Phương trình điều chế benzen từ axetilen (C2H2 ra C6H6)

Benzen (C6H6) là một hợp chất hữu cơ thơm đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Bài viết này cung cấp cho bạn đọc, đặc biệt là học sinh THPT, những thông tin đầy đủ về cách điều chế benzen từ axetilen (C2H2).

Chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu phương trình phản ứng, điều kiện cần thiết, tính chất hóa học của axetilen và giải quyết các bài tập vận dụng liên quan đến phản ứng này.

Về benzen và axetilen

• Benzen (C6H6): Là một hydrocacbon thơm đơn giản nhất, có cấu trúc vòng hình lục giác với các liên kết cộng hóa trị bền vững. Benzen là chất lỏng không màu, mùi thơm đặc trưng, không tan nhiều trong nước nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ. Benzen là nguyên liệu đầu trong sản xuất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng như nhựa, dược phẩm, thuốc nhuộm.
• Axetilen (C2H2): Là một ankin đơn giản nhất, có chứa liên kết ba giữa hai nguyên tử carbon. Axetilen là chất khí không màu, mùi tỏi, ít tan trong nước. Axetilen có khả năng tham gia nhiều phản ứng hóa học quan trọng, trong đó có phản ứng điều chế benzen.

Phương trình phản ứng điều chế benzen từ axetilen

Phản ứng điều chế benzen từ axetilen được gọi là phản ứng trime hóa axetilen. Xảy ra khi ba phân tử axetilen liên kết với nhau dưới tác dụng của nhiệt độ và xúc tác.

Phương trình phản ứng:

3C2H2 (xt, to) → C6H6

Giải thích:

• C2H2: Axetilen (tham gia phản ứng)
• 3C2H2: Ba phân tử axetilen
• xt: Xúc tác (thường là kim loại hoặc hợp chất kim loại)
• to: Nhiệt độ cao
• C6H6: Benzen (sản phẩm)

Điều kiện phản ứng điều chế benzen từ axetilen

Để phản ứng điều chế benzen từ axetilen xảy ra hiệu quả, cần đảm bảo ba yếu tố:

• Nhiệt độ: Phản ứng cần nhiệt độ cao, khoảng từ 600 đến 800 độ C.
• Áp suất: Áp suất thường không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phản ứng.
• Xúc tác: Xúc tác đóng vai trò quan trọng, giúp tăng tốc độ phản ứng và giảm năng lượng hoạt hóa. Xúc tác thường được sử dụng là kim loại hoặc hợp chất kim loại như Pd/CaCO3, Pd/BaSO4.

Tính chất hóa học của axetilen

Axetilen (C2H2) là một chất khí có tính khử mạnh, dễ dàng tham gia nhiều phản ứng hóa học ở nhiệt độ thích hợp. Dưới đây là một số tính chất hóa học quan trọng của axetilen:

• Tác dụng với khí oxi: Khi đốt trong không khí, axetilen cháy với ngọn lửa sáng, tỏa nhiều nhiệt. Phản ứng này xảy ra mãnh liệt nếu tỉ lệ axetilen và oxi đạt 2:5.
• Tác dụng với dung dịch brom: Axetilen có thể cộng với brom trong dung dịch nước brom, tạo thành đibromêtan (CH2BrCH2Br).
• Phản ứng cộng hiđro: Axetilen có thể cộng một hoặc hai phân tử hiđro tùy thuộc vào điều kiện xúc tác, tạo thành etilen (C2H4) hoặc ethan (C2H6).
• Phản ứng đime và trime hóa: Hai phân tử axetilen có thể cộng hợp với nhau tạo thành vinylaxetilen (CH=C-CH=CH2). Ba phân tử axetilen liên kết với nhau qua phản ứng trime hóa tạo thành benzen (C6H6).

Bài tập vận dụng về phản ứng điều chế benzen từ axetilen

Bài tập 1: Benzen tác dụng cùng với H2 dư có mặt bột Ni xúc tác, thu được:

A. Hex-1-en B. Hexan C. 3 Hex-1-in D. Xiclohexan

Đáp án: D

Giải thích: Phản ứng giữa benzen và H2 dư có xúc tác Ni là phản ứng cộng hiđro, làm phá vỡ vòng benzen và tạo thành xiclohexan (C6H12).

Bài tập 2: Chất nào sau đây có khả năng tham gia phản ứng trùng hợp tạp polime?

A. Benzen B. Toluen C. 3 Propan D. Stiren

Đáp án: D

Giải thích: Stiren (C6H5CH=CH2) có cấu trúc monome chứa liên kết đôi C=C, có khả năng tham gia phản ứng trùng hợp tạp polime tạo nên polystyren.

Bài tập 3: Chất nào sau đây làm cho mất màu dung dịch KMnO4 ở nhiệt độ thường?

A. Benzen B. Toluen C. 3 Propan D. Stiren

Đáp án: D

Giải thích: Stiren (C6H5CH=CH2) có liên kết đôi C=C, dễ bị oxi hóa bởi dung dịch KMnO4 ở nhiệt độ thường. Phản ứng này làm mất màu dung dịch KMnO4.

Bài tập 4: Toluen phản ứng cùng với hỗn hợp H2SO4 đặc và HNO3 đặc dư sẽ thu được sản phẩm nào?

A. 2,3,4-trinitroluen B. m-nitrotoluen và o-nitrotoluen C. 2,4,6-trinitroluen (TNT) D. p-nitrotoluen và m-nitrotoluen

Đáp án: C

Giải thích: Phản ứng giữa toluen và hỗn hợp H2SO4 đặc và HNO3 đặc dư là phản ứng thế nitro thơm. Do nhóm metyl (-CH3) có tính định hướng meta, sản phẩm thu được chính là 2,4,6-trinitroluen (TNT) (C6H2(NO2)3CH3).

Bài tập 5: Khi đốt cháy hoàn toàn ankybenzen X thu được 7,84 lít (đktc) CO2 và 3,6 g H2O. Công thức phân tử của X đó là:

A. C6H6 B. C7H8 C. C8H8 D. C8H10

Đáp án: B

Giải thích:

• Gọi công thức hợp chất hữu cơ ankybenzen X đó là CnH2n-6.
• Theo đề bài, khi đốt cháy hoàn toàn X thu được CO2 và H2O.
• Lập phương trình hóa học:

CnH2n-6 + (n + 3/2)O2 → nCO2 + (n - 3)H2O

• Theo phương trình hóa học:

nCO2 - nH2O = (n + 3/2)n - (n - 3) = 3n/2

• Thay số:

3n/2 = 0,35 - 0,2 = 0,15

• Giải phương trình:

n = 0,1

• Vậy công thức phân tử của X là C7H8.

Kết luận

Bài viết này đã cung cấp cho bạn đọc đầy đủ thông tin về cách điều chế benzen từ axetilen (C2H2 ra C6H6) bao gồm phương trình phản ứng, điều kiện phản ứng, tính chất hóa học của axetilen, và các bài tập vận dụng liên quan.

Hy vọng những thông tin này hữu ích cho bạn đọc, đặc biệt là học sinh THPT, trong việc học tập và nghiên cứu hóa học hữu cơ.