Phương trình phản ứng hóa học: C3H8 → CH4 + C2H4

1. Thành phần các chất trong phản ứng:

1.1. Propan là gì:

C3H8 là công thức hóa học của Propan hoặc gas propan. Đây là một hợp chất hydrocacbon no, mạch hở, có khối lượng Mol: 44g/mol.

Ở điều kiện nhiệt độ, áp suất chuẩn, Propan tồn tại ở dạng khí. Hơn nữa, nó có thể nén thành dạng Propan lỏng để dễ dàng vận chuyển và lưu trữ.

Propan là sản phẩm phụ được sinh ra từ quá trình xử lý khí tự nhiên và quá trình lọc dầu. Do đó chúng thường được dùng làm nhiên liệu cho các ứng dụng nhiệt.

C3H8 được lưu giữ và bảo quản ở mức áp suất tương tự chất lỏng trong các bình khí propan. Vì vậy mà chứng dễ trở lại dạng hơi khi bạn giải phóng mức áp suất trong bình khí.

Phương trình để tạo ra chất C3H8 (Propan):

2H₂ + C₃H₄ → C₃H₈

H₂ + C₃H₆ → C₃H₈

CH₃Cl + 2Na + C₂H₅Cl → 2NaCl + C₃H₈

1.2. Metan là gì:

– Trong tự nhiên, metan có nhiều trong các mỏ khí (khí thiên nhiên), trong mỏ dầu (khí mỏ dầu), trong các mỏ than (khí mỏ than).

– Metan có công thức phân tử là CH₄ và phân tử khối bằng 16 đvC.

– Metan là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí. Tỉ khối của metan với không khí là d_CH4/kk = 16/29. Metan rất ít tan trong nước. Nó hóa lỏng ở −162 °C, hóa rắn ở −183 °C, và rất dễ bắt cháy.

– Metan là nguyên liệu quan trong trong đời sống và sản xuất vì khi cháy nó tạo ra nhiệt lượng lớn. Là nguyên liệu để điều chế H_2:  CH₄ + H₂O (t°, xt) → CO₂ + H₂

– Metan là nguyên liệu để điều chế bột than và nhiều chất khác như metanol, axit axetic, anhydrit axetic…

Phương trình để tạo ra CH₄ (metan):

C + 2H₂ → CH₄

2NaOH + CH₂(COONa)₂ → CH₄ + 2Na₂CO₃

Xúc tác: CaO Điều kiện khác: nhiệt độ cao

CH₃COONa + NaOH → CH₄ + Na₂CO₃

Nhiệt độ: nhiệt độ Xúc tác: CaO

1.3. Etilen là gì:

– Etilen có công thức phân tử: C₂H₄ và có phân tử khối: 28 đvC

– Etilen là chất khí, không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí và ít tan trong nước.

–  Tương tự như metan, khi đốt khí etilen cháy tạo thành khí CO₂, hơi nước và tỏa nhiều nhiệt.

– Etilen dùng để điều chế axit axetic, rượu etylic, poli (vinyl clorua), …

– Etilen dùng kích thích quả mau chín.

Phương trình để tạo ra C₂H₄ (etilen):

C₂H₆ → C₂H₄ + H₂

Nhiệt độ: 500°C Xúc tác: xúc tác

C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O

Nhiệt độ: 170°C Xúc tác: H2SO4

C₂H₅Cl → C₂H₄ + HCl

Dung môi: dd NaOH / C2H5OH

2. Điều kiện xảy ra phản ứng:

– Nhiệt độ cao.

– Xúc tác: Ni, Fe, Cr₂O₃, Pt…

Dưới tác dụng của nhiệt cao và có xúc tác thích hợp C₃H₈ có thể bị phân hủy thành CH₄ và C₂H₄

– Nhận biết: Dẫn hỗn hợp sản phẩm thu được qua bình đựng dung dịch Brom thấy dung dịch Brom bị nhạt màu.

3. Phản ứng Cracking:

– Phản ứng trên được gọi là phản ứng cracking, ngoài CH₄ và C₂H₄ sản phẩm sinh ra có thể có cả H₂ và C₃H₆.

– Trong điều kiện có nhiệt độ, áp suất cao và xúc tác thì ankan có thể bị bẻ gãy mạch C tạo thành các ankan và anken nhỏ hơn được gọi là phản ứng cracking

– Dù phản ứng xảy ra theo hướng nào thì phản ứng không làm thay đổi khối lượng hỗn hợp: m_{trước phản ứng} = m_{sau phản ứng}.

– Phản ứng luôn làm tăng số mol khí: n_sau > n_trước

– Một số phản ứng cracking thường gặp

Phản ứng cracking butan C₄H₁₀

Khi thực hiện phản ứng cracking butan thì sẽ thu được hỗn hợp gồm các ankan và anken như: C₄H₈, H₂, CH₄, C₃H₆, C₂H₆, C₂H₄,…

Phương trình phản ứng:

C₄H₁₀ → C₄H₈+ H₂

C₄H₁₀→ CH₄ + C₃H₆

C₄H₁₀ → C₂H₆+ C₂H₄

C₄H₁₀ → C₃H₈ + CH₂

– Phương pháp giải bài tập Cracking Ankan:

Dưới tác dụng của nhiệt độ, xúc tác, ankan có thể phản ứng theo nhiều hướng:

Phản ứng crackinh: ANKAN −^{tº, xt}→ ANKAN KHÁC + ANKEN (làm mất màu dd brom)

Phản ứng đề hydro hóa: ANKAN −^{tº, xt}→ ANKEN + H₂

Ví dụ:

C₃H₈ −^{tº, xt}→ CH₄ + C₂H₄ (CH₂=CH₂)

C₃H₈ −^{tº, xt}→ C₃H₆ (CH₂=CH–CH₃) + H₂

Đặc biệt, trong điều kiện thích hợp phản ứng còn có thể:

+ Tạo ra ankin: Ví dụ: 2CH₄ −^{1500ºC, lln}→ CH≡CH + 3H₂

+ Tạo ra cabon và hydro: Ví dụ: CH₄ −^{tº, xt}→ C (rắn) + 2H₂

– Phản ứng không làm thay đổi khối lượng hỗn hợp:

m_{trước phản ứng} = m_{sau phản ứng} ⇒ M_đ/M_s = n_s/n_đ

hàm lượng C và H trước và sau phản ứng là như nhau ⇒ đốt cháy hỗn hợp sau phản ứng được qui về đốt cháy hỗn hợp trước phản ứng.

– Phản ứng luôn làm tăng số mol khí: n_sau > n_trước ⇒ P_sau > P_đầu ⇒ M_tb sau < M_tb đầu (vì m_đầu = m_sau)

Ví dụ: C₃H₈ −^{tº, xt}→ CH₄ + C₂H₄ ⇒ nsau = 2. Nđầu

– Số mol anken sinh ra : n_anken = n_s – n_đ; Hiệu suất phản ứng: H = (n_s– n_đ)/n_đ .100%

4. Bài tập liên quan và lời hướng dẫn:

1. Cracking C₃H₈ thu được hỗn hợp X gồm H₂, C₂H₄, CH₄, C₃H₆, C₃H₈ có dX/He = 10. Hiệu suất phản ứng là:

 A. 10%

 B. 80%.

 C. 70%.

 D. 60%

Hướng dẫn.

Cracking C3H8:

  C3H8  CH4 + C2H4

x           x    x    mol

  C3H8  H₂ + C₃H₆

   y           y    y    mol

Ta thấy trong X còn lại 1 phần C₃H₈ chưa bị cracking hết.

M_X = M_He.10 = 4.10 = 40 g/mol

Giả sử có 1 mol C₃H₈.

Bảo toàn khối lượng có: m_trước = m_sau hay 1.44 = nx.40 → nx = 1,1 mol

Theo các PTHH có n_C3H8pư = n_sau – n_trước = 1,1 – 1 = 0,1 mol

Vậy 

Đáp án: A

2. CH₄, C₂H₄, C₃H₆ và một phần propan chưa bị craking. Biết hiệu suất phản ứng là 90%. Khối lượng phân tử trung bình của A là:

 A. 39,6

 B. 23,16

 C. 2,315

 D. 3,96

Hướng dẫn.

Cracking C₃H₈:

  C₃H₈ → CH₄ + C₂H₄

  C₃H₈ → H₂ + C₃H₆

Có thể nhận thấy cứ mất 1 mol C₃H₈ sẽ tạo thành 2 mol sản phẩm. Mà n_C3H8 = 0.2 mol

Hiệu suất H = 90%

⇒ số mol sp tạo thành là: 0,2.90%.2 = 0.36 mol;

3. CH₄, C₂H₄, C₂H₆ và một phần propan chưa bị craking. Đốt cháy hoàn toàn A thu được 9 gam H₂O và 17,6 gam CO₂. Giá trị của m là:

 A. 4,4g

 B. 6,6g

 C. 8,8g

 D. 11g

Hướng dẫn

Sản phẩm sinh ra khi đốt cháy A tương tự như đốt cháy propan

n_propan = n_H2O – n_CO2 = 9/18 – 17,6/44 = 0,1 mol

⇒ m_propan = m = 0,1.44 = 4,4 gam

Đáp án A.

4. Công thức tổng quát của ankan là

A. C_nH_n+2

B. C_nH_2n+2

C. C_nH_2n

D. C_nH_2n-2

_{Đáp án B}

5. Số đồng phân cấu tạo ứng với công thức phân tử C₅H₁₂là

A. 6

B. 4

C. 5

D. 3

Hướng dẫn:

Các đồng phân ankan có CTPT C₅H₁₂ là:

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₃

C(CH₃)₄

Vậy có tất cả 3 đồng phân.

_{Đáp án D}

6. Số đồng phân cấu tạo ứng với công thức phân tử C₆H₁₄ là

A. 3

B. 4

C. 5

D. 6.

Hướng dẫn:

Viết các đồng phân cấu tạo của C₆H₁₄

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₂-CH₃

CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₃

(CH₃)₂-CH-CH(CH₃)₂

(CH₃)₃-C-CH₂-CH₃

Vậy C₆H₁₄ có 5 đồng phân cấu tạo.

Đáp án: C

7. Hợp chất (CH₃)₂CHCH₂CH₂CH₃ có tên gọi là

A. neopentan

B. 2- metylpentan

C. ísopentan

D. 1,1- đimetylbutan.

Đáp án: B

8. Ankan (CH₃)₂CHCH₂C(CH₃)₃ có tên gọi là

A. 2,2,4-trimetylpentan

B. 2,2,4,4-tetrametybutan

C. 2,4,4-trimetylpentan

D. 2,4,4,4-tetrametylbutan

Đáp án: A

9. Ankan X có công thức phân tử C₅H₁₂. Clo hóa X, thu được 4 sản phẩm dẫn xuất monoclo. Tên gọi của X là

A. 2,2-đimetylpropan

B. 2- metylbutan

C. pentan

D. 2- đimetylpropan

Đáp án: B

10. Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau (viết rõ điều kiện của phản ứng)

C3H8 -> CH4 -> C2H2 -> C2H4 -> C2H6 -> C2H5Cl

Đáp án:

(1) C3H8 -> C2H4 + CH4

(2) 2CH4 -> C2H2 + 2H2

(3) C2H2 + H2 -> C2H4

(4) C2H4 + H2 -> C2H6

(5) C2H6 + Cl2 -> HCl + C2H5Cl