Buzz
Cân bằng phương trình hóa học: C2H5OH → C2H4 + H2O
Đây là phản ứng để tạo ra C2H4 từ C2H5OH.
1. Ethanol - hợp chất cần cân bằng
C2H5OH, hay còn gọi là ethanol, rượu etylic hoặc ancol etylic, có công thức hóa học C2H6O. Đây là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi, dễ hòa tan trong nước và nhiều chất hữu cơ khác, với mùi đặc trưng. Khi đốt cháy, ethanol tạo ra ngọn lửa màu xanh và thải ra khí CO2 cùng hơi nước. Trong trạng thái tinh khiết, ethanol có khả năng hút ẩm và có điểm nóng chảy ở -117,3°C, điểm cháy ở 78,5°C.
Ethanol thường được gọi là cồn công nghiệp vì nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nó được sử dụng để pha chế xăng sinh học, trong ngành hóa chất làm dung môi cho mỹ phẩm, và trong công nghiệp tẩy rửa. Ngoài ra, ethanol còn được dùng trong chế biến đồ uống, rượu bia, thực phẩm và gia vị.
Ethanol rất dễ cháy và có thể gây nổ. Khi vào cơ thể, ethanol chuyển hóa thành axetaldehit, một chất độc có thể gây ngộ độc, xơ gan, ung thư và thậm chí tử vong nếu nồng độ trong máu đạt từ 0,4-0,5%. Nồng độ từ 0,3-0,4% có thể dẫn đến hôn mê.
2. Về Ethilen
Ethilen, có công thức hóa học C2H4, là hợp chất đầu tiên trong dãy đồng đẳng hydrocacbon alken. Đây là một trong những hợp chất hữu cơ được sản xuất nhiều nhất toàn cầu, với sản lượng trên 150 triệu tấn vào năm 2016.
- Ethylen là một loại khí, trong đó các phân tử có thể di chuyển tự do trong không gian. Lực tương tác giữa các phân tử rất yếu, chủ yếu thông qua va chạm ngẫu nhiên hoặc với thành chứa. Các phân tử chuyển động ngẫu nhiên với tốc độ và hướng không xác định và chỉ thay đổi vận tốc qua các va chạm này. Chất khí là một trong bốn trạng thái vật chất chính, bên cạnh chất rắn, chất lỏng và plasma. Chất khí thường chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng khi nhiệt độ tăng, rồi chuyển thành khí khi nhiệt độ tiếp tục tăng, và cuối cùng thành plasma ở nhiệt độ rất cao. Ethylen đặc trưng bởi sự không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước nhưng dễ hòa tan trong ether và một số dung môi hữu cơ.
- Về mặt hóa học, ethylen có thể tham gia vào các phản ứng cháy, phản ứng cộng và phản ứng trùng hợp.
(i) Phản ứng cộng: C2H4 + Br2 → C2H4Br2
C2H4 + H2 → C2H6
C2H4 + HBr → C2H5Br
(ii) Phản ứng trùng hợp: nCH2=CH2 → (-CH2-CH2-)n
(iii) Phản ứng với KMnO4: 3 C2H4 + 4 H2O + 2 KMnO4 → 2 KOH + 2 MnO2 + 3 C2H4(OH)2
- Ethylen là nguyên liệu chính để sản xuất nhựa polyethylen, etanol, và axit acetic. Nó cũng được dùng để thúc đẩy quá trình chín của trái cây.
3. Phản ứng C2H4 + H2O → C2H5OH
Đây là một phản ứng hóa học quan trọng trong sản xuất ethanol. Phản ứng này là thuận nghịch và thuộc loại phản ứng hóa học trùng hợp. Trong phản ứng này, ethylen và nước kết hợp với chất xúc tác để tạo ra ethanol cùng với sự tỏa nhiệt. Đây là một phản ứng thiết yếu trong ngành công nghiệp hóa chất.
Để phản ứng này xảy ra, cần phải đáp ứng một số điều kiện nhất định.
Thứ nhất là yêu cầu về áp suất. Để phản ứng diễn ra nhanh và hiệu quả, áp suất cần đạt ít nhất 60 atm.
Thứ hai là nhiệt độ. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất của phản ứng. Thường thì quá trình sản xuất ethanol diễn ra ở khoảng 300 độ C.
Thứ ba là chất xúc tác. Chất xúc tác là yếu tố giúp tăng tốc độ và hiệu suất phản ứng. Trong phản ứng này, H2SO4 thường được sử dụng làm chất xúc tác.
Cuối cùng, một số phương pháp cân bằng phương trình.
Trước tiên, phương trình hóa học dùng để mô tả một phản ứng hóa học. Theo nguyên tắc bảo toàn khối lượng, số nguyên tử của mỗi nguyên tố trước và sau phản ứng phải giống nhau. Có nhiều phương pháp để cân bằng phương trình hóa học.
4.1. Phương pháp cân bằng phương trình hóa học theo nguyên tử nguyên tố. Các bước thực hiện phương pháp này bao gồm:
Bước 1: Viết lại phương trình dưới dạng các nguyên tử riêng biệt như H2, O2, v.v.
Bước 2: Xác định số lượng nguyên tử theo từng thành phần của sản phẩm.
Bước 3: Điều chỉnh để phản ánh chính xác các chất tham gia phản ứng.
Ví dụ: Cân bằng phương trình hóa học sau: P + O2 → P2O5
Chúng ta viết lại thành: P + O → P2O5
Để tạo ra một phân tử P2O5, cần 2 nguyên tử P và 5 nguyên tử O. Do đó, phương trình trở thành 2P + 5O → P2O5. Một phân tử oxy luôn bao gồm 2 nguyên tử. Nếu chúng ta dùng 5 phân tử oxy, số nguyên tử oxy sẽ gấp đôi, dẫn đến số nguyên tử P và số phân tử P2O5 cũng gấp đôi, tức là 4 nguyên tử P và 2 phân tử P2O5.
Do đó, phương trình cân bằng sẽ là: 4P + 5O2 → 2P2O5.
Hãy thử áp dụng phương pháp này để cân bằng phương trình C2H5OH → C2H4 + H2O.
4.2. Phương pháp cân bằng phương trình hóa học theo cách chẵn - lẻ
Khi một phương trình hóa học đã được cân bằng, tổng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế phải bằng nhau. Nếu số nguyên tử của nguyên tố ở một vế là số chẵn, thì nếu số nguyên tử ở vế còn lại là số lẻ, cần nhân đôi số nguyên tử ở vế trái để cân bằng. Sau đó, cân bằng các hệ số còn lại.
6. Quy trình điều chế etilen trong phòng thí nghiệm
Các hóa chất và dụng cụ cần chuẩn bị gồm: H2SO4 đặc, rượu etylic (C2H5OH), canxi cacbua (CaC2), Pd, đá bọt, và các thiết bị như đèn cồn, ống nghiệm, giá đỡ, chậu thủy tinh, ống dẫn khí, v.v.
Dung dịch H2SO4 cần có nồng độ 98%. Đặt bình chứa nước và H2SO4 dưới vòi bình sục khí, sau đó dẫn C2H4 vào bình chứa nước. Để phản ứng diễn ra, cần nhiệt độ từ 300 đến 350 độ C và áp suất khoảng 60 atm. Sau phản ứng, C2H5OH sẽ được thu lại dưới dạng lỏng. Phương pháp thu khí etilen là đẩy nước, do etilen ít tan trong nước. Phương trình hóa học là:
C2H5OH → C2H4 + H2O (với xúc tác H2SO4 đặc và nhiệt độ 170 độ C)
Hoặc có thể điều chế khí axetilen từ canxi cacbua, sau đó cho khí hydro tác dụng với xúc tác Pd hoặc Pb. Đây là phương trình hóa học liên quan.
CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2
C2H2 + H2 → C2H4 (với xúc tác Pd hoặc Pb)
7. Mở rộng quy trình điều chế etanol
Khi không có oxy, một số loại men rượu có thể chuyển hóa đường thành ethanol và carbon dioxide CO2 theo phương trình hóa học sau đây:
C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2 CO2
Quá trình sản xuất rượu, gọi là quá trình ủ rượu, diễn ra khi men rượu phát triển trong môi trường có khoảng 20% rượu. Nồng độ rượu trong sản phẩm cuối có thể gia tăng nhờ vào quá trình chưng cất. Đây là phương pháp truyền thống trong ngành sản xuất rượu.
Ethanol là một hợp chất hóa học phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Dưới đây là một số thông tin về phương trình hóa học C2H5OH → C2H4 + H2O.
