Phần a. Nhận biết các khí: CO2, CH4, H2, C2H4 bằng phương pháp hóa học.

Để nhận biết các khí này, chúng ta sẽ dựa vào tính chất hóa học đặc trưng của từng loại khí. Các em hãy nhớ lại kiến thức về các khí đã học.

Bước 1: Sử dụng dung dịch nước vôi trong để nhận biết CO2.

* Cách tiến hành: Dẫn lần lượt từng khí qua dung dịch nước vôi trong (Ca(OH)2).
* Hiện tượng quan sát được: Khí nào làm đục nước vôi trong thì đó là khí cacbonic (CO2).
* Giải thích: Khí cacbonic tác dụng với canxi hidroxit tạo thành canxi cacbonat kết tủa, làm dung dịch bị vẩn đục.
* Phương trình hóa học:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O

* Sau bước này: Chúng ta đã nhận biết được khí CO2. Còn lại 3 khí chưa nhận biết là CH4, H2, C2H4.

Bước 2: Sử dụng dung dịch brom để nhận biết C2H4.

* Cách tiến hành: Dẫn lần lượt 3 khí còn lại (CH4, H2, C2H4) qua dung dịch nước brom (Br2). Dung dịch brom thường có màu vàng nâu.
* Hiện tượng quan sát được: Khí nào làm mất màu dung dịch brom thì đó là khí etilen (C2H4).
* Giải thích: Khí etilen có liên kết đôi C=C, nên nó có khả năng phản ứng cộng với brom, làm mất màu dung dịch brom.
* Phương trình hóa học:
C2H4 + Br2 → C2H4Br2 (đicloetan)

* Sau bước này: Chúng ta đã nhận biết được CO2 và C2H4. Còn lại 2 khí chưa nhận biết là CH4 và H2.

Bước 3: Đốt cháy để nhận biết CH4 và H2.

* Cách tiến hành: Dẫn lần lượt 2 khí còn lại (CH4, H2) cho tác dụng với oxi trong điều kiện có mồi lửa (bật lửa, mồi kim loại nung nóng).
* Hiện tượng quan sát được:
* Khí nào cháy với ngọn lửa xanh nhạt, sinh ra khí làm đục nước vôi trong thì đó là metan (CH4).
* Khí nào cháy với ngọn lửa xanh lam, không sinh ra chất làm đục nước vôi trong thì đó là hidro (H2).
* Giải thích:
* Metan cháy hoàn toàn sinh ra cacbon đioxit và nước. Cacbon đioxit có thể làm đục nước vôi trong.
* Hidro cháy với ngọn lửa xanh lam, sinh ra nước. Nước không làm đục nước vôi trong.
* Phương trình hóa học:
* Đối với CH4:
CH4 + 2O2 –(t°)–> CO2 + 2H2O
(Sau đó, dẫn khí sinh ra cho qua nước vôi trong, thấy có kết tủa CaCO3)
* Đối với H2:
2H2 + O2 –(t°)–> 2H2O

Tóm lại cách nhận biết cho phần a:
1. Dùng nước vôi trong: nhận biết CO2 (làm đục).
2. Dùng dung dịch Brom: nhận biết C2H4 (làm mất màu).
3. Cho tác dụng với O2 rồi dẫn sản phẩm qua nước vôi trong:
* CH4 cháy cho sản phẩm làm đục nước vôi trong.
* H2 cháy không làm đục nước vôi trong.

—

Phần b. Nhận biết các khí đựng riêng biệt trong mỗi lọ: C2H4, Cl2, CH4.

Ở phần này, chúng ta có 3 khí: etilen (C2H4), clo (Cl2) và metan (CH4). Chúng ta sẽ dựa vào tính chất hóa học khác nhau của chúng để nhận biết.

Bước 1: Sử dụng dung dịch nước brom để nhận biết C2H4 và Cl2.

* Cách tiến hành: Dẫn lần lượt từng khí qua dung dịch nước brom (Br2).
* Hiện tượng quan sát được:
* Khí làm mất màu dung dịch brom thì đó có thể là C2H4 hoặc Cl2.
* Khí không làm mất màu dung dịch brom thì đó là CH4.
* Giải thích:
* C2H4 có liên kết đôi C=C nên phản ứng cộng với Br2 làm mất màu dung dịch brom.
* Cl2 cũng phản ứng với dung dịch brom (thực ra là phản ứng thế hoặc cộng tùy điều kiện, nhưng ở đây ta xét tính chất làm mất màu).
* CH4 là ankan, rất kém hoạt động hóa học, trong điều kiện thường không phản ứng với dung dịch brom.
* Phương trình hóa học (tạm thời, chưa phân biệt C2H4 và Cl2):
* Đối với C2H4:
C2H4 + Br2 → C2H4Br2
* Đối với Cl2: (thường phản ứng với nước trước, tạo HCl và HClO, sau đó HClO có tính oxi hóa mạnh làm mất màu chất hữu cơ, hoặc phản ứng thế trực tiếp với Br2 trong dung dịch)
Hoặc đơn giản hiểu là Cl2 cũng làm mất màu nước brom.

* Sau bước này: Chúng ta đã nhận biết được CH4. Còn lại 2 khí chưa nhận biết là C2H4 và Cl2.

Bước 2: Phân biệt C2H4 và Cl2.

Chúng ta có thể dựa vào phản ứng của chúng với nước hoặc tính chất của sản phẩm phản ứng.

* Cách 1: Cho tác dụng với nước có chiếu sáng hoặc đun nóng nhẹ.
* Dẫn khí C2H4 qua nước: Không có phản ứng xảy ra đáng kể trong điều kiện thường.
* Dẫn khí Cl2 qua nước: Khí Cl2 tan trong nước tạo thành dung dịch nước clo. Nước clo có tính oxi hóa mạnh, có mùi hắc đặc trưng và làm hóa đỏ giấy quỳ ẩm.
* Giải thích: Cl2 phản ứng với nước theo phương trình:
Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO
(Axit clohidric và axit hipoclorơ)
Trong đó, HClO là chất oxi hóa mạnh.

* Cách 2: Cho tác dụng với dung dịch NaOH.
* Dẫn khí C2H4 qua dung dịch NaOH: Không có phản ứng xảy ra trong điều kiện thường.
* Dẫn khí Cl2 qua dung dịch NaOH (có thể đun nóng nhẹ để phản ứng xảy ra nhanh hơn): Khí Cl2 phản ứng với dung dịch NaOH tạo thành muối natri clorua, natri clorua và nước.
* Giải thích:
* Ở nhiệt độ thường: Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O
* Khi đun nóng: 3Cl2 + 6NaOH –(t°)–> 5NaCl + NaClO3 + 3H2O
Quan trọng là Cl2 phản ứng với NaOH, còn C2H4 thì không.

* Cách 3: Dùng quỳ tím ẩm.
* Đặt giấy quỳ tím ẩm gần khí C2H4: Giấy quỳ tím không đổi màu.
* Đặt giấy quỳ tím ẩm gần khí Cl2: Khí Cl2 tác dụng với nước có trên giấy quỳ tím ẩm, tạo ra HCl và HClO. HClO có tính oxi hóa mạnh, sẽ làm mất màu giấy quỳ tím (ban đầu có thể hóa đỏ do HCl).
* Giải thích: Như đã nêu ở cách 1, Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO. HCl làm quỳ tím hóa đỏ, HClO làm mất màu quỳ tím.

Chúng ta chọn một trong các cách trên để phân biệt. Ví dụ, dùng quỳ tím ẩm là cách đơn giản và nhanh chóng.

Tóm lại cách nhận biết cho phần b:
1. Dùng dung dịch nước brom:
* CH4: không làm mất màu nước brom.
* C2H4 và Cl2: đều làm mất màu nước brom.
2. Để phân biệt C2H4 và Cl2 (trong hai lọ khí đã làm mất màu nước brom):
* Dùng quỳ tím ẩm:
* Cl2: làm mất màu quỳ tím ẩm (do phản ứng với nước tạo HClO).
* C2H4: không làm mất màu quỳ tím ẩm.

Vậy là chúng ta đã hoàn thành việc nhận biết các khí này bằng phương pháp hóa học. Các em cần ghi nhớ tính chất hóa học đặc trưng của từng loại khí để có thể áp dụng làm bài tập một cách hiệu quả nhé. Có em nào còn thắc mắc gì không?