Axetilen (C2H2): Khái niệm, tính chất và những ứng dụng quan trọng nhất

Axetilen (công thức hóa học C2H2) là một chất được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Cùng tìm hiểu khái niệm, tính chất và những ứng dụng của loại chất quan trọng này trong bài viết dưới đây.

Khái niệm Axetilen

Axetilen (hay Acetylene), với tên hệ thống là Ethyne là một hiđrocacbon đồng thời cũng là ankin đơn giản nhất. Axetilen (C2H2) là chất khí, không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước.

• Công thức phân tử: C2H2

• Phân tử khối: 26

• Cấu tạo phân tử: Axetilen có công thức cấu tạo:  H – C ≡ C – H. Viết gọn HC ≡ CH.

Đặc điểm cấu tạo:

• Trong công thức cấu tạo của axetilen, giữa hai nguyên tử Cacbon có 3 liên kết, được gọi là liên kết ba. 

• Trong liên kết ba này có 2 liên kết kém bền, dễ bị đứt lần lượt trong các phản ứng hóa học hữu cơ. Đây là yếu tố quyết định tính chất hóa học đặc trưng của axetilen.

Tính chất vật lý của axetilen

Axetilen (C2H2) được biết đến là chất khí hoàn toàn không màu, không mùi, ít tantrong nước và nhẹ hơn không khí. Axetilen trong thực tế môi trường hiện nay sẽ có nhiều mùi khác nhau, nguyên nhân là do các tạp chất gây nên. 

Tính chất hóa học của axetilen

Với những đặc điểm liên kết trên, axetilen mang những tính chất hóa học đặc trưng như sau: 

Cháy trong không khí (Tác dụng với oxi)

• Tương tự etilen và metan, khi đốt axetilen cháy hoàn toàn tạo ra khí cacbon đioxit và hơi nước, phản ứng tỏa nhiều nhiệt.

•  Phương trình phản ứng:

           2C2H2 (k) + 5O2 (k)  —> 4CO2 (k) + 2H2O (h) (điều kiện nhiệt độ)

Nhận xét: Khi đốt cháy axetilen thu được số mol CO2 lớn hơn số mol H2O.

Làm mất màu dung dịch brom

Trong liên kết ba của phân tử axetilen có hai liên kết kém bền. Vì vậy, chúng ta dự đoán axetilen cũng làm mất màu dung dịch brom tương tự etilen. Cùng thực hiện thí nghiệm sau:

Dẫn axetilen qua dung dịch brom (Br2) ban đầu có màu da cam. Quan sát hiện tượng trên, ta thấy brom bị mất màu. Từ thí nghiệm này, có thể kết luận rằng axetilen có phản ứng cộng với dung dịch Brom ban đầu.

Phương trình hóa học:

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

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

Trong điều kiện thích hợp, axetilen còn tham gia phản ứng cộng với nhiều chất khác như H2, Cl2…

HC≡CH + H2 → CH2=CH2

HC≡CH + 2H2 → CH3-CH3

Vì thế, axetilen có đóng góp vô cùng “tích cực” trong mặt hóa học khi được dùng để điều chế thành các hợp chất khác. 

Cách điều chế axetilen

Axetilen được điều chế như thế nào? Trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp, Axetilen có cách điều chế giống nhau. Có 3 cách sau đây. 

• Sử dụng canxi cacbua (CaC2) phản ứng với nước theo phương trình phản ứng sau:

             CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2

• Cho cacbon tác dụng với hidro khi có hồ quang điện sẽ tạo ra C2H2 theo phương trình phản ứng:

            2C + H2 → C2H2  (hồ quang điện)

• Nhiệt phân metan (CH4): Ở nhiệt độ cao, sau đó làm lạnh nhanh

          2CH4 → C2H2 + 3H2 (Điều kiện: 1500 °C)

Ứng dụng axetilen

Axetilen có vô số ứng dụng trong thực tế. Nổi bật nhất, axetilen được dùng để sản xuất các hợp chất hóa học sau đây:

• Ứng dụng trong việc hàn xì: Một trong những ứng dụng của axetilen quan trọng nhất là làm nhiên liệu trong đèn xì oxi – axetilen để hàn cắt kim loại. Khi C2H2 cháy trong O2 tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ lên đến 3000 °C. Chúng ta có thể quan sát thấy hoạt động này thường xuyên, nhưng không phải ai cũng biết là trong đèn đỏ có chứa chất khí này. Hoạt động này sẽ giúp cho việc xây dựng, lắp ráp và uốn cắt kim loại dễ dàng và nhanh chóng. 

• Nguyên liệu sản xuất hóa chất: Trong công nghiệp, axetilen là nguyên liệu để sản xuất nhiều hóa chất quan trọng như poli (vinyl clorua) – dùng để sản xuất nhựa PVC, cao su, axit axetic….  

• Axetilen được dùng làm nguyên liệu sản xuất các monome, rồi từ đó chế tạo nên các polime khác, sợi tổng hợp, cao su, muội than,…

• Axetilen dùng để sản xuất axit axetic, rượu etylic,…

• Dùng làm nguyên liệu chế tạo các loại chất hóa học. 

Phân biệt axetilen, metan và etilen

Để phân biệt axetilen, metan và etilen, người ta sử dụng phương pháp nhận biết phổ biến như sau: 

Bước 1: Để phân biệt axetilen, metan và etilen, trước tiên chúng ta cần nắm rõ định tính chất riêng của từng chất cụ thể.

Bước 2: Lựa chọn thuốc thử phù hợp.

Bước 3: Trình bày phương pháp nhận biết axetilen, metan và etilen theo thứ tự các bước:

• Đánh số thứ tự các lọ chứa 3 loại hóa chất.

• Tiến hành nhận biết bằng thuốc thử.

• Ghi nhận hiện tượng xảy ra.

• Trình bày phương trình hóa học. 

Bài tập về axetilen SGK kèm gợi ý đáp án

Từ những kiến thức về axetilen ở trên, các bạn cùng vận dụng những kiến thức đó để giải một số bài tập cơ bản trong SGK hóa học 9 sau.

Bài 1 trang 122 SGK Hóa 9

Hãy cho biết trong các chất sau:

CH3 – CH3 ; CH≡ CH; CH2 = CH2; CH4; CH≡ C – CH3.

a) Chất nào có liên kết ba trong phân tử?

b) Chất nào làm mất màu dung dịch brom?

Gợi ý đáp án: 

a) Có hai chất: CH≡ CH và CH≡ C – CH3 có liên kết ba.

b) Trong các chất đã cho, có 3 chất có khả năng làm mất màu dung dịch brom, bao gồm:…. CH≡ CH; CH2 = CH2 và CH≡ C – CH3. 

Bài 3 SGK Hóa 9 trang 122

Biết rằng 0.1 lít khí etilen (đktc) làm mất màu 50ml dung dịch brom. Nếu dùng 0,1 lít khí axetilen (đktc) thì có thể làm mất màu bao nhiêu ml dung dịch brom trên?

Gợi ý đáp án: 

Phương trình phản ứng:

C2H4 + Br2 → C2H4Br2 (1)

C2H2 + 2Br2 → C2H2Br4 (2)

Từ phương trình (1) và (2) ta nhận thấy:

Tỉ lệ nC2H4 : nBr2 = 1:1

nC2H2 : nBr2 = 1:2

⇒ Số mol brom phản ứng tối đa với C2H2 gấp 2 lần C2H4 nên thể tích dung dịch brom cần dùng khi phản ứng với C2H2 cũng gấp 2 lần khi phản ứng với C2H4.

Thể tích Br2 cần dung khi phản ứng với 0,1 l axetilen là: 50ml × 2 = 100ml.

Bài 4 trang 122 SGK Hóa 9

Đốt cháy 28ml hỗn hợp khí metan và axetilen cần phải dùng 67,2ml khí oxi.

a) Tính phần trăm thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp.

b) Tính thể tích khí CO2 sinh ra.

(Các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất)

Gợi ý đáp án: 

Do các thể tích khí được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất nên tỉ lệ về thể tích cũng chính là tỉ lệ về số mol.

Gọi thể tích metan (CH4) là x (ml); thể tích axetilen (C2H2) là y (ml)

Theo bài ra: Vhh khí = 28 (ml)

→ x + y = 28 (1)

Phương trình phản ứng:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O (nhiệt độ)

x → 2x —>   x (ml)

2C2H2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O

y —> 2.5y → 2y (ml)

Theo bài ra thể tích khí oxi là 67,2 ml

→ 2x + 2,5y = 67,2 ml (2)

Từ (1) và (2) giải hệ phương trình được: x = 5,6 (ml) và y = 22,4 (ml).

a/ Phần trăm thể tích từng khí là:

%V(CH4) = (5.6/28) x 100 = 20%

%V(C2H2) = 100 – 20 = 80% 

b/ Theo phương trình phản ứng ở trên có:

Thể tích khí CO2 = x + 2y = 5,6 + 2.22,4 = 50,4 (ml)

Một số bài tập về Axetilen để học sinh luyện tập 

Bài 1: Dẫn axetilen qua dung dịch brom màu da cam. Nêu hiện tượng và viết PTHH xảy ra?

Bài 2: Viết phương trình phản ứng điều chế C₂H₂, C₂H₄ từ canxi cacbua.

Bài 3: Trình bày phương pháp hóa học nhận biết các chất khí: CH₄, SO₂, CO₂, C₂H₂

Bài 4: Cho 2,24 lít khí Axetilen vào dung dịch Brom. Tính l­ượng Brom tối đa và tối thiểu cộng vào Axetlen?

Bài 5: 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 dA/H2=5.Hiệu suất chuyển hóa metan thành axetilen là bao nhiêu?

Bài 6:Trong bình kín chứa hidrocacbon X và hidro.Nung nóng bình đến khi phản ứng hoàn toàn thu được anhkan Y duy nhất.Ở cùng nhiệt độ, áp suất trong bình trước khi nung gấp 3 lần trong bình sau khi nung.Đốt cháy một lượng Y thu được 8.8g CO₂ và 5.4g H₂O.Công thức phân tử X là gì?

Bài 7: Đốt cháy hoàn toàn 11,2 lit khí hỗn hợp metan và axetilen. Lấy toàn bộ khí CO2 sinh ra cho vào dung dịch Ca(OH)₂ dư thu được 60g kết tủa. Tính % số mol của hai khí ban đầu.

Bài 8: Hỗn hợp X gồm C₂H₂ và H₂ 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 (đktc) cần để đốt cháy hỗn hợp Y?

Bài 9: Cho 50g đất đèn chứa CaC₂ tác dụng với nước thì thu được 15,68 lít khí C₂H₂(ở đktc). Tìm xem CaC₂ nguyên chất chứa bao nhiêu phần trăm?

Bài 10:Biết rằng 4,48 l khí etilen làm mất màu 50ml dung dịch brom. Nếu cho khí axeyilen có thể tích như etilen thì có thể làm mất màu bao nhiêu lít dung dịch brom trên?

Bài viết trên đây đã cung cấp đầy đủ thông tin về khái niệm, tính chất và những ứng dụng quan trọng nhất của axetilen. Hi vọng những thông tin này sẽ giúp bạn có thêm những kiến thức bổ ích và ứng dụng chúng trong học tập cũng như thực tiễn.