Phần 1: Điều chế PVC từ C4H10

Để điều chế PVC (polivinyl clorua) từ C4H10 (butan), chúng ta cần thực hiện các bước sau:

Bước 1: Crackinh C4H10 thu được anken và ankan tương ứng.
Phản ứng crackinh butan có thể xảy ra theo nhiều cách, trong đó chúng ta cần anken là etilen (C2H4) để tổng hợp vinyl clorua.

C4H10 -> C2H4 + C2H6 (ankan)

Bước 2: Clo hóa etilen để thu được đicloroetan.
C2H4 + Cl2 -> C2H4Cl2

Bước 3: Dehidrocloruhóa đicloroetan để thu được vinyl clorua.
C2H4Cl2 -> C2H3Cl + HCl

Bước 4: Polime hóa vinyl clorua để thu được PVC.
nC2H3Cl –(t°, p, xúc tác)–> -(CH2-CHCl)n-

Tóm lại, sơ đồ phản ứng điều chế PVC từ C4H10 như sau:
C4H10 –(crackinh)–> C2H4 + C2H6
C2H4 + Cl2 -> C2H4Cl2
C2H4Cl2 –(t°, xt)–> C2H3Cl + HCl
nC2H3Cl –(t°, p, xt)–> -(CH2-CHCl)n-

Phần 2: Điều chế benzen và poli butađien từ CH4

Để điều chế benzen và poli butađien từ CH4 (metan), chúng ta cần thực hiện các bước sau:

2.1: Điều chế benzen từ CH4
Metan (CH4) là ankan có số cacbon nhỏ nhất. Để tạo ra vòng benzen (C6H6) có 6 nguyên tử cacbon, chúng ta cần phản ứng trime hóa metan ở nhiệt độ cao.

3CH4 –(1500°C, làm lạnh nhanh)–> C6H6 + 3H2

2.2: Điều chế poli butađien từ CH4
Để điều chế poli butađien, chúng ta cần butađien (C4H6) là monome. Butađien có thể được tổng hợp từ metan.

Bước 1: Trùng hợp metan để tạo ra axetilen (C2H2).
2CH4 –(1500°C, làm lạnh nhanh)–> C2H2 + 3H2

Bước 2: Đime hóa axetilen để tạo ra vinylaxetilen (C4H4).
2C2H2 –(CuCl/NH4Cl)–> C4H4

Bước 3: Hidro hóa vinylaxetilen để tạo ra butađien (C4H6).
C4H4 + H2 –(Pd/PbCO3)–> C4H6

Bước 4: Polime hóa butađien để thu được poli butađien.
nC4H6 –(t°, p, xúc tác)–> -(CH2-CH=CH-CH2)n-

Tóm lại, sơ đồ điều chế benzen và poli butađien từ CH4 như sau:

Điều chế benzen:
3CH4 –(1500°C, làm lạnh nhanh)–> C6H6 + 3H2

Điều chế poli butađien:
2CH4 –(1500°C, làm lạnh nhanh)–> C2H2 + 3H2
2C2H2 –(CuCl/NH4Cl)–> C4H4
C4H4 + H2 –(Pd/PbCO3)–> C4H6
nC4H6 –(t°, p, xúc tác)–> -(CH2-CH=CH-CH2)n-

Phần 3: Bài tập số 36

Đề bài: Tỉ khối của hỗn hợp X gồm etan, propen và butađien so với H2 bằng 22,5. Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp X sau đó cho toàn bộ sản phẩm cháy vào nước vôi trong dư. Tính khối lượng kết tủa thu được.

Đây là một bài toán đốt cháy hỗn hợp khí và phản ứng với nước vôi trong. Chúng ta sẽ giải từng bước như sau:

Bước 1: Tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp X.
Theo đề bài, tỉ khối của hỗn hợp X so với H2 bằng 22,5.
Khối lượng mol trung bình của X là:
\(M_X = 22,5 \times M_{H_2} = 22,5 \times 2 = 45\) (g/mol)

Bước 2: Viết phương trình cháy tổng quát cho các chất trong hỗn hợp X.
Hỗn hợp X gồm:
– Etan: C2H6
– Propen: C3H6
– Butađien: C4H6

Phương trình cháy tổng quát của ankan (CnH2n+2):
CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 -> n CO2 + (n+1) H2O

Phương trình cháy tổng quát của anken (CnH2n):
CnH2n + 3n/2 O2 -> n CO2 + n H2O

Áp dụng cho các chất trong hỗn hợp X:
– Etan (n=2): C2H6 + 7/2 O2 -> 2 CO2 + 3 H2O
– Propen (n=3): C3H6 + 9/2 O2 -> 3 CO2 + 3 H2O
– Butađien (n=4, nhưng là đien): C4H6 + 11/2 O2 -> 4 CO2 + 3 H2O

Nhận xét: Đối với anken và ankađien có cùng số nguyên tử cacbon, tỉ lệ mol CO2/H2O là như nhau. Tuy nhiên, ở đây chúng ta có propen (anken) và butađien (ankađien).

Bước 3: Liên hệ số mol CO2 và H2O với số mol hỗn hợp X.
Đặt số mol của etan, propen, butađien lần lượt là nC2H6, nC3H6, nC4H6.
Ta có: nC2H6 + nC3H6 + nC4H6 = 0,3 mol.

Tổng số mol CO2 sinh ra:
nCO2 = 2.nC2H6 + 3.nC3H6 + 4.nC4H6

Tổng số mol H2O sinh ra:
nH2O = 3.nC2H6 + 3.nC3H6 + 3.nC4H6 = 3.(nC2H6 + nC3H6 + nC4H6) = 3 * 0,3 = 0,9 mol

Bước 4: Sử dụng khối lượng mol trung bình để tìm mối liên hệ giữa số mol các chất.
Ta có: \(M_X = \frac{m_{C_2H_6} + m_{C_3H_6} + m_{C_4H_6}}{n_X} = \frac{30.n_{C_2H_6} + 42.n_{C_3H_6} + 54.n_{C_4H_6}}{0,3} = 45\)
Hay: \(30.n_{C_2H_6} + 42.n_{C_3H_6} + 54.n_{C_4H_6} = 45 \times 0,3 = 13,5\)

Ta có hệ phương trình:
1) \(n_{C_2H_6} + n_{C_3H_6} + n_{C_4H_6} = 0,3\)
2) \(30.n_{C_2H_6} + 42.n_{C_3H_6} + 54.n_{C_4H_6} = 13,5\)

Nhân phương trình (1) với 30:
\(30.n_{C_2H_6} + 30.n_{C_3H_6} + 30.n_{C_4H_6} = 9\)

Trừ phương trình này với phương trình (2):
\((42-30)n_{C_3H_6} + (54-30)n_{C_4H_6} = 13,5 – 9\)
\(12.n_{C_3H_6} + 24.n_{C_4H_6} = 4,5\)
Chia cho 12:
\(n_{C_3H_6} + 2.n_{C_4H_6} = 0,375\)

Bây giờ ta cần tính số mol CO2.
nCO2 = 2.nC2H6 + 3.nC3H6 + 4.nC4H6
Ta có thể viết lại như sau:
nCO2 = 2(nC2H6 + nC3H6 + nC4H6) + nC3H6 + 2nC4H6
nCO2 = 2(0,3) + (nC3H6 + 2nC4H6)
nCO2 = 0,6 + 0,375
nCO2 = 0,975 mol

Hoặc một cách khác để tính nCO2 nhanh hơn:
Gọi tỉ lệ số nguyên tử C trong hỗn hợp là \( \overline{n_C} \).
\( \overline{n_C} = \frac{M_X}{12} + \frac{\text{số H } – 2}{12} \) – cách này phức tạp.
Ta có thể dùng tỉ lệ C:H.
\(M_X = 45\).
Xét tỉ lệ: \(C_2H_6\), \(C_3H_6\), \(C_4H_6\).
Trong 1 mol hỗn hợp X:
Khối lượng là 45g.
\(nCO_2 = \frac{45-n_{H_2O}}{12}\)
\(M_X = 12\overline{n_C} + 2\overline{n_H}\)
\(45 = 12\overline{n_C} + 2\overline{n_H}\)
Tỉ lệ mol H/C trong hỗn hợp:
Với C2H6: 6/2 = 3
Với C3H6: 6/3 = 2
Với C4H6: 6/4 = 1.5

Ta có thể sử dụng công thức tính nhanh số mol CO2 từ tỉ lệ mol H/C hoặc từ khối lượng mol trung bình.

Cách khác:
Trong 1 mol hỗn hợp: có khối lượng 45g.
Đặt \(n_{C_2H_6} = x, n_{C_3H_6} = y, n_{C_4H_6} = z\).
\(x+y+z = 1\)
\(30x + 42y + 54z = 45\)
\(30x + 30y + 30z = 30\)
\(12y + 24z = 15\)
\(y + 2z = 15/12 = 1,25\)

Số mol CO2 trong 1 mol hỗn hợp:
\(n_{CO_2} = 2x + 3y + 4z\)
\(n_{CO_2} = 2(x+y+z) + y + 2z\)
\(n_{CO_2} = 2(1) + 1,25 = 3,25\) mol.

Vậy, trong 0,3 mol hỗn hợp X, số mol CO2 là:
nCO2 = 0,3 mol * 3,25 mol CO2/mol X = 0,975 mol.

Bước 5: Phản ứng của CO2 với nước vôi trong dư.
Sản phẩm cháy gồm CO2 và H2O. Khi cho vào nước vôi trong (Ca(OH)2) dư, CO2 sẽ phản ứng tạo kết tủa CaCO3.
CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 (kết tủa) + H2O

Theo phương trình, số mol kết tủa CaCO3 thu được bằng số mol CO2.
nCaCO3 = nCO2 = 0,975 mol.

Bước 6: Tính khối lượng kết tủa thu được.
Khối lượng mol của CaCO3 là: \(M_{CaCO_3} = 40 + 12 + 3 \times 16 = 100\) (g/mol).
Khối lượng kết tủa thu được là:
\(m_{CaCO_3} = n_{CaCO_3} \times M_{CaCO_3} = 0,975 \times 100 = 97,5\) gam.

Vậy, khối lượng kết tủa thu được là 97,5 gam.

Hy vọng các em đã hiểu rõ cách giải các bài tập này. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em cứ mạnh dạn hỏi cô nhé.