C2H2 + H2O Xúc Tác HgSO4: Phản Ứng Tạo Acetaldehyde Chi Tiết

Phản ứng cộng nước vào acetylene (C2H2) để tạo thành acetaldehyde (CH3CHO) là một phản ứng quan trọng trong hóa học hữu cơ. Phản ứng này cần có xúc tác là muối thủy ngân(II) sunfat (HgSO4) trong môi trường axit. Dưới đây là phân tích chi tiết về phản ứng C2h2 + H2o Xúc Tác Hgso4.

Phương Trình Phản Ứng C2H2 + H2O

Phương trình hóa học của phản ứng như sau:

CH ≡ CH + H2O → HgSO4, H2SO4 CH3 – CH = O

Điều Kiện Phản Ứng

• Xúc tác: HgSO4 (thủy ngân(II) sunfat) và H2SO4 (axit sulfuric).
• Nhiệt độ: Phản ứng thường được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phòng để tăng tốc độ phản ứng.

Cơ Chế Phản Ứng

Phản ứng cộng nước vào acetylene xảy ra theo cơ chế Markovnikov, trong đó nguyên tử hydro của nước sẽ cộng vào carbon có nhiều hydro hơn, tạo thành sản phẩm chính là acetaldehyde.

1. Hoạt hóa Acetylene: HgSO4 hoạt hóa liên kết ba của acetylene, làm cho nó dễ bị tấn công bởi nước hơn.
2. Tấn công của nước: Phân tử nước tấn công vào carbon của acetylene đã được hoạt hóa.
3. Tạo thành Enol: Sản phẩm trung gian là một enol (một alcohol có nhóm -OH gắn trực tiếp vào một carbon mang nối đôi).
4. Tautomer hóa: Enol không bền và nhanh chóng tautomer hóa thành acetaldehyde.

Ứng Dụng Của Phản Ứng

Phản ứng c2h2 + h2o xúc tác hgso4 có nhiều ứng dụng quan trọng:

• Sản xuất Acetaldehyde: Đây là phương pháp chính để sản xuất acetaldehyde trong công nghiệp trước đây. Acetaldehyde là một hóa chất trung gian quan trọng được sử dụng để sản xuất nhiều hợp chất khác như acetic acid, ethyl acetate, và nhiều loại polymer.

Tính Chất Hóa Học Của Alkyne

Để hiểu rõ hơn về phản ứng c2h2 + h2o xúc tác hgso4, ta cần xem xét tính chất hóa học của alkyne nói chung.

Phản Ứng Cộng

• Cộng Hydro (H2):

  • Alkyne cộng hydro tạo thành alkene (khi sử dụng xúc tác Pd/PbCO3 hoặc Pd/BaSO4) hoặc alkane (khi sử dụng xúc tác Ni, Pt, hoặc Pd).
    CH ≡ CH + H2 →Ni,to CH2 = CH2
    CH2 = CH2 + H2 →Ni,to CH3 – CH3

• Cộng Halogen (Br2, Cl2):

  • Alkyne phản ứng với halogen theo hai giai đoạn liên tiếp.
    CH ≡ CH + Br2 → CHBr = CHBr
    CHBr = CHBr + Br2 → CHBr2 – CHBr2

• Cộng HX (HCl, HBr, H2O…):

  • Alkyne phản ứng với HX theo hai giai đoạn liên tiếp và tuân theo quy tắc Markovnikov.
    CH ≡ CH + HCl →to,xt CH2 = CHCl
    CH2 = CHCl + HCl →to,xt CH3 – CHCl2
  • Phản ứng cộng H2O (hydrat hóa) của alkyne tạo thành aldehyde hoặc ketone. Đây chính là phản ứng c2h2 + h2o xúc tác hgso4 được đề cập ở trên.
    CH ≡ CH + H2O →HgSO4,H2SO4 CH3 – CH = O

Phản Ứng Trùng Hợp

• Dimer hóa:

  • Acetylene có thể dimer hóa tạo thành vinylacetylene.
    2CH ≡ CH →to,xt CH ≡ C – CH = CH2

• Trimer hóa:

  • Acetylene có thể trimer hóa tạo thành benzene.
    3CH ≡ CH →bôtC600Co C6H6

Phản Ứng Thế Bởi Ion Kim Loại

• Alkyne có thể phản ứng với dung dịch AgNO3 trong NH3 tạo kết tủa. Phản ứng này chỉ xảy ra với các alkyne có liên kết ba ở đầu mạch (ank-1-yne).

Phản ứng thế nguyên tử hidro của C2H2 bằng ion bạc

a) Trước khi sục khí C2H2.

b) Sau khi sục khí C2H2.

Bài Tập Vận Dụng

Câu 1: Cho 4,48 lít khí C2H2 (đktc) tác dụng với nước (xúc tác HgSO4, H2SO4) thu được m gam acetaldehyde. Tính m, biết hiệu suất phản ứng là 80%.

Hướng dẫn giải:

• Số mol C2H2 = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol
• Số mol C2H2 phản ứng = 0,2 * 80% = 0,16 mol
• Theo phương trình phản ứng, số mol CH3CHO = số mol C2H2 phản ứng = 0,16 mol
• Khối lượng CH3CHO = 0,16 * 44 = 7,04 gam

Câu 2: Cho sơ đồ phản ứng sau:

C2H2 + H2O (HgSO4, H2SO4) → X + H2 (Ni, to) → Y

Xác định công thức cấu tạo của X và Y.

Hướng dẫn giải:

• X là acetaldehyde (CH3CHO)
• Y là ethanol (CH3CH2OH)

Câu 3: Đốt cháy hoàn toàn 2,24 lít C2H2 (đktc). Dẫn toàn bộ sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH)2 dư. Tính khối lượng kết tủa thu được.

Hướng dẫn giải:

• Số mol C2H2 = 2,24 / 22,4 = 0,1 mol
• Phương trình cháy: C2H2 + 5/2 O2 → 2CO2 + H2O
• Số mol CO2 = 2 * số mol C2H2 = 0,2 mol
• CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
• Số mol CaCO3 = số mol CO2 = 0,2 mol
• Khối lượng CaCO3 = 0,2 * 100 = 20 gam

Kết Luận

Phản ứng c2h2 + h2o xúc tác hgso4 là một phản ứng quan trọng trong hóa học hữu cơ và công nghiệp hóa chất. Nắm vững kiến thức về phản ứng này và các tính chất hóa học liên quan đến alkyne giúp học sinh và kỹ sư hóa học có thể giải quyết các bài toán và ứng dụng thực tế một cách hiệu quả.