Hoàn thành chuỗi phản ứng hóa học
1.CH4–>C2H2–>C4H4–>C4H6–>polibutadien
1.CH4–>C2H2–>C4H4–>C4H6–>polibutadien
Trước tiên, các em hãy quan sát chuỗi phản ứng:
CH4 –> C2H2 –> C4H4 –> C4H6 –> polibutadien
Bây giờ, chúng ta sẽ lần lượt hoàn thành từng mũi tên trong chuỗi phản ứng này.
Bước 1: CH4 –> C2H2
Phản ứng này là quá trình điều chế axetilen (C2H2) từ metan (CH4). Đây là một phản ứng nhiệt phân.
Phản ứng: 2CH4 –(nhiệt độ cao, ~1500 độ C, làm lạnh nhanh)–> C2H2 + 3H2
Giải thích: Ở nhiệt độ rất cao (khoảng 1500 độ C) và được làm lạnh nhanh để tránh axetilen bị phân hủy tiếp, metan sẽ bị nhiệt phân tạo thành axetilen và khí hidro. Phản ứng này dựa trên sự thay đổi cấu trúc phân tử dưới tác động của nhiệt độ cao.
Bước 2: C2H2 –> C4H4
Từ axetilen (C2H2), chúng ta cần tạo ra một hợp chất có công thức C4H4. Hợp chất này có thể là but-1-en-3-in hoặc but-2-en-1-in. Tuy nhiên, trong chuỗi phản ứng này, khả năng cao C4H4 là một ankađien đơn giản hơn. Hãy xem xét phản ứng dime hóa axetilen.
Phản ứng: 2C2H2 –(CuCl/NH4Cl, t độ)–> C4H4 (Vinylaxetilen)
Giải thích: Đây là phản ứng dime hóa của axetilen dưới tác dụng của xúc tác đồng (I) clorua trong dung dịch amoniac. Hai phân tử axetilen kết hợp với nhau tạo thành vinylaxetilen (but-1-en-3-in), có công thức phân tử là C4H4. Phản ứng này liên quan đến việc hình thành liên kết mới giữa các phân tử.
Bước 3: C4H4 –> C4H6
Từ C4H4 (vinylaxetilen), chúng ta cần tạo ra C4H6. Hợp chất C4H6 có thể là but-1,3-đien, but-1,2-đien, hoặc but-2-en. Với mục tiêu cuối cùng là polibutadien, sản phẩm trung gian C4H6 rất có thể là but-1,3-đien. Để chuyển từ C4H4 sang C4H6, chúng ta cần cộng thêm H2 vào liên kết ba.
Phản ứng: C4H4 + H2 –(xúc tác Pd/PbCO3 hoặc Ni, t độ)–> C4H6 (Buta-1,3-dien)
Giải thích: Đây là phản ứng hiđro hóa một phần liên kết ba trong vinylaxetilen. Sử dụng xúc tác phù hợp (như Pd/PbCO3, còn gọi là xúc tác Lindlar) sẽ chỉ hiđro hóa một liên kết ba, chuyển hóa vinylaxetilen thành buta-1,3-đien. Nếu dùng xúc tác mạnh hơn hoặc tỉ lệ H2 lớn hơn, có thể hiđro hóa hoàn toàn tạo thành ankan.
Bước 4: C4H6 –> polibutadien
Cuối cùng, chúng ta cần chuyển buta-1,3-đien (C4H6) thành polibutadien. Đây là phản ứng trùng hợp.
Phản ứng: nC4H6 –(xúc tác, t độ, p)–> (-CH2-CH=CH-CH2-)n
Giải thích: Buta-1,3-đien là một monome có khả năng tham gia phản ứng trùng hợp. Dưới tác dụng của xúc tác (ví dụ: natri, các phức kim loại chuyển tiếp như xúc tác Ziegler-Natta) và điều kiện nhiệt độ, áp suất thích hợp, các phân tử buta-1,3-đien nối lại với nhau tạo thành một chuỗi polymer dài là polibutadien. Trong quá trình này, liên kết đôi trong buta-1,3-đien sẽ mở ra để tạo thành các liên kết đơn nối với các monome khác.
Vậy là chúng ta đã hoàn thành xong chuỗi phản ứng hóa học này. Các em thấy đấy, mỗi bước đều có cơ sở khoa học và dựa trên các loại phản ứng hóa học đã học. Hãy ôn tập kỹ các phản ứng này để có thể áp dụng linh hoạt nhé.
1/ \(2C{H_4}\xrightarrow{{{t^o}}}{C_2}{H_2} + 3{H_2}\)
2/ \(2C_2H_2\xrightarrow{{{t^o,xt,p}}}CH \equiv C – CH = C{H_2}\)
3/ \(CH \equiv C – CH = C{H_2}+H_2\xrightarrow{{{Pd/PbCO_3,t^o}}}C{H_2} = CH – CH = C{H_2}\)
4/ \(nC{H_2} = CH – CH = C{H_2}\xrightarrow{{{t^o,xt,p}}}{( – C{H_2} – CH = CH – C{H_2} – )_n}\)
2CH4 (1500 độ c làm lạnh nhanh)–> C2H2 +3H2
2C2H2 (xt,t0)–>LC4H4
C4H4+H2 (Ni, t0)–> C4H6
nCH2=CH-CH=CH2 (t0,xt,p)–> (CH2-CH=CH-CH2)n