Phản ứng giữa axetilen (C2H2) và brom (Br2) là một phản ứng cộng quan trọng trong hóa học hữu cơ. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin chi tiết về phản ứng này, bao gồm phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, hiện tượng quan sát được và các bài tập vận dụng.
Phương trình phản ứng axetilen tác dụng với brom
Axetilen có khả năng phản ứng với brom theo hai giai đoạn, tùy thuộc vào lượng brom sử dụng.
-
Giai đoạn 1: Axetilen phản ứng với một phân tử brom tạo thành dibromoetilen.
HC≡CH + Br2 → CHBr=CHBr -
Giai đoạn 2: Nếu brom dư, dibromoetilen tiếp tục phản ứng với brom tạo thành tetrabromoetan.
CHBr=CHBr + Br2 → CHBr2-CHBr2 -
Phương trình tổng quát (khi brom dư):
C2H2 + 2Br2 → C2H2Br4
Điều kiện phản ứng
Phản ứng giữa axetilen và brom diễn ra dễ dàng ở điều kiện thường. Không cần điều kiện đặc biệt như nhiệt độ cao hay chất xúc tác.
Hiện tượng phản ứng
Hiện tượng dễ nhận thấy của phản ứng này là sự mất màu của dung dịch brom. Ban đầu, dung dịch brom có màu vàng nâu, nhưng khi axetilen được dẫn vào, màu của dung dịch brom sẽ nhạt dần và cuối cùng trở nên trong suốt nếu axetilen phản ứng hết.
Cách tiến hành phản ứng
Để thực hiện phản ứng, có thể dẫn khí axetilen vào ống nghiệm chứa dung dịch brom. Quan sát sự thay đổi màu sắc của dung dịch.
Ứng dụng và tính chất hóa học của axetilen
Phản ứng cộng brom là một trong những phản ứng đặc trưng của axetilen và các ankin nói chung, do sự hiện diện của liên kết ba (một liên kết sigma và hai liên kết pi). Các liên kết pi này dễ bị phá vỡ, tạo điều kiện cho phản ứng cộng xảy ra.
Các phản ứng cộng khác của axetilen
-
Cộng hidro (H2): Axetilen có thể cộng hidro để tạo thành etilen (C2H4) hoặc etan (C2H6), tùy thuộc vào xúc tác và điều kiện phản ứng.
-
Với xúc tác Ni, Pt hoặc Pd, phản ứng xảy ra theo hai giai đoạn:
CH≡CH + H2 → CH2=CH2 CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3 -
Với xúc tác Pd/PbCO3 hoặc Pd/BaSO4, phản ứng dừng lại ở giai đoạn tạo etilen:
CH≡CH + H2 → CH2=CH2
-
-
Cộng halogen (Cl2, Br2): Tương tự như phản ứng với brom, axetilen có thể cộng clo để tạo thành các dẫn xuất clo.
-
Cộng axit HX (HCl, HBr): Axetilen cộng axit HX theo quy tắc Markovnikov.
CH≡CH + HCl → CH2=CHCl CH2=CHCl + HCl → CH3-CHCl2 -
Cộng nước (H2O): Axetilen cộng nước tạo thành axetaldehyt (CH3CHO) khi có xúc tác HgSO4 và H2SO4.
CH≡CH + H2O → CH3-CH=O
Phản ứng đime hóa và trime hóa
-
Đime hóa:
2CH≡CH → CH≡C-CH=CH2 (vinylaxetilen) -
Trime hóa:
3CH≡CH → C6H6 (benzen)
Phản ứng thế với ion kim loại
Axetilen có thể phản ứng với dung dịch AgNO3 trong NH3 tạo kết tủa màu vàng nhạt của bạc axetilua (AgC≡CAg).
CH≡CH + 2AgNO3 + 2NH3 → AgC≡CAg↓ + 2NH4NO3Phản ứng oxi hóa
-
Oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy): Axetilen cháy tỏa nhiều nhiệt.
2CnH2n-2 + (3n-1)O2 → 2nCO2 + 2(n-1)H2O -
Oxi hóa không hoàn toàn: Axetilen có khả năng làm mất màu dung dịch thuốc tím (KMnO4).
Bài tập vận dụng
Câu 1: Dẫn 2,24 lít axetilen (đktc) vào dung dịch chứa 16 gam brom. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng sản phẩm thu được là bao nhiêu?
Giải:
- Số mol axetilen: n(C2H2) = 2,24/22,4 = 0,1 mol
- Số mol brom: n(Br2) = 16/160 = 0,1 mol
- Vì n(C2H2) : n(Br2) = 1:1, phản ứng chỉ xảy ra ở giai đoạn 1.
- Phương trình phản ứng: C2H2 + Br2 → C2H2Br2
- Số mol sản phẩm C2H2Br2: n(C2H2Br2) = 0,1 mol
- Khối lượng sản phẩm: m(C2H2Br2) = 0,1 * 186 = 18,6 gam
Câu 2: Cho 4,48 lít hỗn hợp khí gồm CH4 và C2H2 qua dung dịch Br2 dư thấy dung dịch nhạt màu và có 2,24 lít khí thoát ra (đktc). Tính thành phần phần trăm theo thể tích của C2H2 trong hỗn hợp.
Giải:
- Số mol hỗn hợp: n(hh) = 4,48/22,4 = 0,2 mol
- Số mol CH4 (không phản ứng): n(CH4) = 2,24/22,4 = 0,1 mol
- Số mol C2H2: n(C2H2) = 0,2 – 0,1 = 0,1 mol
- %V(C2H2) = (0,1/0,2) * 100% = 50%
Câu 3: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol ankin X thu được 3,6 gam H2O. Nếu hidro hóa hoàn toàn 0,1 mol ankin đó rồi đốt cháy thì khối lượng nước thu được là bao nhiêu?
Giải:
- n(H2O) = 3,6/18 = 0,2 mol
- Gọi công thức của ankin là CnH2n-2
- n(CO2) – n(H2O) = n(ankin) => n(CO2) = 0,1 + 0,2 = 0,3 mol
- n = n(CO2)/n(ankin) = 0,3/0,1 = 3
- Vậy ankin là C3H4
- C3H4 + 2H2 -> C3H8
- Đốt cháy C3H8: C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O
- n(H2O) = 4n(C3H8) = 40,1 = 0,4 mol
- m(H2O) = 0,4 * 18 = 7,2 gam
Phản ứng giữa axetilen và brom là một ví dụ điển hình về phản ứng cộng, minh họa tính chất hóa học đặc trưng của các hợp chất không no. Nắm vững kiến thức về phản ứng này sẽ giúp ích cho việc học tập và nghiên cứu hóa học hữu cơ.
