Phương trình phản ứng hóa học: C4H4 + H2 → C4H10

1. Phản ứng C4H4 tạo ra C4H10:

Trong hóa học, phản ứng C4H4 tạo thành C4H10 là một trong những phản ứng quan trọng và được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau. Để hiểu rõ hơn về phản ứng này, chúng ta cần phân tích từng yếu tố tác động đến quá trình phản ứng. Phản ứng này diễn ra theo phương trình hóa học sau:

C4H4 + 2H2 → C4H10

Cụ thể hơn, C4H4 (butadien) sẽ phản ứng với hai phân tử H2 (hidro) để tạo thành C4H10 (butan). Đây là một phản ứng chuyển hóa hidrocacbon no thành hidrocacbon không no.

2. Điều kiện để phản ứng C4H4 ra C4H10:

Để phản ứng C4H4 tạo ra C4H10 diễn ra, cần có điều kiện nhiệt độ và xúc tác. Cụ thể, nhiệt độ phù hợp cho quá trình phản ứng là khoảng 150 độ C, trong khi xúc tác thường là Niken. Niken (Ni) là một kim loại mềm, dẫn điện tốt và có tính khí hoá học ổn định. Niken thường được sử dụng làm xúc tác trong các phản ứng chuyển hóa hidrocacbon no thành hidrocacbon không no.

3. Bản chất của C4H4 cộng H2:

Khi C4H4 tác dụng với H2, phản ứng sẽ diễn ra với sự có mặt của xúc tác như Niken, Platin hoặc Paladi và nhiệt độ. Trong quá trình này, ankin sẽ cộng với hidro tạo thành anken, rồi tiếp tục cộng thêm một lượng hidro nữa để tạo thành ankan. Điều này cho thấy, bản chất của phản ứng C4H4 cộng H2 là sự chuyển đổi các liên kết đôi của butadien thành các liên kết đơn của butan.

Với những thông tin trên, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về phản ứng C4H4 tạo thành C4H10 và các yếu tố tác động đến quá trình phản ứng này.

4. Tính chất hóa học của Ankin:

Ankin là một hợp chất hữu cơ với nhiều tính chất hóa học đa dạng. Ở dạng khí, ankin có mùi hăng nồng, dễ cháy và có thể hòa tan trong nước. Ankin có công thức phân tử là C4H6 và có cấu trúc phân tử gồm hai nguyên tử cacbon liên kết bởi một liên kết ba và một liên kết đôi.

4.1. Phản ứng cộng:

Ankin có thể tham gia vào nhiều loại phản ứng cộng khác nhau, trong đó phản ứng cộng hiđrô là một trong những phản ứng phổ biến nhất. Điều này giúp ankin được sử dụng trong quá trình sản xuất hợp chất hữu cơ khác như vinylclorua, acrylonitrin và butadien.

Trong phản ứng cộng brom hoặc clo, ankin sẽ tạo ra sản phẩm là 3-brom-1-propen hoặc 3-chlor-1-propen. Ngoài ra, ankin cũng có thể tham gia phản ứng cộng với các chất HX (X là OH, Cl, Br, CH3COO, …) để tạo ra các sản phẩm khác nhau.

4.2. Phản ứng thế bằng ion kim loại:

Ankin cũng có thể tham gia vào phản ứng thế bằng ion kim loại, ví dụ như phản ứng của ank-1-in với AgNO3 và NH3 để tạo thành sản phẩm là Bạc Axetilen. Phản ứng này được sử dụng để phân biệt ank-1-in với anken và ankan.

4.3. Phản ứng oxi hoá:

Ankin có khả năng tham gia vào các phản ứng oxi hoá như phản ứng oxi hóa hoàn toàn và phản ứng oxi hoá không hoàn toàn. Trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn, ankin sẽ tạo ra CO2 và H2O. Trong phản ứng oxi hoá không hoàn toàn, ankin cũng có khả năng làm mất màu dung dịch KMnO4, tương tự như anken và ankađien.

Tóm lại, ankin là một hợp chất hữu cơ có các tính chất hóa học đa dạng và có thể tham gia vào nhiều loại phản ứng khác nhau. Việc sử dụng các điều kiện phản ứng khác nhau cũng ảnh hưởng đến chất sản phẩm tạo ra, do đó cần lưu ý trong quá trình thực hiện các phản ứng này.

5. Bài tập liên quan:

5.1. Câu hỏi trắc nghiệm:

Câu 1. Nhận xét nào sau đây không đúng với ankan?

A. Nhiệt độ nóng chảy tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối.

B. Không tan trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ.

C. Làm mất màu dung dịch thuốc tím.

D. Metan Nhẹ hơn nước

Lời giải:

Đáp án: C

Câu 2. Dãy nào sau đây chỉ gồm các chất thuộc dãy đồng đẳng của metan?

A. C2H2, C3H4, C4H6, C5H8.

B. CH4, C2H2, C3H4, C4H10.

C. CH4, C2H6, C4H10, C5H12.

D. C2H6, C3H8, C5H10, C6H12

Lời giải:

Đáp án: C

Câu 3. Cho chất axetilen (C2H2) và benzen (C6H6), hãy chọn nhận xét đúng trong các nhận xét sau:

A. Hai chất đó giống nhau về công thức phân tử và khác nhau về công thức đơn giản nhất

B. Hai chất đó khác nhau về công thức phân tử và giống nhau về công thức đơn giản nhất.

C. Hai chất đó khác nhau về công thức phân tử và khác nhau về công thức đơn giản nhất.

D. Hai chất đó có cùng công thức phân tử và cùng công thức đơn giản nhất

Lời giải:

Đáp án: B

Câu 4. Phát biểu nào sau được dùng để định nghĩa công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ?

A. Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử.

B. Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ tối giản về số nguyên tử của các nguyên

tố trong phân tử.

C. Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ phần trăm số mol của mỗi nguyên tố trong phân tử.

D.Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ số nguyên tử C và H có trong phân tử.

Lời giải:

Đáp án: B

Giải thích:

Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ tối giản về số nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử.

Câu 5. Kết luận nào sau đây là đúng?

A. Các nguyên tử trong phân tử hợp chất hữu cơ liên kết với nhau không theo một thứ tự nhất định.

B. Các chất có thành phần phân tử hơn kém nhau một hay nhiều nhóm -CH2-, do đó tính chất hóa học khác nhau là những chất đồng đẳng.

C. Các chất có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về công thức cấu tạo được gọi là các chất đồng đẳng của nhau.

D. Các chất khác nhau có cùng công thức phân tử được gọi là các chất đồng phân của nhau.

Lời giải:

Đáp án: D

Giải thích:

Theo tôi, đáp án D là đúng. Tuy nhiên, để giải thích rõ hơn về đáp án, ta có thể nói thêm về khái niệm “chất đồng phân”. Chất đồng phân là các chất có cùng công thức phân tử nhưng có tính chất hóa học khác nhau do sự khác nhau về cấu trúc phân tử. Ví dụ, butan và 2-metylpropan đều có công thức phân tử là C4H10, nhưng lại có tính chất hóa học khác nhau do sự khác nhau về cấu trúc phân tử. Do đó, chúng được gọi là các chất đồng phân của nhau.

Câu 6. Có bao nhiêu đồng phân ứng với công thức phân tử C4H10

A. 2

B. 3

C. 4

D. 5

Lời giải:

Đáp án: A

Giải thích:

Δ = (2.4 + 2−10)/2=0

⇒ Ankan ⇒ Chỉ có liên kết đơn

Vậy C4H10 có 2 đồng phân.

CH3-CH2-CH2-CH3

CH3-CH(CH3)-CH3

5.2. Bài tập tự luận có đáp án:

Câu 1. Đốt cháy hoàn toàn một lượng hi đrocacbon X. Hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào dung dịch Ba(OH)2 (dư) tạo ra 29,55 gam kết tủa, dung dịch sau phản ứng có khối lượng giảm 19,35 gam so với dung dịch Ba(OH)2 ban đầu. Công thức phân tử X là

Lời giải:

Ta có

Đầu tiên, ta sử dụng phương trình phản ứng để tính số mol của các chất tham gia. Với số mol bằng nhau, ta suy ra tỉ lệ mol giữa các chất.

Tiếp theo, ta sử dụng các công thức tính khối lượng để tính toán khối lượng của các chất tham gia và sản phẩm. Bằng cách lấy khối lượng của BaCO3 và trừ đi khối lượng của CO2 và H2O, ta tính được khối lượng CO2 và H2O tạo thành.

Từ số mol của H2O, ta tính được khối lượng của H2O và từ đó suy ra số mol của Hidro.

Cuối cùng, ta suy ra CTPT của chất bằng cách so sánh tỉ lệ mol của C và H.

nC = nCO2 = nBaCO3 = 0,15 mol

mgiảm = mBaCO3 – (mCO2 + mH2O) = 19,35

⇒ mCO2 + mH2O = 10,2 g

mH2O = 10,2 – 0,15.44 = 3,6 (gam) → nH2O = 0,2 mol; ⇒ nH = 0,4 mol

nC : nH = 0,15 : 0,4 = 3 : 8 → CTPT: C3H8

Câu 2. Khi crackinh hoàn toàn có một thể tích ankan X thu được ba thể tích hỗn hợp Y ( các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất); tỉ khối của Y so với H2 bằng 12. Công thức phân tử của X là

Lời giải:

Bằng cách sử dụng công thức bảo toàn khối lượng, ta có thể tính toán khối lượng của một chất dựa trên khối lượng của một chất khác. Trong trường hợp này, ta có thể tính toán khối lượng của X bằng cách sử dụng công thức nX.MX = nY.MY, trong đó nX và nY là số lượng các phân tử của X và Y, tương ứng, và MX và MY là khối lượng phân tử của X và Y, tương ứng

Khối lượng phân tử Ankan là

MY = 12.2 = 24

Áp dụng bảo toàn khối lượng ta có: mX = mY → nX.MX = nY.MY → nX.MX = (3nX).MY

→ MX = 3MY = 3.24 = 72 (C5H12)

Câu 3. Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau (ghi rõ điều kiện phản ứng nếu có)

Al4C3 → CH4 → C2H2 → C4H4 → C4H10 → C2H4 → C2H5OH

C4H10 → C3H6 → polipropilen

Lời giải:

Al4C3 + 12H2O → 3CH4 + 4Al(OH)3

2CH4 C2H2 + 3H2 (làm lạnh nhanh)

2CH≡CH CH≡C-CH=CH2

C4H4 + 3H2 C4H10

C4H10 C2H4 + C2H6

C2H4 + H2O C2H5OH

C4H10 C3H6 + CH4

nCH2=CH-CH3 (-CH2-CH(CH3)-)n

Câu 4. Hoàn thành chuỗi phản ứng sau

CH4 → C2H2 → C4H4 → C4H10 → C3H6

Lời giải:

2CH4 C2H2 + 3H2 (làm lạnh nhanh)

2CH≡CH CH≡C-CH=CH2

C4H4 + 3H2 C4H10

C4H10 C2H4 + C2H6

C4H10 C3H6 + CH4

Câu 5. Đốt cháy hoàn toàn 2,24 lít hỗn hợp X (đktc) gồm CH4, C2H6 và C3H8 thu được V lít khí CO2 (đktc) và 6,3 gam H2O. Giá trị của V là

Lời giải:

Từ những thông tin đó, chúng ta có thể tính được số mol của chất không biết tên trong hỗn hợp X. Bằng cách sử dụng công thức số mol của chất không biết tên trong hỗn hợp X bằng số mol của nước trừ đi số mol của khí CO2, ta sẽ có được số mol của chất không biết tên: nX = nH2O – nCO2 ⇒ nX = 0,35 – 0,1 = 0,25 mol.

Tiếp theo, ta sử dụng số mol của khí CO2 trong hỗn hợp để tính thể tích của khí CO2. Để làm được điều đó, ta cần sử dụng công thức V = nRT/P, với R là hằng số khí lý tưởng, P là áp suất, T là nhiệt độ. Tuy nhiên, với điều kiện thích hợp, ta có thể giả sử áp suất và nhiệt độ không đổi. Vì vậy, ta có thể tính thể tích của khí CO2 bằng cách nhân số mol của khí CO2 với hằng số 22,4 (để đổi từ đơn vị mol sang đơn vị lít).

Áp dụng công thức trên, ta được:

Thể tích khí CO2: V = nCO2 * 22,4 = 0,25 * 22,4 = 5,6 lít.

Vậy thể tích của khí CO2 trong hỗn hợp X là 5,6 lít.