C2H4 (Etilen) là gì? Tính chất hóa học, tính chất vật lí, nhận biết, điều chế, ứng dụng của C2H4 (Etilen)

C₂H₄ (Etilen) là gì?

1. Định nghĩa Etilen

- Định nghĩa: Etilen (C₂H₄) là một hyđrocacbon không no nằm trong dãy đồng đẳng của anken. Etilen là chất khí, không màu, không mùi, ít tan trong nước, nhẹ hơn không khí (d=28/29 ).

- Công thức phân tử: C₂H₄.

- Công thức cấu tạo:  

Viết gọn: CH₂=CH₂.

- Danh pháp

    + Tên quốc tế: C₂H4 có tên gọi là etilen

    + Tên nhóm CH₂=CH₂- được gọi là nhóm vinyl.

2. Tính chất vật lí của Etilen

Etilen là chất khí, không màu, không mùi, ít tan trong nước, nhẹ hơn không khí (d= 28/29 ).

3. Tính chất hóa học của Etilen

- Trong phân tử etilen, mỗi nguyên tử cacbon liên kết với hai nguyên tử hiđro, hai hóa trị còn lại dùng để liên kết hai nguyên tử cacbon với nhau.

- Công thức cấu tạo của etilen:

Viết gọn: CH₂=CH₂.

- Giữa hai nguyên tử cacbon có hai liên kết. Những liên kết như vậy được gọi là liên kết đôi.Trong liên kết đôi có một liên kết kém bền. Liên kết này dễ bị đứt ra trong các phản ứng hóa học.

3.1. Phản ứng cộng

- Phản ứng cộng halogen (phản ứng halogen hóa)

- Cộng brom

- Dẫn khí etilen qua dung dịch brom màu da cam

- Hiện tượng: Dung dịch brom bị mất màu.

- Nhận xét: Etilen đã phản ứng với brom trong dung dịch.

- Liên kết kém bền trong liên kết đôi bị đứt ra và mỗi phân tử etilen đã kết hợp thêm một phân tử brom. Phản ứng trên được gọi là phản ứng cộng.

- Ngoài brom, trong những điều kiện thích hợp, etilen còn có phản ứng cộng với một số chất khác. Ví dụ hiđro, clo.

- Nhìn chung, các chất có liên kết đôi (tương tự như etilen) dễ tham gia phản ứng cộng.

- Cộng clo

- Phản ứng cộng hiđro (phản ứng hiđro hóa)

- Phản ứng cộng axit

- Hiđro halogenua (HCl, HBr, HI), axit sunfuric đậm đặc ,... có thể cộng vào etilen.

   CH₂=CH₂ + HCl (khí ) → CH₃CH₂Cl : (etyl clorua)

    CH₂=CH₂ + H-OSO₃H → CH₃CH₂OSO₃H : (etyl hiđrosunfat )

- Phản ứng cộng nước (phản ứng hiđrat hóa)

- Ở nhiệt độ thích hợp và có xúc tác axit, etilen có thể cộng nước.

3.2. Phản ứng trùng hợp

- Ở điều kiện thích hợp (nhiệt độ, áp suất, xúc tác), liên kết kém bền trong phân tử etilen bị đứt ra. Khi đó, các phân tử etilen kết hợp với nhau tạo thành phân tử có kích thước và khối lượng rất lớn, gọi là polietilen (viết tắt là PE).

- Phản ứng trên được gọi là phản ứng trùng hợp.

- Polietilen là chất rắn, không tan trong nước, không độc. Nó là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp chất dẻo.

3.3. Phản ứng oxi hóa

- Etilen cháy hoàn toàn tạo ra CO₂, H₂O và tỏa nhiều nhiệt:

   C₂H₄ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

- Etilen làm mất màu dung dịch KMnO4:

    2 CH₂=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H2₂O → + 2MnO₂ + 2KOH (etylen glicol)

- Phản ứng làm mất màu dung dịch thuốc tím kali pemanganat được dùng để nhận ra sự có mặt của liên kết đôi của anken.

4. Nhận biết Etilen

- Cách 1: Dẫn khí etilen qua dung dịch brom màu da cam. Hiện tượng: Dung dịch brom bị mất màu.

- Cách 2: Dẫn khí etilen qua dung dịch kali pemanganat. Hiện tượng: Dung dịch kali pemanganat bị mất màu.

5. Điều chế Etilen

- Trong công nghiệp, etilen được điều chế bằng phản ứng tách hiđro từ ankan tương ứng hoặc bằng phản ứng craking.

- Trong phòng thí nghiệm, etilen được điều chế bằng cách đun etanol với axit sunfunric đậm đặc:

6. Ứng dụng của Etilen

- Trong các hợp chất hữu cơ do con người sản xuất thì etilen đứng hàng đầu về sản lượng. Sở dĩ như vậy vì etilen cũng là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp tổng hợp polime và các hợp chất hữu cơ khác.

- Tổng hợp polime

    + Trùng hợp etilen người ta thu được các polime để chế tạo màng mỏng.... dùng cho nhiều mục đích khác nhau.

    + Chuyển hóa etilen thành các monome khác để tổng hợp ra hàng loạt polime đáp ứng nhu cầu phong phú của đời sống và kĩ thuật.

- Tổng hợp các hóa chất khác

    + Từ etilen tổng hợp ra những hóa chất hữu cơ thiết yếu như etanol, etilen oxit, etylen glicol, anđehit axetic,....

- Etilen dùng để kích thích quả mau chín.

7. Bài tập về Etilen

Ví dụ 1. Trùng hợp 1 mol etilen (với hiệu suất 80 %) ở điều kiện thích hợp thì thu được  khối lượng polietilen là 

A. 35,0 gam.

B. 14,0 gam.

C. 28,0 gam.

D. 22,4 gam.

Lời giải:

Đáp án D

nCH₂ = CH₂ +.... (– CH₂ – CH₂  –)_n

Bảo toàn khối lượng có: 

 

Ví dụ 2. Đốt cháy hoàn toàn V lít khí etilen ở điều kiện tiêu chuẩn. Sau đó dẫn sản phẩm phản  ứng qua bình đựng lượng dư nước vôi trong thấy thu được 10 gam kết tủa.

Giá trị của V là

A. 1,12 lít.

B. 1,68 lít.

C. 2,24 lít.

D. 3,36 lít. 

Lời giải:

Đáp án A

Theo các PTHH có: 

V = 0,05.22,4 = 1,12 lít.

Ví dụ 3: Hóa chất thường dùng để phân biệt metan và etilen là

A. H₂.

B. O₂.

C. Br₂.

D. CO₂.

Lời giải:

Đáp án C

Etilen làm mất màu dung dịch brom, còn metan thì không.

CH₂ = CH₂ + Br₂ → CH₂Br – CH₂Br.