C2h4 Ra C4h10 bằng phản ứng cracking butan, một quá trình quan trọng trong công nghiệp hóa dầu. Xe Tải Mỹ Đình sẽ cung cấp thông tin chi tiết về phản ứng này, cùng các ứng dụng và bài tập liên quan. Để hiểu rõ hơn về các loại xe tải và ứng dụng của chúng trong ngành vận tải, hãy truy cập XETAIMYDINH.EDU.VN. Tìm hiểu về quy trình sản xuất ethylene và butan, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng.
1. Phản Ứng Cracking Butan: C4H10 Ra C2H4 Và C2H6
Phản ứng cracking butan để tạo ra etilen và etan là một quá trình hóa học quan trọng. Vậy, phản ứng C4H10 ra C2H4 diễn ra như thế nào? Dưới đây là phương trình phản ứng và các thông tin chi tiết liên quan:
1.1. Phương Trình Phản Ứng Cracking Butan
Phương trình phản ứng cracking butan tạo ra etilen và etan:
C4H10 → C2H4 + C2H6
Phản ứng này thuộc loại phản ứng tách alkane, hay còn gọi là phản ứng cracking.
1.2. Điều Kiện Phản Ứng
Để phản ứng cracking butan xảy ra hiệu quả, cần có các điều kiện sau:
- Nhiệt độ: Nhiệt độ cao, thường từ 500°C đến 700°C.
- Xúc tác: Sử dụng các chất xúc tác như zeolit hoặc các oxit kim loại để tăng tốc độ phản ứng và cải thiện hiệu suất.
1.3. Cơ Chế Phản Ứng
Cơ chế của phản ứng cracking butan bao gồm các bước sau:
- Khởi đầu: Butan hấp thụ nhiệt năng và phân hủy thành các gốc tự do.
- Truyền mạch: Các gốc tự do này tác dụng với các phân tử butan khác, tạo ra các gốc tự do mới và các sản phẩm như etilen và etan.
- Kết thúc mạch: Các gốc tự do kết hợp với nhau, tạo thành các phân tử ổn định và kết thúc phản ứng.
1.4. Hiện Tượng Của Phản Ứng
- Tạo ra khí etilen (C2H4) và etan (C2H6). Thực tế, phản ứng tạo ra hỗn hợp các sản phẩm khác nhau.
- Dẫn sản phẩm sinh ra vào ống nghiệm chứa dung dịch brom, thấy dung dịch brom nhạt màu dần. Điều này là do etilen phản ứng với brom, làm mất màu dung dịch.
1.5. Cách Tiến Hành Phản Ứng
- Cracking butan trong điều kiện nhiệt độ và xúc tác thích hợp.
2. Mở Rộng Về Tính Chất Hóa Học Của Alkane
Để hiểu rõ hơn về phản ứng cracking butan, chúng ta cần nắm vững tính chất hóa học của alkane. Alkane là các hydrocarbon no, mạch hở, chỉ chứa liên kết đơn C-C và C-H.
2.1. Tính Chất Vật Lý
- Ở nhiệt độ thường, các alkane từ C1 đến C4 là chất khí, từ C5 đến C17 là chất lỏng, và từ C18 trở lên là chất rắn.
- Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của alkane tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối.
- Alkane không tan trong nước, nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ.
2.2. Tính Chất Hóa Học
- 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 hidro và phản ứng cháy.
2.2.1. 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 → CH3Cl + HCl (ánh sáng)
CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl (ánh sáng)
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl (ánh sáng)
CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl (ánh sáng)
Các đồng đẳng của methane cũng tham gia phản ứng thế tương tự methane.
Nhận xét:
- Nguyên tử hidro liên kết với nguyên tử cacbon bậc cao hơn dễ bị thế hơn nguyên tử hidro liên kết với nguyên tử cacbon bậc thấp hơn.
2.2.2. Phản Ứng Tách
- Dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp, các alkane có phân tử khối nhỏ bị tách hidro thành hydrocarbon không no tương ứng.
Ví dụ:
CH3 – CH3 → CH2 = CH2 + H2 (500°C, xúc tác)
- Ở nhiệt độ cao và chất xúc tác thích hợp, ngoài việc bị tách hidro, các alkane còn có thể bị phân cắt mạch cacbon tạo thành các phân tử nhỏ hơn.
Ví dụ:
CH3 – CH2 – CH3 → C2H6 + CH4 (nhiệt độ, xúc tác)
C3H6 + H2 (nhiệt độ, xúc tác)
2.2.3. Phản Ứng Oxi Hóa
- Khi bị đốt, các alkane đều cháy, tỏa nhiều nhiệt.
CnH2n + 2 + (3n+1)/2 O2 → nCO2 + (n + 1)H2O (nhiệt độ)
3. Ứng Dụng Của Phản Ứng Cracking Trong Công Nghiệp
Phản ứng cracking là một quá trình quan trọng trong công nghiệp hóa dầu, được sử dụng để sản xuất các olefin (như etilen và propilen) từ các alkane có phân tử khối lớn.
3.1. Sản Xuất Etilen Và Propilen
Etilen và propilen là các monome quan trọng để sản xuất các polyme như polyetilen (PE) và polypropilen (PP), được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nhựa, sợi tổng hợp và nhiều sản phẩm khác.
3.2. Sản Xuất Xăng
Quá trình cracking cũng được sử dụng để sản xuất xăng từ các phân đoạn dầu mỏ nặng hơn. Các alkane mạch dài bị phân cắt thành các phân tử nhỏ hơn, có октановое число cao hơn, phù hợp để sử dụng làm nhiên liệu.
3.3. Sản Xuất Các Hóa Chất Khác
Ngoài etilen, propilen và xăng, phản ứng cracking còn tạo ra nhiều sản phẩm phụ khác, có thể được sử dụng để sản xuất các hóa chất khác như butadien, benzen và toluen.
4. Bài Tập Vận Dụng Liên Quan Đến C4H10 và Sản phẩm Cracking
Để củng cố kiến thức về phản ứng cracking butan và các ứng dụng của nó, chúng ta cùng làm một số bài tập vận dụng.
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 nhiên trên là:
A. 70,0 lít B. 78,4 lít C. 84,0 lít D. 56,0 lít.
Hướng dẫn giải
Đáp án A
nCO2 = 7,84 : 22,4 = 0,35 mol;
nH2O = 9,9 : 18 = 0,55 mol
Bảo toàn nguyên tố O: 2.nO2 = 2. nCO2+ nH2O
→ 2.nO2 = 2.0,35 + 0,55 → nO2 = 0,625 mol
VO2 = 0,625.22,4 = 14 lít
Vì oxi chiếm 20% Vkk → Vkk = 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 hidro 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
CnH2n+2 + Br2 → CnH2n+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:
Công thức cấu tạo của 2,2-dimethylpropan
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 mỹ 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 → C2H6 + Na2CO3 (CaO, nhiệt độ)
B. Đúng. CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3 (Ni, nhiệt độ)
C. Sai. Khi tách H2O khỏi ethylic alcohol ta được etilen chứ không được etan.
CH3-CH2OH → CH2=CH2 (-H2O)
D. Đúng. CH3-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH3 + CH2=CH2 (nhiệt độ, xúc tác)
Câu 5: Hỗn hợp khí A gồm etan và propan. Đốt cháy hỗn hợp A thu được khí CO2 và hơi nước theo tỉ 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 nC2H6 = a ; nC3H8 = b;
Có VCO2: VH2O = 11 : 15
→ (2a+3b) : (3a+4b) = 11 : 15
→ b = 3a
Tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol
Giả sử nC2H6 = 1 mol→ nC3H8 = 3 mol
→ mA = 1.30 + 3.44 = 162 gam
→ %mC2H6 = 30/162.100 = 18,5%
%mC3H8 = 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 tử 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
nCO2 = 2,24 : 22,4 = 0,1 mol;
nH2O = 3,24 : 18 = 0,18 mol
nH2O>nCO2→ X là alkane → X có CTPT chung là CnH2n+2
nX = nH2O- nCO2 = 0,18 – 0,1 = 0,08 mol
→ n = nCO2/nX = 0,1/0,08 = 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. C4H10 B. C3H8 C. C2H6 D. CH4
Hướng dẫn giải
Đáp án D
Khối lượng bình P2O5 tăng chính là khối lượng nước
→ mH2O = 0,9 gam → nH2O = 0,05 mol
Khối lượng bình Ca(OH)2 tăng chính là khối lượng CO2
→mCO2 = 1,1 gam → nCO2 = 0,025 mol
nH2O > nCO2→ X là alkane
→ X có CTPT chung là CnH2n+2
nX = nH2O- nCO2 = 0,05 – 0,025 = 0,025 mol
→ n = nCO2/nX = 0,025/0,025 = 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: nalkane = nH2O- nCO2
→ 0,15 = 0,525 – nCO2→ nCO2 = 0,375 mol→nCaCO3=nCO2= 0,375 mol
→mCaCO3= 0,375.100 = 37,5 gam.
5. FAQ: Các Câu Hỏi Thường Gặp Về Phản Ứng C4H10 Ra C2H4
5.1. Phản ứng cracking butan là gì?
Phản ứng cracking butan là quá trình phân tách phân tử butan (C4H10) thành các phân tử nhỏ hơn như etilen (C2H4) và etan (C2H6) dưới tác dụng của nhiệt độ cao và xúc tác.
5.2. Tại sao cần nhiệt độ cao để thực hiện phản ứng cracking butan?
Nhiệt độ cao cung cấp năng lượng cần thiết để phá vỡ các liên kết hóa học trong phân tử butan, từ đó tạo điều kiện cho quá trình phân tách xảy ra.
5.3. Xúc tác có vai trò gì trong phản ứng cracking butan?
Xúc tác giúp giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, làm tăng tốc độ phản ứng và cải thiện hiệu suất tạo ra sản phẩm mong muốn.
5.4. Sản phẩm chính của phản ứng cracking butan là gì?
Sản phẩm chính của phản ứng cracking butan là etilen (C2H4) và etan (C2H6), nhưng trong thực tế, phản ứng có thể tạo ra một hỗn hợp phức tạp các hydrocarbon khác nhau.
5.5. Ứng dụng của etilen và etan trong công nghiệp là gì?
Etilen là monome quan trọng để sản xuất polyetilen (PE), một loại nhựa được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bao bì, màng phủ và nhiều sản phẩm khác. Etan có thể được sử dụng làm nhiên liệu hoặc làm nguyên liệu để sản xuất các hóa chất khác.
5.6. Phản ứng cracking butan có phải là phản ứng thuận nghịch không?
Không, phản ứng cracking butan là phản ứng một chiều, tức là butan phân tách thành các sản phẩm chứ không có khả năng tái tạo lại butan từ các sản phẩm đó.
5.7. Làm thế nào để tăng hiệu suất của phản ứng cracking butan?
Để tăng hiệu suất của phản ứng cracking butan, cần tối ưu hóa các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, áp suất, loại xúc tác và thời gian phản ứng.
5.8. Phản ứng cracking butan có tạo ra sản phẩm phụ không?
Có, phản ứng cracking butan có thể tạo ra nhiều sản phẩm phụ khác nhau, bao gồm các hydrocarbon mạch ngắn hơn hoặc dài hơn, cũng như các sản phẩm không mong muốn như cốc.
5.9. Quá trình cracking butan có ảnh hưởng đến môi trường không?
Quá trình cracking butan có thể gây ra ô nhiễm môi trường nếu không được kiểm soát chặt chẽ. Các khí thải từ quá trình này có thể chứa các chất gây ô nhiễm như CO2, NOx và các hydrocarbon chưa cháy hết.
5.10. Làm thế nào để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường từ quá trình cracking butan?
Để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, cần sử dụng các công nghệ tiên tiến để kiểm soát khí thải, thu hồi và tái sử dụng các sản phẩm phụ, và tuân thủ các quy định về bảo vệ môi trường.
6. Liên Hệ Xe Tải Mỹ Đình Để Được Tư Vấn
Bạn đang tìm kiếm thông tin chi tiết và đáng tin cậy về các loại xe tải ở Mỹ Đình, Hà Nội? Bạn muốn so sánh giá cả và thông số kỹ thuật giữa các dòng xe? Hãy đến với Xe Tải Mỹ Đình tại XETAIMYDINH.EDU.VN để được tư vấn lựa chọn xe phù hợp với nhu cầu và ngân sách của bạn.
Chúng tôi cung cấp thông tin chi tiết và cập nhật về các loại xe tải có sẵn, giải đáp các thắc mắc liên quan đến thủ tục mua bán, đăng ký và bảo dưỡng xe tải. Đặc biệt, chúng tôi cung cấp thông tin về các dịch vụ sửa chữa xe tải uy tín trong khu vực.
Đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và giải đáp mọi thắc mắc:
- Địa chỉ: Số 18 đường Mỹ Đình, phường Mỹ Đình 2, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội
- Hotline: 0247 309 9988
- Trang web: XETAIMYDINH.EDU.VN
Xe Tải Mỹ Đình luôn sẵn sàng phục vụ bạn!
