Phản ứng biến đổi từ C3H8 (propane) thành C3H6 (propylene) là một phản ứng quan trọng trong công nghiệp hóa chất. Dưới đây là phân tích chi tiết về phản ứng này, cùng với các ứng dụng và bài tập liên quan.
Phản Ứng Propane Ra Propylene
Phương trình phản ứng
Phương trình hóa học biểu diễn quá trình chuyển đổi từ propane sang propylene như sau:
CH3 – CH2 – CH3 → t°, xt CH2 = CH – CH3 + H2
Điều kiện phản ứng
Phản ứng này cần được thực hiện ở nhiệt độ cao và có xúc tác (ví dụ: Ni, Fe, Cr2O3) để đạt hiệu suất tốt.
Hiện tượng
Sản phẩm propylene (C3H6) tạo thành có khả năng làm mất màu dung dịch brom, do có liên kết đôi trong phân tử.
Cách tiến hành
Khí propane (C3H8) được đun nóng đến nhiệt độ cao (thường là 500-600°C) trong sự hiện diện của xúc tác.
Mở Rộng Về Tính Chất Hóa Học Của Alkane (Propane)
Alkane như propane thường khá trơ ở nhiệt độ thường, không phản ứng với axit, kiềm hoặc các chất oxy hóa mạnh như KMnO4. Tuy nhiên, ở điều kiện thích hợp, chúng có thể tham gia các phản ứng quan trọng sau:
Phản ứng thế halogen
Alkane có thể phản ứng với halogen (như clo) khi có ánh sáng hoặc nhiệt độ cao, tạo ra các dẫn xuất halogen.
Ví dụ, với methane:
CH4 + Cl2 → as CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2 → as CH2Cl2 + HCl
CH2Cl2 + Cl2 → as CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cl2 → as CCl4 + HCl
Phản ứng tách (cracking)
Đây là phản ứng quan trọng để điều chế các alkene (như propylene). Propane có thể bị tách thành các hydrocarbon nhỏ hơn:
CH3 – CH2 – CH3 → to, xt C2H6 + CH4
CH3 – CH2 – CH3 → to, xt C3H6 + H2
Phản ứng oxy hóa (đốt cháy)
Alkane cháy trong oxy tạo ra nhiệt, CO2 và H2O:
CnH2n + 2 + (3n+1)/2 O2 → to nCO2 + (n + 1)H2O
Bài Tập Vận Dụng
Câu 1: Đề hiđro hóa hỗn hợp A gồm C2H6, C3H8, C4H10 thu được hỗn hợp B có dA/B = 1,75. Tính % alkane bị đề hiđro hóa.
A. 50%. B. 75%. C. 25%. D. 90%.
Hướng dẫn giải:
Chọn đáp án B.
Giả sử nA = 1 mol.
=> MB/MA = nA/nB = 1/1.75 => nB = 1.75 mol
Số mol alkane phản ứng = nB – nA = 1.75 – 1 = 0.75 mol.
Hiệu suất = (0.75/1)*100% = 75%.
Câu 2: Phản ứng cracking butan ở 500°C, xúc tác thích hợp tạo ra sản phẩm nào?
A. CH3CH=CHCH3 và H2 B. CH3CH=CH2 và CH4 C. CH2=CH-CH=CH2 và H2 D. A, B, C đều đúng.
Hướng dẫn giải:
Chọn đáp án D.
Butan (CH3-CH2-CH2-CH3) có thể bị cracking tạo ra các alkene và alkane nhỏ hơn, hoặc tách hydro tạo diene.
Câu 3: Tách hydro từ alkane X được hỗn hợp Y có tỉ khối so với hydro là 13,75. Đốt cháy Y thu được 2,64 gam CO2 và 1,44 gam H2O. Tìm công thức của X và hiệu suất phản ứng dehydro hóa.
A. C2H6; 80% B. C3H8; 80% C. C3H8; 60% D. C2H6; 60%
Hướng dẫn giải:
Chọn đáp án C.
Đốt Y tương đương đốt X.
nCO2 = 0,06 mol; nH2O = 0,08 mol.
nX = nH2O – nCO2 = 0,02 mol.
Số C = 0,06/0,02 = 3; Số H = 8 => X là C3H8.
mX = mY = 0,02 44 = 0,88 gam => nY = 0,88/27,5 = 0,032 mol.
n phản ứng = 0,032 – 0,02 = 0,012 mol.
Hiệu suất = (0,012/0,02)100% = 60%.
Câu 4: Alkane X có công thức C6H14. Clo hóa X, thu được 4 sản phẩm dẫn xuất monochloro. Tên của X là:
A. 2,2-dimethylbutan B. 3-methylpentan C. hexan D. 2,3-dimethylbutan
Hướng dẫn giải:
Chọn đáp án B.
Chất 3-methylpentan tạo ra 4 sản phẩm monochloro khi thế H bằng Cl.
Câu 5: Sản phẩm clo hóa (1:1, ánh sáng) vào 2,2-dimethylpropan là:
(1) CH3C(CH3)2CH2Cl;
(2) CH3C(CH2Cl)2CH3 ;
(3) CH3ClC(CH3)3
A. (1); (2). B. (2); (3). C. (2). D. (1)
Hướng dẫn giải:
Chọn đáp án D.
2,2-dimethylpropan chỉ cho 1 sản phẩm thế monochloro duy nhất.
Câu 6: Clo hóa alkane X theo tỉ lệ mol 1:1 tạo sản phẩm dẫn xuất monochloro có % khối lượng clo là 45,223%. Tìm công thức của X.
A. C4H10 B. C3H8 C. C3H6 D. C2H6.
Hướng dẫn giải:
Chọn đáp án B.
CTPT của dẫn xuất monochloro là CnH2n+1Cl.
%Cl = 35,5/(14n+36,5) = 0,45223
=> n=3 => X là C3H8.
Câu 7: Đốt cháy hoàn toàn khí thiên nhiên gồm methane, ethane, propane bằng oxy không khí (20% thể tích), thu được 7,84 lít CO2 (đktc) và 9,9 gam nước. Tính thể tích không khí tối thiểu.
A. 70,0 lít B. 78,4 lít C. 84,0 lít D. 56,0 lít.
Hướng dẫn giải:
Chọn đáp án A.
nCO2 = 0,35 mol; nH2O = 0,55 mol.
Bảo toàn O: 2nO2 = 2nCO2 + nH2O
=> nO2 = 0,625 mol
VO2 = 14 lít => Vkk = 5*14 = 70 lít.
Câu 8: Brom hóa alkane chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất có tỉ khối hơi so với hydro là 75,5. Tên của alkane là:
A. 3,3-dimethylhexan B. 2,2-dimethylpropan C. isopentane D. 2,2,3-trimethylpentan.
Hướng dẫn giải:
Chọn đáp án B.
M(CnH2n+1Br) = 75,5*2 = 151
=> 14n + 81 = 151 => n = 5
CTPT là C5H12. Chỉ 2,2-dimethylpropan cho 1 sản phẩm monobrom duy nhất.
Câu 9: Hỗn hợp A gồm ethane và propane. Đốt cháy A thu được CO2 và H2O tỉ lệ 11:15 về thể tích. Tính % khối lượng mỗi chất.
A. 18,5% và 81,5% B. 45% và 55% C. 28,1% và 71,9% D. 25% và 75%
Hướng dẫn giải:
Chọn đáp án A.
Đặt nC2H6 = a ; nC3H8 = b.
(2a + 3b) / (3a + 4b) = 11/15 => b = 3a
Giả sử nC2H6 = 1 mol => nC3H8 = 3 mol
mA = 130 + 344 = 162 gam
%mC2H6 = (30/162)100 = 18,5%
%mC3H8 = (132/162)100 = 81,5%
Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X gồm hai hydrocarbon kế tiếp trong dãy đồng đẳng, thu được 2,24 lít CO2 (đktc) và 3,24 gam H2O. Hai hydrocarbon trong X là:
A. C2H6 và C3H8 B. CH4 và C2H6 C. C2H2 và C3H4 D. C2H4 và C3H6
Hướng dẫn giải:
Chọn đáp án B.
nCO2 = 0,1 mol; nH2O = 0,18 mol.
nH2O > nCO2 => X là alkane.
nX = nH2O – nCO2 = 0,08 mol
Số C trung bình = 0,1/0,08 = 1,25
Hai hydrocarbon là CH4 và C2H6.
Quá trình clo hóa propane (C3H8) tạo ra các dẫn xuất clo khác nhau, minh họa phản ứng thế halogen trong alkane.
