C4H10 → C2H4 + C2H6 | Butan ra etilen và etan

Phản ứng cracking butan ra etilen và etan hay C₄H₁₀ tạo ra C₂H₆ và C₂H₄ thuộc loại phản ứng tách đã được cân bằng chính xác và chi tiết nhất. Bên cạnh đó là một số bài tập có liên quan về C₄H₁₀ có lời giải, mời các bạn đón xem:

C₄H₁₀ C₂H₆ + C₂H₄

1. Phương trình phản ứng butan ra etilen

$C_4{H}_{10}\stackrel{t^{°},xt}{\to }{C}_2{H}_4+C_2{H}_6$

Phản ứng trên là phản ứng tách alkane hay phản ứng cracking.

2. Hiện tượng của phản ứng butan ra etilen

- Tạo khí C₂H₄, C₂H₆. Thực tế phản ứng tạo ra hỗn hợp các sản phẩm.

- Dẫn sản phẩm sinh ra vào ống nghiệm có chứa dung dịch brom thấy dung dịch brom nhạt màu dần.

3. Cách tiến hành phản ứng butan ra etilen

- cracking butan trong điều kiện nhiệt độ, xúc tác thích hợp.

4. Mở rộng về tính chất hoá học của alkane

- Ở nhiệt độ thường, các alkane không tác dụng với dung dịch axit, dung dịch kiềm và các chất oxi hóa như dung dịch KMnO₄ (thuốc tím)...

- Khi chiếu sáng hoặc đun nóng, các alkane dễ dàng tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách hiđro và phản ứng cháy.

4.1. Phản ứng thế bởi halogen

- Clo có thể thay thế lần lượt từng nguyên tử H trong phân tử methane.

Phương trình hóa học:

CH₄ + Cl₂ $\stackrel{as}{\to }$ CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ $\stackrel{as}{\to }$ CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ $\stackrel{as}{\to }$CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ $\stackrel{as}{\to }$CCl₄ + HCl

- Các đồng đẳng của methane cũng tham gia phản ứng thế tương tự methane.

Nhận xét:

- Nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc cao hơn dễ bị thế hơn nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc thấp hơn.

4.2. Phản ứng tách

- Dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp, các alkane có phân tử khối nhỏ bị tách hiđro thành hydrocarbon không no tương ứng.

Thí dụ:

CH₃ – CH₃ $\stackrel{500C_o,xt}{\to }$ CH₂ = CH₂ + H₂

- Ở nhiệt độ cao và chất xúc tác thích hợp, ngoài việc bị tách hiđro, các alkane còn có thể bị phân cắt mạch cacbon tạo thành các phân tử nhỏ hơn.

Thí dụ:

CH₃ – CH₂ – CH₃ $\stackrel{t^o,xt}{\to }\left(\begin{array}{c}{C}_2{H}_6+C{H}_4\\ C_3{H}_6+H_2\end{array}\right)$

4.3. Phản ứng oxi hóa

- Khi bị đốt, các alkane đều cháy, tỏa nhiều nhiệt.

C_nH_{2n + 2} + $\frac{3n+1}{2}$O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ nCO₂ + (n + 1)H₂O

5. Bài tập vận dụng liên quan

Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn một thể tích khí thiên nhiên gồm methane, etan, propane bằng oxi không khí (trong không khí, oxi chiếm 20% thể tích), thu được 7,84 lít khí CO₂ (đktc) và 9,9 gam nước. Thể tích không khí (đktc) nhỏ nhất cần dùng để đốt cháy hoàn toàn lượng khí thiên niên trên là

A. 70,0 lít B. 78,4 lít C. 84,0 lít D. 56,0 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

$n_{C{O}_2}$= 7,84 : 22,4 = 0,35 mol;

$n_{H_{2}O}$ = 9,9 : 18 = 0,55 mol

Bảo toàn nguyên tố O: 2.$n_{O_2}$= 2. $n_{C{O}_2}$+ $n_{H_{2}O}$

→ 2.$n_{O_2}$= 2.0,35 + 0,55 → $n_{O_2}$= 0,625 mol

$V_{O_2}$= 0,625.22,4 = 14 lít

Vì oxi chiếm $\frac{1}{5}$V_kk → V_kk = 5.14 = 70 lít

Câu 2: Khi brom hóa một alkane chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất có tỉ khối hơi đối với hiđro là 75,5. Tên của alkane là

A. 3,3-dimethylhexan B. 2,2-dimethylpropan

C. isopentane D. 2,2,3-trimethylpentan.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

C_nH_2n+2 + Br₂ → C_nH_2n+1Br + HBr

→ 14n + 81 = 75,5.2 → n = 5 → CTPT: C₅H₁₂

Khi brom hóa alkane chỉ thu được một dẫn xuất monobrom duy nhất

nên CTCT của X là:

Câu 3: Trong công nghiệp alkane có ứng dụng là:

A. Làm nhiên liệu, nguyên liệu. B. Làm thực phẩm.

C. Làm hương liệu. D. Làm mĩ phẩm.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Khi đốt, alkane dễ cháy tạo ra CO₂, H₂O và tỏa nhiều nhiệt. Đặc biệt alkane còn có nhiều trong khí thiên nhiên và dầu mỏ nên được dùng làm nhiên liệu cho động cơ hoặc chất làm đốt.

→ Các alkane có ứng dụng làm nhiên liệu, nguyên liệu cho ngành công nghiệp.

VD: Nhiên liệu cho động cơ, chất bôi trơn, chất đốt (gas), nến thắp, giấy dầu, giấy nến,...

Câu 4: Trong phương pháp điều chế etan dưới đây, phương pháp nào sai?

A. Đun natri propionat với vôi xút. B. Cho etilen cộng hợp với H₂.

C. Tách nước khỏi ethyl alcohol. D. Cracking butan.

Hướng dẫn giải

Đáp án C

A. Đúng. C₂H₅COONa + NaOH $\stackrel{CaO,t°}{\to }$ C₂H₆ + Na₂CO₃

B. Đúng. CH₂=CH₂ + H₂ $\stackrel{Ni,t°}{\to }$ CH₃-CH₃

C. Sai. Khi tách H₂O khỏi ethylic alcohol ta được etilen chứ không được etan.

CH₃-CH₂OH $\stackrel{-H_{2}O}{\to }$ CH₂=CH₂.

D. Đúng. CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ $\stackrel{t°,xt}{\to }$ CH₃-CH₃ + CH₂=CH₂

Câu 5:Hỗn hợp khí A gồm etan và propan. Đốt cháy hỗn hợp A thu được khí CO₂ và hơi nước theo tỷ lệ thể tích 11:15. Thành phần phần trăm theo khối lượng của hai chất lần lượt là:

A. 18,5% và 81,5% B. 45% và 55%

C. 28,1% và 71,9% D. 25% và 75%

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Đặt $n_{C_2{H}_6}$ = a ; $n_{C_3{H}_8}$ = b;

Có $V_{C{O}_2}$: $V_{H_{2}O}$ = 11 : 15

→ (2a+3b) : (3a+4b) = 11 : 15

→ b = 3a

Tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol

Giả sử $n_{C_2{H}_6}$ = 1 mol→ $n_{C_3{H}_8}$ = 3 mol

→ mA = 1.30 + 3.44 = 162 gam

→ %$m_{C_2{H}_6}$ = $\frac{30}{162}.100$ = 18,5%

%$m_{C_3{H}_8}$ = $\frac{3.44}{162}.100$ = 81,5%

Câu 6: Công thức cấu tạo của gốc isopropyl là

A. CH₃-CH₂- B. CH₃-CH₂-CH₂-

C. CH₃-CH(CH₃)- D. CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₂-

Hướng dẫn giải

Đáp án C

A. CH₃-CH₂- etyl

B.CH₃-CH₂-CH₂- propyl

C. CH₃-CH(CH₃)-isopropyl

D. CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₂- isoamyl

Câu 7: Trong các khẳng định sau đây, khẳng định nào đúng?

A. alkane từ C₄H₁₀ trở đi có đồng phân cấu tạo.

B. alkane mà phân từ chỉ chứa C bậc I và C bậc II là alkane không phân nhánh.

C. alkane có cả dạng mạch hở và mạch vòng.

D. A và B đúng.

Hướng dẫn giải

Đáp án D

A. Đúng. Từ C₄H₁₀ trở đi, ứng với những công thức phân tử có các công thức cấu tạo mạch cacbon không phân nhánh và mạch cacbon phân nhánh.

B. Đúng.

C. Sai vì alkane không có dạng mạch vòng

Câu 8: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X gồm hai hydrocarbon kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng thu được 2,24 lít CO₂ (đktc) và 3,24 gam H₂O. Hai hydrocarbon trong X là

A. C₂H₆ và C₃H₈ B. CH₄ và C₂H₆ .

C. C₂H₂ và C₃H₄ D. C₂H₄ và C₃H₆

Hướng dẫn giải

Đáp án B

$n_{C{O}_2}$= 2,24 : 22,4 = 0,1 mol;

$n_{H_{2}O}$ = 3,24 : 18 = 0,18 mol

$n_{H_{2}O}$>$n_{C{O}_2}$→ X là alkane → X có CTPT chung là C_nH_2n+2

n_X = $n_{H_{2}O}$- $n_{C{O}_2}$ = 0,18 – 0,1 = 0,08 mol

→ n = $\frac{n_{C{O}_2}}{n_X}$ = $\frac{\mathrm{0,1}}{\mathrm{0,08}}$ = 1,25

→Hai hydrocarbon kế tiếp là CH₄ và C₂H₆

Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn một hydrocarbon X, dẫn sản phẩm cháy lần lượt qua bình đựng P₂O₅ và Ca(OH)₂ thì khối lượng các bình này tăng lên lần lượt là 0,9gam và 1,1 gam. Công thức phân tử của X là:

A. C₄H₁₀B. C₃H₈C. C₂H₆D. CH₄

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Khối lượng bình P₂O₅ tăng chính là khối lượng nước

→ $m_{H_{2}O}$ = 0,9 gam → $n_{H_{2}O}$ = 0,05 mol

Khối lượng bình Ca(OH)₂ tăng chính là khối lượng CO₂

→$m_{C{O}_2}$= 1,1 gam → $n_{C{O}_2}$= 0,025 mol

$n_{H_{2}O}$ > $n_{C{O}_2}$→ X là alkane

→ X có CTPT chung là C_nH_2n+2

n_X = $n_{H_{2}O}$- $n_{C{O}_2}$= 0,05 – 0,025 = 0,025 mol

→ n = $\frac{n_{C{O}_2}}{n_X}$ = $\frac{\mathrm{0,025}}{\mathrm{0,025}}$ = 1

→ X là CH₄

Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol hỗn hợp 2 alkane thu được 9,45 gam H₂O. Cho sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH)₂ dư thì khối lượng kết tủa thu được là:

A. 37,5 B. 52,5 C. 15 D. 42,5

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Đốt cháy alkane ta có: n_alkane = $n_{H_{2}O}$- $n_{C{O}_2}$

→ 0,15 = 0,525 - $n_{C{O}_2}$→ $n_{C{O}_2}$= 0,375 mol
→$n_{CaC{O}_3\downarrow }=n_{C{O}_2}$= 0,375 mol

→$m_{CaC{O}_3\downarrow }$= 0,375.100 = 37,5 gam.

Xem thêm các phương trình hóa học hay khác:

• C₄H₁₀ + Cl₂ → C₄H₉Cl + HCl
• C₄H₁₀ + 2Cl₂ → C₄H₈Cl₂ + 2HCl
• C₄H₁₀ → C₄H₈ + H₂
• C₄H₁₀ → C₃H₆ + CH₄
• 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O
• C₄H₁₀ + Br₂ → C₄H₉Br + HBr
• C₄H₁₀ + 2Br₂ → C₄H₈Br₂ + 2HBr
• CH₃CH₂CH₂CH₃ + O₂ → 2CH₃COOH + H₂O

---