Phản ứng biến đổi acetylene (C2H2) thành ethane (C2H6) là một quá trình quan trọng trong hóa học hữu cơ, thuộc loại phản ứng cộng hydro. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin chi tiết về phản ứng này, điều kiện thực hiện, cơ chế và các ứng dụng liên quan.
Phản Ứng C2H2 + 2H2 → C2H6
Đây là phản ứng cộng hydro hoàn toàn, trong đó acetylene (C2H2) tác dụng với hydro (H2) để tạo thành ethane (C2H6).
Phương trình phản ứng:
CH ≡ CH + 2H2 →Ni,to CH3 – CH3
Điều Kiện Phản Ứng C2H2 ra C2H6
- Xúc tác: Niken (Ni), Palladium (Pd), hoặc Platinum (Pt). Niken là xúc tác phổ biến và kinh tế nhất.
- Nhiệt độ: Cần cung cấp nhiệt độ thích hợp để phản ứng xảy ra. Nhiệt độ thường dao động tùy thuộc vào xúc tác sử dụng.
Cách Tiến Hành Phản Ứng
Để thực hiện phản ứng, cần trộn acetylene và hydro theo tỉ lệ mol phù hợp (tốt nhất là H2 dư để đảm bảo phản ứng hoàn toàn). Hỗn hợp khí này sau đó được dẫn qua chất xúc tác Niken nung nóng.
Mở Rộng Về Phản Ứng Cộng Hydro của Alkynes
Phản ứng C2h2 Ra C2h6 là một ví dụ điển hình của phản ứng cộng hydro vào liên kết ba trong alkyne.
Cơ chế phản ứng: Phản ứng xảy ra qua hai giai đoạn:
- Cộng hydro lần 1: Acetylene cộng một phân tử hydro tạo thành ethylene (C2H4).
CH ≡ CH + H2 →Ni,to CH2 = CH2 - Cộng hydro lần 2: Ethylene tiếp tục cộng một phân tử hydro để tạo thành ethane (C2H6).
CH2 = CH2 + H2 →Ni,to CH3 – CH3
Lưu ý: Nếu sử dụng xúc tác đặc biệt như Pd/PbCO3 hoặc Pd/BaSO4 (xúc tác Lindlar), phản ứng có thể dừng lại ở giai đoạn tạo alkene (ethylene).
CH ≡ CH + H2 →Pd/PbCO3,toCH2 = CH2
Phản ứng cộng hydro của C2H2 tạo C2H4 với xúc tác đặc biệt
Ứng Dụng Của Phản Ứng C2H2 ra C2H6
- Sản xuất Ethane: Phản ứng này là một phương pháp quan trọng để sản xuất ethane, một hydrocarbon no được sử dụng làm nhiên liệu và nguyên liệu cho các quá trình hóa học khác.
- Công nghiệp hóa chất: Ethane là nguyên liệu đầu vào để sản xuất ethylene thông qua quá trình cracking hơi nước, ethylene lại là monomer quan trọng để sản xuất polyethylene (PE), một loại nhựa phổ biến.
- Nghiên cứu khoa học: Phản ứng được sử dụng trong các nghiên cứu để tìm hiểu về cơ chế phản ứng, xúc tác và các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.
Bài Tập Vận Dụng
Câu 1: Để chuyển hoàn toàn acetylene thành ethane cần bao nhiêu mol H2 cho 1 mol acetylene?
A. 1 mol
B. 2 mol
C. 3 mol
D. 0.5 mol
Đáp án: B
Giải thích: Theo phương trình phản ứng, 1 mol C2H2 cần 2 mol H2 để chuyển thành C2H6.
Câu 2: Đun nóng hỗn hợp gồm acetylene và hydro có xúc tác Ni thu được hỗn hợp Y chỉ chứa các hydrocarbon. Tỉ khối hơi của Y so với H2 là 23/7. Biết Y có khả năng làm mất màu dung dịch brom. Tính số mol H2 còn dư trong Y nếu ban đầu có 0,1 mol C2H2.
A. 0,05 mol
B. 0,1 mol
C. 0,15 mol
D. 0,2 mol
Đáp án: A