được có cấu tạo là:
A. (-CH2=CH2-)n
B. (-CH2-CH2-)n
C. (-CH=CH-)n.
D. (-CH3-CH3-)n
Xem đáp án
Đáp án B: Trùng hợp etilen CH2=CH2 thu được poli etilen (-CH2-CH2-)n
Câu 4. Oxi hóa etilen bằng dung dịch KMnO4 thu được sản phẩm là:
A. MnO2, C2H4(OH)2, KOH.
B. C2H5OH, MnO2, KOH.
C. C2H4(OH)2, K2CO3, MnO2.
D. K2CO3, H2O, MnO2.
Xem đáp án
Đáp án A
Phương trình hóa học:
3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3CH2OH-CH2OH + 2MnO2 + 2KOH.
Câu 5: Khí axetilen không có tính chất hóa học nào sau đây?
A. Phản ứng cộng với dung dịch brom.
B. Phản ứng cháy với oxi.
C. Phản ứng cộng với hiđro.
D. Phản ứng thế với clo ngoài ánh sáng.
Xem đáp án
Đáp án D
Khí axetilen không có phản ứng thế với clo ngoài ánh sáng.
Câu 6: Phương pháp hiện đại để điều chế axetilen hiện nay là
A. nhiệt phân etilen ở nhiệt độ cao.
B. nhiệt phân benzen ở nhiệt độ cao.
C. nhiệt phân canxi cacbua ở nhiệt độ cao.
D. nhiệt phân metan ở nhiệt độ cao.
Xem đáp án
Đáp án D
Câu 7: Cho một loại đất đèn chứa 80%CaC2 nguyên chất vào một lượng nước dư, thu được 4,48 lít khí (đktc). Khối lượng đất đèn đem dùng là:
A. 12,8 gam
B. 10,24 gam
C. 16 gam
D. 17,6 gam
Xem đáp án
Đáp án C
Số mol của etilen là: nC2H2 = 4,48 / 22,4 = 0,2 (mol)
Phương trình phản ứng
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2
0,2 0,2
mCaC2 = 0,2 . 64 = 12,8 (gam)
mđất đèn = 12,8 / 80 .100 = 16 (gam)
Câu 8. Cho 3,36 lít hỗn hợp etan và etilen (đktc) đi chậm qua qua dung dịch brom dư. Sau phản ứng khối lượng bình brom tăng thêm 2,8 gam. Số mol etan và etilen trong hỗn hợp lần lượt là:
A. 0,05 và 0,1.
B. 0,12 và 0,03.
C. 0,1 và 0,05.
D. 0,03 và 0,12.
Xem đáp án
Đáp án A
Khối lượng bình brom tăng = khối lượng etilen phản ứng
=> metilen = 2,8 gam => netilen = 2.8/28 = 0,1 mol
=> netan = 0,15 – 0,1 = 0,05 mol
Câu 9. Etilen có các tính chất hóa học sau:
A. Tham gia phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp, phản ứng với thuốc tí và phản ứng cháy.
B. Chỉ tham gia phản ứng thế và phản ứng với dung dịch thuốc tím.
C. Chỉ tham gia phản ứng cháy.
D. Chỉ tham gia phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp, không tham gia phản ứng cháy.
Xem đáp án
Đáp án A
Câu 10. Đốt cháy V lít etilen thu được 3,6 g hơi nước. Biết rằng oxi chiếm 20% thể tích không khí. Vậy thể tích không khí ở đktc cần dùng là:
A. 336 lít
B. 3,36 lít.
C. 33,6 lít
D. 0,336 lít.
Xem đáp án
Đáp án C
Số mol nước là: nH2O = 3,6/18 = 0,2 mol
Phương trình phản ứng hóa học
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O
0,3 mol ← 0,2 mol
=> VO2 = 0,3.22,4 = 6,72 lít
Vì O2 chiếm 20% thể tích không khí => Vkhông khí = VO2/20% = 33,6 lít
Câu 11. Dẫn m gam hỗn hợp gồm metan và etilen đi qua dung dịch nước brom thì thấy lượng brom tham gia phản ứng là 8 gam. Khí bay ra được đốt cháy hoàn toàn và dẫn sản phẩm cháy đi qua dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được 29,55 gam kết tủa. Giá trị của m là:
A. 4 gam
B. 5 gam
C. 3,8 gam
D. 2,2 gam
Xem đáp án
Đáp án D
nCO2 = nBaCO3 = 29,55/197 = 0,15 (mol)
Phương trình hóa học
C2H4 + Br2 → C2H4Br2
0,05 → 0,05
nBr2 = 8/160 = 0,05 (mol)
⇒ nCH4+ 2nC2H4 = nCO2
⇔ nCH4 + 0,05.2 = 0,15 (mol) => nCH4 = 0,05 (mol)
mkhi = mCH4 + mC2H4⇔ mkhi= 0,05.16 + 0,05.28 = 2,2 (g)
Câu 12. Cho chất axetilen (C2H2) và benzen (C6H6), hãy chọn nhận xét đúng trong các nhận xét sau:
A. Hai chất đó giống nhau về công thức phân tử và khác nhau về công thức đơn giản nhất
B. Hai chất đó khác nhau về công thức phân tử và giống nhau về công thức đơn giản nhất.
C. Hai chất đó khác nhau về công thức phân tử và khác nhau về công thức đơn giản nhất.
D. Hai chất đó có cùng công thức phân tử và cùng công thức đơn giản nhất
Xem đáp án
Đáp án B
Công thức đơn giản nhất của axetilen: CH
Công thức đơn giản nhất của benzen: CH
=> 2 chất khác nhau về công thức phân tử và giống nhau về công thức đơn giản nhất
