Phương trình C2H4 + KMnO4 + H2O cần được cân bằng thành C2H4(OH)2 + MnO2 + KOH

1. Cân bằng phương trình C2H4 + KMnO4 + H2O thành C2H4(OH)2 + MnO2 + KOH

3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O → 3C2H4(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH

3CH2=CH2 + 4H2O + 2KMnO4 → 3HO-CH2-CH2-OH + 2MnO2 + 2KOH

Để cân bằng phương trình hóa học, bạn cần đảm bảo số lượng nguyên tố ở cả hai bên phương trình là như nhau. Dưới đây là hướng dẫn để cân bằng phương trình hóa học này:

Phương trình ban đầu là: C2H4 + KMnO4 + H2O → C2H4(OH)2 + MnO2 + KOH

Bước 1: Cân bằng số nguyên tố C (carbon) và H (hydrogen): Ở vế trái, có 1 phân tử C2H4 và 1 phân tử H2O, tổng cộng có 2 nguyên tố carbon (C) và 6 nguyên tố hydrogen (H). Ở vế phải, có 1 phân tử C2H4(OH)2 và 1 phân tử KOH, tổng cộng có 2 nguyên tố carbon (C) và 7 nguyên tố hydrogen (H).

Bước 2: Cân bằng số nguyên tố O (oxygen): Ở vế trái, 1 phân tử KMnO4 cung cấp 4 nguyên tố oxygen (O) và 1 phân tử H2O cung cấp thêm 1 nguyên tố oxygen. Ở vế phải, 1 phân tử MnO2 và 1 phân tử KOH cung cấp tổng cộng 3 nguyên tố oxygen. Để cân bằng số lượng nguyên tố oxygen, cần điều chỉnh các hệ số trước các chất để cả hai bên phương trình bằng nhau. Phương trình hiện đã được cân bằng về số lượng các nguyên tố C, H và O.

Cách thực hiện: Dẫn khí etilen qua dung dịch thuốc tím, hiện tượng kết tủa màu đen xuất hiện chứng tỏ sự hình thành MnO2.

Hiện tượng xảy ra trong phản ứng là:

Phản ứng giữa etylen (C2H4), kali permanganat (KMnO4), nước (H2O), ethylene glycol (C2H4(OH)2), mangan điôxít (MnO2), và kali hydroxit (KOH) là một phản ứng oxi hóa trong môi trường kiềm. Trong quá trình này, etylen (C2H4) bị oxi hóa thành ethylene glycol (C2H4(OH)2) với sự tham gia của nước (H2O). Kali permanganat (KMnO4) hoạt động như chất oxi hóa mạnh, chuyển từ màu tím đậm sang màu xanh lá cây (MnO2) và tạo ra kali hydroxit (KOH). Mangan điôxít (MnO2) là sản phẩm còn lại của phản ứng kali permanganat. Hiện tượng nổi bật là sự thay đổi màu sắc của kali permanganat và sự hình thành ethylene glycol, cùng với mangan điôxít và kali hydroxit như các sản phẩm phụ.

2. Đặc điểm và tính chất của C2H4 và KMnO4

Etylen (C2H4):

- Tính chất vật lý của Etylen:

+ Dạng vật lý: Etylen là khí không màu, không mùi, và không có vị. Tính chất nhiệt động học: Etylen rất dễ cháy và khi cháy tạo ra ngọn lửa xanh lam.

+ Tính chất hòa tan: Etylen hòa tan tốt trong các dung môi hữu cơ như ete (diethyl ether), benzen, và dầu động cơ.

+ Tính chất động học: Etylen có liên kết đôi giữa hai nguyên tử carbon, điều này làm cho nó có tính chất hóa học năng động và có khả năng tham gia vào nhiều phản ứng hóa học.

- Tính chất hóa học của Etylen:

+ Phản ứng oxi hóa: Etylen dễ dàng bị oxi hóa, chẳng hạn như trong phản ứng với KMnO4 để tạo thành ethylene glycol.

+ Phản ứng trùng hợp: Etylen có khả năng liên kết thành các chuỗi polymer như polyethylene.

+ Phản ứng với halogen: Etylen có thể kết hợp với các halogen như clo (Cl2) để tạo thành các hợp chất halogen hóa.

+ Phản ứng với axit sulfuric tạo thành etyl sulfat: Etylen có thể kết hợp với axit sulfuric (H2SO4) để tạo ra etyl sulfat.

Kali Permanganat (KMnO4):

- Các đặc tính vật lý của Kali Permanganat:

+ Dạng vật lý: Kali permanganat xuất hiện dưới dạng tinh thể rắn màu tím đậm.

+ Tính chất hòa tan: Kali permanganat có khả năng hòa tan trong nước tạo thành dung dịch màu tím đậm, với tính chất oxi hóa mạnh mẽ.

- Tính chất hóa học của Kali Permanganat:

+ Tính chất oxi hóa: Kali permanganat là một chất oxi hóa mạnh mẽ, có khả năng oxi hóa nhiều chất hữu cơ và vô cơ trong các phản ứng hóa học. Trong quá trình này, nó phân hủy thành mangan điôxít (MnO2) và ion manganate (MnO4^-).

+ Phản ứng khử: Kali permanganat có thể tham gia vào các phản ứng khử khi tiếp xúc với các chất khử mạnh như axit sulfuric đặc hoặc hydrochloric đặc, tạo ra các sản phẩm khử như mangan điôxít (MnO2).

+ Ứng dụng trong xử lý nước: Kali permanganat được dùng để tẩy trắng, khử trùng, và loại bỏ các chất hữu cơ cũng như vi khuẩn trong quá trình xử lý nước sạch và nước thải.

+ Ứng dụng trong hóa học phân tích: Kali permanganat thường được dùng để đo nồng độ các hợp chất hữu cơ trong phân tích hóa học và cũng đóng vai trò là chất tạo màu trong các phản ứng hóa học.

3. Một số bài tập vận dụng liên quan

Bài 1. Xem phản ứng C2H4 + KMnO4 + H2O → C2H4(OH)2 + MnO2 + KOH. Tổng hệ số cân bằng của phản ứng (khi tối giản) là:

A. 16

B. 9

C. 10

D. 7

Hướng dẫn giải: Đáp án chính xác là A

3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O → 3C2H6O2 + 2MnO2 + 2KOH => Tổng hệ số cân bằng = 3 + 2 + 4 + 3 + 2 + 2 = 16

Bài 2. Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X chứa 2 anken kế tiếp nhau, thu được CO2 và H2O với khối lượng chênh lệch 6,76 gam. Công thức của hai anken này là:

A. C2H4 và C3H6

B. C3H6 và C4H8

C. C4H8 và C5H10

D. C2H4 và C4H8

Phương pháp giải:

+ Khi đốt cháy hoàn toàn anken, số mol CO2 và H2O thu được sẽ bằng nhau.

+ Từ sự chênh lệch khối lượng CO2 và H2O, tính giá trị x.

+ Tính số nguyên tử carbon trung bình để xác định công thức phân tử của hai anken.

Lời giải:

Khi đốt cháy hoàn toàn anken, số mol CO2 và H2O thu được sẽ bằng nhau.

Gọi nCO2 = nH2O = x mol

Sự chênh lệch khối lượng giữa CO2 và H2O là 44x - 18x = 6,76, từ đó suy ra x = 0,26 mol

=> Số nguyên tử carbon trung bình = 0,26 / 0,1 = 2,6

=> Công thức phân tử của hai anken là C2H4 và C3H6

Đáp án chính xác là A.

Bài 3. Dãy các chất có khả năng làm mất màu dung dịch thuốc tím là

A. Etylen, axetilen, anđehit fomic, toluen

B. Axeton, etylen, anđehit axetic, cumen

C. Benzen, but-1-en, axit fomic, p-xilen

D. Xiclobutan, but-1-in, m-xilen, axit axetic

Lời giải: Đáp án đúng là A

Giải thích: Axeton, benzen, xiclobutan không làm mất màu dung dịch thuốc tím.

Bài 4. Chất nào sau đây có khả năng làm mất màu dung dịch KMnO4 trong điều kiện thường?

A. Benzen B. Axetilen C. Metan D. Toluen

Xem đáp án: Lựa chọn đúng là B

Axetilen có công thức hóa học CH≡CH và có khả năng làm mất màu dung dịch KMnO4 ở điều kiện bình thường.

3C2H2 + 8KMnO4 + 4H2O → 3(COOH)2 + 8MnO2 + 8KOH

Bài 5. Khi đốt cháy hoàn toàn 20ml hỗn hợp X chứa C3H6, CH4 và CO (với thể tích CO gấp 2 lần thể tích CH4), thu được 24ml CO2 (các thể tích khí đo trong cùng điều kiện). Tỉ khối của hỗn hợp X so với H2 là:

A. 12,9

B. 25,8

C. 22,2

D. 11,1

Phương pháp giải quyết:

+ Giả sử a, b, và 2b lần lượt là thể tích của C3H6, CH4, và CO

+ Bảo toàn nguyên tố C: V CO2 = 3V C3H6 + V CH4 + V CO

Giả sử a, b, và 2b lần lượt là thể tích của C3H6, CH4 và CO, ta có: Vx = a + b + 2b = 20

V CO2 = 3a + b + 2b = 24, suy ra a = 2 và b = 6

Vậy Mx = (42.2 + 16.6 + 28.12) / 20 = 25,8, do đó d X/H2 = 12,9

Đáp án chính xác là A.

Bài 6. Một hỗn hợp A có thể tích 2,24 lít, chứa 2 anken liên tiếp trong dãy đồng đẳng và hidro. Để hoàn thành quá trình đốt cháy hỗn hợp này, cần đến 6,944 lít oxi. Sau khi sản phẩm cháy được dẫn qua bình chứa P2O5, khối lượng bình tăng thêm 3,96 gam. Các khí được đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Công thức cấu tạo của hai anken và tỷ lệ phần trăm thể tích hidro trong hỗn hợp A là gì?

A. C3H6 và C4H8 với 80%. B. C2H4 và C3H6 với 80%. C. C2H4 và C3H6 với 20%. D. C3H6 và C4H8 với 20%.

Hướng dẫn giải: Gọi nCnH2n = a mol; nH2 = b mol. Ta có phương trình phản ứng: CnH2n + 1,5nO2 → nCO2 + nH2O

a → 1,5na → na

2H2 + O2 → 2H2O

b → 0,5b → b

+) nO2 tham gia phản ứng = PT(2) +) nH2O tạo thành = PT(3)

Hỗn hợp có số mol là 0,1 mol; nO2 = 0,31 mol;

Giả sử công thức phân tử của hai anken là CnH2n. Đặt nCnH2n = a mol; nH2 = b mol, ta có a + b = 0,1 (1)

CnH2n + 1,5nO2 → nCO2 + nH2O

a → 1,5na → na

2H2 + O2 → 2H2O

b → 0,5b → b

Số mol O2 tham gia phản ứng = 1,5na + 0,5b = 0,31 (2)

Khối lượng bình tăng tương ứng với khối lượng P2O5 giữ lại. Từ đó, mH2O = 3,96 gam, dẫn đến nH2O = 0,22 mol, và số mol H2O tạo ra = na + b = 0,22 (3)

Từ các phương trình (1), (2) và (3), ta tính được b = 0,02; a = 0,08; n = 2,5. Do đó, hai anken trong hỗn hợp là C2H4 và C3H6

Tỷ lệ phần trăm nH2 = 0,02/0,1 × 100% = 20%

Lựa chọn đáp án chính xác là: C