Bước 1: Viết phương trình phản ứng điều chế axetilen trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, để điều chế khí axetilen (C₂H₂), người ta cho canxi cacbua (CaC₂), thường được gọi là đất đèn, tác dụng với nước (H₂O).

Phản ứng hóa học xảy ra như sau:

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

Trong đó:
CaC₂ là Canxi cacbua.
H₂O là Nước.
C₂H₂ là Axetilen (khí), là sản phẩm chính chúng ta cần thu.
Ca(OH)₂ là Canxi hiđroxit (dung dịch hoặc chất ít tan), là sản phẩm phụ.

Đây là phương pháp duy nhất để điều chế axetilen trong phòng thí nghiệm được giới thiệu trong sách giáo khoa lớp 9. Các em cần học thuộc lòng phương trình này nhé!

Bước 2: Giải thích quy trình thu khí

Bây giờ, chúng ta sẽ đi vào phần khó hơn nhưng cũng thú vị hơn: giải thích tại sao quy trình thu khí lại phức tạp như vậy. Quy trình này gồm hai giai đoạn chính: làm sạch và thu khí.

a. Tại sao phải dẫn khí qua bình đựng dung dịch NaOH?

Mục đích của việc này là để làm sạch khí axetilen.

Các em cần biết rằng, canxi cacbua (đất đèn) dùng trong phòng thí nghiệm thường không tinh khiết mà có lẫn một số tạp chất, ví dụ như canxi sunfua (CaS) và canxi photphua (Ca₃P₂).

Khi cho đất đèn vào nước, không chỉ có CaC₂ phản ứng mà các tạp chất này cũng phản ứng, sinh ra các khí độc và có mùi rất khó chịu:
– Canxi sunfua phản ứng với nước tạo ra khí hiđro sunfua (H₂S), là khí có mùi trứng thối.
– Canxi photphua phản ứng với nước tạo ra khí photphin (PH₃), là khí có mùi tỏi và rất độc.

Như vậy, khí axetilen thu được ban đầu sẽ bị lẫn các tạp chất khí là H₂S và PH₃. Để thu được axetilen tinh khiết hơn, ta phải loại bỏ chúng. Dung dịch NaOH (Natri hiđroxit) là một dung dịch bazơ, nó sẽ tác dụng với các tạp chất khí có tính axit (như H₂S) và một số khí khác, giữ chúng lại trong bình.

Kết luận: Dẫn khí axetilen qua bình đựng dung dịch NaOH là để loại bỏ tạp chất, làm sạch khí axetilen trước khi thu.

b. Tại sao thu khí axetilen bằng phương pháp đẩy nước?

Sau khi đã được làm sạch, khí axetilen được dẫn vào ống nghiệm chứa đầy nước và úp ngược trong chậu nước. Phương pháp này được gọi là phương pháp đẩy nước (hay dời chỗ của nước).

Phương pháp này được áp dụng dựa trên một tính chất vật lí rất quan trọng của axetilen: Axetilen là chất khí rất ít tan trong nước.

Vì axetilen hầu như không tan trong nước nên khi chúng ta sục khí vào ống nghiệm, khí axetilen sẽ chiếm chỗ của nước và đẩy nước ra khỏi ống nghiệm. Khi ống nghiệm đầy khí, chúng ta sẽ thu được axetilen gần như tinh khiết.

Tại sao không thu bằng cách đẩy không khí?
Khí axetilen có khối lượng mol là \(M = 12 \times 2 + 1 \times 2 = 26\) g/mol. Khối lượng mol trung bình của không khí là khoảng 29 g/mol. Vì khối lượng mol của axetilen xấp xỉ không khí nên việc thu bằng cách đẩy không khí (để ngửa hay úp bình) sẽ không hiệu quả và khí thu được không tinh khiết do dễ lẫn với không khí.

Do đó, phương pháp đẩy nước là phương pháp tối ưu nhất để thu khí axetilen trong phòng thí nghiệm.

TÓM TẮT
1. Điều chế: CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂
2. Làm sạch: Dùng dung dịch NaOH để loại bỏ tạp chất (H₂S, PH₃).
3. Thu khí: Dùng phương pháp đẩy nước vì axetilen rất ít tan trong nước.

Cô hy vọng qua bài giải chi tiết này, các em đã hiểu rõ hơn về cách điều chế và thu khí axetilen. Đây là một thí nghiệm quan trọng, giúp các em củng cố kiến thức về tính chất vật lí và hóa học của chất khí. Chúc các em học tốt