Axetilen là gì? Cách điều chế axetilen trong phòng thí nghiệm

Trong quá trình học Hóa, chúng ta chắc hẳn đã từng một lần nghe đến chất Axetilen. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ được về chất khí này, cũng như cách điều chế ra Axetilen như thế nào? Để giúp các bạn hiểu rõ hơn Axetilen, hãy cùng DINHNGHIA.com.vn xem qua bài viết dưới đây nhé!

Axetilen là gì?

Axetilen là một chất khí có các tính chất là không màu, không mùi, ít tan trong nước và nhẹ hơn không khí. Trong thực tế, Axetilen không tồn tại ở dạng tinh khiết mà tồn tại ở dạng dung dịch.

Công thức cấu tạo của nó cụ thể là H-C≡C-H, viết gọn lại thành HC≡CH. Theo như công thức cấu tạo này thì giữa hai nguyên tử cacbon của Axetilen có ba liên kết, còn gọi là liên kết ba. Trong lên kết ba có hai liên kết kém bền, dễ đứt lần lượt trong các phản ứng hóa học.

Lịch sử phát hiện axetilen

Năm 1836, Axetilen được phát hiện lần đầu bởi Edmund Davy khi ông thử nghiệm với cacbua kali, tạo ra một loại khí dễ bắt lửa, chính là Axetilen ngày nay.

Đến năm 1859, Axetilen được tạo ra thành công bởi Marcel Morren bằng cách sử dụng điện cực carbon. Nó tạo ra một hồ quang điện trong bầu khí quyển của Hidro, làm xói mòn các nguyên tử cacbon khỏi các điện cực, liên kết chúng với các nguyên tử Hidro tạo thành phân tử Axetilen. Quá trình hình thành này được Morren gọi là khí hydro hoá carbon.

Tiếp đó và năm 1860, nhà hóa học người Pháp Marcellin Berthelot đã đưa Axetilen tái xuất với cái tên “acétylène”, thương mại hoá nó. Khí axetilen thương mại có thể có mùi hôi do các tạp chất trong nó, phổ biến nhất là hydrogen sulfide và phosphine.

Tính chất của axetilen

Tính chất vật lý

Axelilen là một chất khí với các tính chất vật lý:

• Không màu, không mùi, dễ bắt cháy và tan kém trong nước, nhẹ hơn không khí.
• Tỉ trọng của nó với không khí là D = 26/29.

Tính chất hóa học

• Phản ứng cháy – Tác dụng với Oxi: Axetilen cháy trong oxi tạo ra cacbonic và hơi nước.

Phương trình: 2 C₂H₂ + 5 O₂ (t°) → 4 CO₂ + 2 H₂O

• Phản ứng cộng:

Phương trình:

HC≡CH + Br₂ → Br-CH=CH—Br (đibrometilen)

HC≡CH + 2 Br₂ → Br₂CH-CHBr₂ (tetrabrometan)

• Ngoài ra, trong môi trường Amoniac, Axetilen tham gia phản ứng cộng với:

Halogen – Phương trình:

HC≡CH + Br–Br → Br–CH=CH–Br

Br–CH=CH–Br + Br–Br → Br₂CH-CHBr₂

Hidro halogen – Phương trình:

HC≡CH + HBr → CH₂=CHBr

Bạc nitrat trong môi trường NH₃ – Phương trình:

HC≡CH + AgNO₃ + NH₃ + H₂O → Ag–C≡C–Ag ↓ màu vàng + NH₄NO₃

• Phản ứng trùng hợp tạo thành polime: Các phân tử C₂H₂ có thể kết hợp với nhau trong phản ứng trùng hợp và tạo thành polime.

Phương trình: nHC≡CH (t°, xt, p) → (–HC=CH–)_n

• Phản ứng hidrat hóa: Axetilen tham gia phản ứng hidrat hóa có xúc tác axit sulfuric để tạo thành sản phẩm cuối cùng là axit axetic.

Phương trình: HC≡CH + H₂O_(H2SO4) → H–CH=CH–H → CH₃COOH

Phương pháp điều chế axetilen

Điều chế Axetilen trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệp, Axetilen được tiến hành điều chế theo quy trình sau:

• Dùng ống nghiệm, cho vài mẩu nhỏ canxi cacbua vào cùng với 1ml nước.
• Đậy nhanh nắp ống nghiệm bằng nút có ống dẫn khí đầu vuốt nhọn.
• Đốt khí sinh ra ở đầu ống vuốt nhọn.

Phương trình phản ứng: CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂ 

Nhược điểm của phương pháp điều chế này là Axetilen không tinh khiết bởi phản ứng sinh ra nhiều nhiệt, hàm lượng Canxi Cacbua cũng chứa nhiều tạp chất.

Điều chế axetilen trong công nghiệp

Trong công nghiệp, Axetilen được điều chế bằng cách cho canxi cacbua tác dụng với nước theo phương trình: CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂ 

Điều chế axetilen từ Ag₂C₂

Phương trình: 2HCl + Ag₂C₂ → 2AgCl + C₂H₂

Điều chế axetilen từ etilen: Bằng cách sử dụng dẫn xuất halogen của C₂H₄ để điều chế C₂H₂

Phương trình:

CH₂=CH₂ + Cl₂ → Cl-CH₂-CH₂-Cl

Cl-CH₂-CH₂-Cl + 2NaOH → C₂H₅OHCH≡CH + 2NaCl +H₂O

Điều chế axetilen từ metan: Đây là phương pháp hiện đại được sử dụng phổ biến ở hiện tại, người ta sẽ nhiệt phân Metan ở nhiệt độ cao rồi nhanh chóng làm lạnh nhanh nó.

Phương trình: 2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂

Điều chế axetilen từ cacbon và hiđro

Phương trình: C + H₂ → C₂H₂

Axetilen có độc không?

Axetilen an toàn với con người nếu có định lượng dưới 2,5% và thời gian tiếp xúc dưới 1 giờ. Vượt quá mức phép này, con người sẽ bắt đầu xuất hiện các triệu chứng như đau đầu, buồn nôn, đau tức ngực, khó thở, đi loạng choạng, da tái xanh, đau phổi, thậm chí là hôn mê. Đồng thời, khi tiếp xúc với da sẽ dẫn đến tình trạng phát ban.

Bên cạnh đó, Axetilen dễ gây nổ và bắt cháy, cần bảo quản đúng cách ở nơi khô ráo, tránh ánh sáng trực tiếp, nhiệt độ cao, các nguồn phát điện và các hoas chất khác. Khi cất trữ chúng cần phải cẩn thận, có rào che, bảng hiệu kỹ lưỡng.

Ứng dụng của axetilen

Các ứng dụng nổi bật của Axetilen trong đời sống có thể kể đến như:

• Là nguyên liệu sản xuất các monome để chế tạo nên các polime khác, sợi tổng hợp, cao su, muội than,…
• Nhiên liệu trong đèn xì oxi-axetilen để hàn hay cắt kim loại.
• Axetilen cũng được sử dụng để sản xuất axit axetic, rượu etylic…

Ngoài ra, còn dựa vào độ tinh khiết mà Axetilen sẽ có thêm các công dụng khác nhau. Ví dụ Axetilen 2.6, 2.8 có độ tinh khiết 99.6%, 99.8% se được dùng chủ yếu trong phòng thí nghiệm, nghiên cứu, bệnh viện,…

Một số bài tập về điều chế Axetilen

Bài 1: Khi đốt cháy hoàn toàn 11,2 lít hỗn hợp khí A tại điều kiện tiêu chuẩn (Biết khí A gồm C₂H₂ và C₂H₄) thu được 12,6 gam nước và khí CO2. Tính phần trăm thể tích của mỗi loại khí trong hỗn hợp trên.

Cách giải:

• Gọi số mol của C₂H₄ là x và C₂H₂ là y (mol).

n_khí = v/22,4 = 11,2/22,4 = 0,5 (mol) → x + y = 0,5 (1)

• Phương trình:

C₂H₄ + 3O₂ → 2CO₂ + H₂O

2C₂H₅ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O

n_nước = m/M = 12,6/18 = 0,7 mol

• Theo các PTHH có: n_nước = 2x + y = 0,7 (2)

Từ (1) và (2) có x = 0,2 mol và y = 0,3 mol

• Do các khí ở cùng điều kiện nên tỉ lệ về thể tích cũng chính là tỉ lệ về số mol
• Vậy:

%V_C2H4 = n_C2H4/ n_hh . 100% = 0,2/ 0,5 . 100% = 40%

% V_C2H2 = 100% – 40% = 60%

Bài 2: Trình bày phương pháp hóa học nhận biết các chất khí: CH₄, SO₂, CO₂, C₂H₂

Cách giải:

Cho lần lượt các khí đi qua dung dịch Brom:

• Có 2 khí làm mất màu dung dịch Brom là SO₂ và C₂H₂ (1)
• C₂H₂ + Br₂ → C₂H₂Br₄ 
• SO₂ + Br₂ + H₂O → H₂SO₄ + 2HBr

Có 2 khí không làm mất màu dung dịch Brom là CO₂ và CH₄ (2)

• Dẫn lần lượt 2 khí ở nhóm 1 qua dung dịch Ca(OH)₂

Khí tạo kết tủa trắng là SO₂

Không có hiện tượng gì là C₂H₂

SO₂ + Ca(OH)₂ → CaSO₃ + H₂O

• Dẫn lần lượt 2 khí ở nhóm 2 qua dung dịch Ca(OH)₂

Khí tạo kết tủa trắng là CO₂

Không có hiện tượng gì là CH₄

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

Bài 3: Khi điều chế axetilen bằng phương pháp nhiệt phân nhanh metan thu được hỗn hợp A gồm axetien, hidro và một phần metan chưa phản ứng. Biết d_A/H₂ =5. Hiệu suất chuyển hóa metan thành axetilen là bao nhiêu?

Cách giải:

Gọi a là số mol CH₄ đã dùng, b là số mol CH₄ phản ứng

2CH₄ → C₂H₂ +3H₂

b: b₂ 3b₂

Sau phản ứng có:

CH₄ (dư): a-b mol ; C₂H₂:b₂ mol; H₂:3b₂ mol

Giả thiết ta có:

16(a-b) + 26(b2) +2(3b₂)(a-b+b₂+3b₂) = 2. (d_A/H₂)

⇔ 16aa + b = 10

⇒ 8a = 5a + 5b ⇒ ba = 35 = 0,6

⇒ H% = 60%

Bài 4: Cho hỗn hợp X gồm C₂H₂ và H₂, biết cả hai đều có cùng số mol. Lấy 1 lượng hỗn hợp X cho qua chất xúc tác nung nóng, thu được hỗn hợp Y gồm C₂H₄, C₂H₆, C₂H₂ và H₂. Sục Y vào dung dịch brom dư thì khối lượng bình brom tăng 10.8 gam và thoát ra 4.48 lít hỗn hợp khí Z (đktc) có tỉ khối hơi so với H₂ là 8.Tính thể tích oxi cần để đốt cháy hỗn hợp Y tại điều kiện tiêu chuẩn?

Cách giải:

mX(bd) = mt + mZ = 10,8 + 2.8.0,2 = 14

mà n_C2H2 = n_H2 = 0,5

Đốt cháy hỗn hợp Y thì cũng như đốt X

⇒ n_O2 = 1,5 mol

⇒ V = 33,6 lít

Bài 5: Tại điều kiện tiêu chuẩn, 0,1 lít khí etilen có thể làm mất màu tối đa 50 ml dung dịch brom. Tìm số ml dung dịch brom tối đa bị mất màu nếu dùng 0,1 lít khí axetilen (ở đktc).

Cách giải:

• Phương trình hóa học:

CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br–CH₂Br

HC≡CH + 2Br₂ → Br₂–CH–CH–Br₂

• Từ phương trình hóa học, chúng ta có thể thấy lượng axetilen có thể làm mất màu dung dịch brom nhiều gấp đôi etilen.

Vậy: 0,1 lít khí C₂H₂ có thể làm mất màu tối đa 100 ml dung dịch Br₂.

Xem thêm:

• Điều chế khí oxi là gì? Phản ứng phân hủy là gì? – Hóa học 8 Bài 27
• Axit Bromhidric là gì? Công thức, Tính chất, Ứng dụng và Điều chế
• Lưu huỳnh trioxit là gì? Tính chất, Ứng dụng và Cách điều chế

Vừa rồi DINHNGHIA.com.vn đã giới thiệu cho các bạn những kiến thức tổng hợp liên quan đến Axentilen. Mong rằng bài viết đã mang đến cho các bạn những kiến thức bổ ích cho quá trình học tập của mình. Cũng hy vọng rằng các bạn đã có thể hiểu rõ hơn về Axetilen là gì và cách điều chế Axetilen. Chúc bạn luôn học tốt!