Phần I: Viết phương trình hóa học cho các dãy chuyển hóa

Chúng ta sẽ đi từng bước một, phân tích từng mũi tên để xem phản ứng đó thuộc loại phản ứng nào và điều kiện đi kèm là gì.

a. CH4 —> C2H2 —> C2H4 —> C2H5OH —> CH3COOH

* CH4 —> C2H2:
Phản ứng này là phản ứng điều chế axetilen từ metan. Metan là ankan có công thức \(C{H_4}\). Axetilen là ankin có công thức \({C_2}{H_2}\). Để từ metan tạo ra axetilen, chúng ta cần nung metan ở nhiệt độ rất cao.
Phương trình hóa học:
2\(C{H_4}\) \(\xrightarrow{1500^\circ C, \text{làm lạnh nhanh}}\) \({C_2}{H_2}\) + 3\({H_2}\)

* C2H2 —> C2H4:
Phản ứng này là phản ứng cộng hiđro của axetilen để tạo ra etilen. Đây là phản ứng hiđro hóa ankin.
Phương trình hóa học:
\({C_2}{H_2}\) + \({H_2}\) \(\xrightarrow{Ni \text{ hoặc } Pt \text{ hoặc } Pd, t^\circ}\) \({C_2}{H_4}\)

* C2H4 —> C2H5OH:
Phản ứng này là phản ứng cộng nước của etilen để tạo ra etanol. Phản ứng này thuộc loại phản ứng hiđrat hóa anken.
Phương trình hóa học:
\({C_2}{H_4}\) + \({H_2}O\) \(\xrightarrow{H_2S{O_4} \text{ đặc}, t^\circ}\) \({C_2}{H_5}OH\)

* C2H5OH —> CH3COOH:
Phản ứng này là phản ứng oxi hóa etanol thành axit axetic. Etanol là ancol bậc I, khi bị oxi hóa bởi các tác nhân oxi hóa yếu như \(Cu^{2+}\) hoặc \(Ag_2O\) trong môi trường amoniac, hoặc oxi hóa bởi \(KMnO_4\) trong môi trường axit, sẽ tạo ra axit cacboxylic tương ứng. Ở đây, chúng ta có thể sử dụng phản ứng oxi hóa bằng oxi không khí có xúc tác hoặc dùng \(KMnO_4\). Tuy nhiên, theo sách giáo khoa, phản ứng phổ biến nhất là dùng oxi với xúc tác.
Phương trình hóa học:
2\({C_2}{H_5}OH\) + \({O_2}\) \(\xrightarrow{Cu, t^\circ}\) 2\(CH_3COOH\) + 2\({H_2}O\)
(Hoặc: 5\({C_2}{H_5}OH\) + 4\(KMnO_4\) + 6\({H_2}S{O_4}\) \(\xrightarrow{t^\circ}\) 5\(CH_3COOH\) + 4\(MnS{O_4}\) + 2\({K_2}S{O_4}\) + 11\({H_2}O\))
Ở đây, chúng ta sẽ dùng phản ứng với oxi để đơn giản.

b. Tinh bột —> glucozơ —> C2H5OH —> CH2=CH2 —> PE

* Tinh bột —> glucozơ:
Tinh bột là một polisaccarit, nó bị thủy phân trong môi trường axit hoặc enzim để tạo thành glucozơ.
Phương trình hóa học:
(\(C_6{H_{10}}{O_5}\))\(_n\) + n\({H_2}O\) \(\xrightarrow{H^+ \text{ hoặc } enzim}\) n\({C_6}{H_{12}}{O_6}\)

* glucozơ —> C2H5OH:
Phản ứng này là phản ứng lên men glucozơ để tạo thành etanol. Đây là một quá trình sinh hóa quan trọng.
Phương trình hóa học:
\({C_6}{H_{12}}{O_6}\) \(\xrightarrow{Enzim, \text{lên men}}\) 2\({C_2}{H_5}OH\) + 2\(CO_2\)

* C2H5OH —> CH2=CH2:
Phản ứng này là phản ứng tách nước của etanol để tạo thành etilen. Phản ứng này xảy ra khi đun nóng etanol với axit sunfuric đặc.
Phương trình hóa học:
\({C_2}{H_5}OH\) \(\xrightarrow{H_2S{O_4} \text{ đặc}, 170^\circ C}\) \({C_2}{H_4}\) + \({H_2}O\)

* CH2=CH2 —> PE:
Phản ứng này là phản ứng trùng hợp của etilen để tạo thành polietilen (PE).
Phương trình hóa học:
n\({C_2}{H_4}\) \(\xrightarrow{t^\circ, p, xt}\) (-\(CH_2\)-\(-CH_2\)-)\(_n\)

Phần II: Hiện tượng và phương trình hóa học của các phản ứng

Chúng ta sẽ quan sát hiện tượng và viết phương trình tương ứng cho từng phản ứng.

a. Sục khí axetilen vào dd AgNO3 trong NH3 dư

* Hiện tượng:
Thấy xuất hiện kết tủa màu vàng nhạt.

* Giải thích và Phương trình hóa học:
Axetilen (anken) có liên kết ba đầu mạch, nguyên tử hiđro ở nguyên tử cacbon liên kết ba có tính axit yếu. Trong môi trường amoniac, \(Ag^+\) trong \(AgNO_3\) có thể phản ứng với \(C_2H_2\) tạo thành bạc axetilua không tan. Phản ứng này chỉ xảy ra với ankin có liên kết ba ở đầu mạch.
Phương trình hóa học:
\({C_2}{H_2}\) + 2\(AgNO_3\) + 2\(NH_3\) \(\xrightarrow{}\) \({Ag}_2{C_2}\[\downarrow\) + 2\(NH_4NO_3\)

b. Nhỏ từ từ toluen vào ống nghiệm đựng dd Br2

* Hiện tượng:
Dung dịch brom (màu nâu đỏ) không có phản ứng, màu của dung dịch brom không đổi. Toluen không tan trong nước và không phản ứng với dung dịch brom ở điều kiện thường.

* Giải thích và Phương trình hóa học:
Toluen là một hiđrocacbon thơm. Nhóm metyl (-\(CH_3\)) trong toluen có hoạt tính hóa học, có thể tham gia phản ứng thế nguyên tử hiđro của nhóm metyl với các tác nhân như halogen khi chiếu sáng hoặc đun nóng. Tuy nhiên, đối với phản ứng thế vào vòng benzen, phản ứng xảy ra chậm hơn so với benzen và cần xúc tác như \(FeBr_3\). Còn đối với dung dịch brom ở điều kiện thường, phản ứng thế vào vòng benzen của toluen diễn ra rất chậm, thậm chí không đáng kể. Phản ứng cộng vào liên kết pi của vòng benzen không xảy ra ở điều kiện thường. Do đó, không có phản ứng xảy ra.
Không có phương trình hóa học.

c. Nhỏ từ từ phenol vào ống nghiệm đựng dd Br2

* Hiện tượng:
Thấy xuất hiện kết tủa trắng, dung dịch brom bị mất màu.

* Giải thích và Phương trình hóa học:
Phenol có nhóm -OH gắn trực tiếp vào vòng benzen. Nhóm -OH là nhóm hoạt hóa mạnh, định hướng ortho và para. Do đó, phenol dễ dàng phản ứng với dung dịch brom, thay thế các nguyên tử hiđro ở các vị trí ortho và para trong vòng benzen để tạo thành kết tủa trắng 2,4,6-tribromphenol.
Phương trình hóa học:
\({C_6}{H_5}OH\) + 3\(Br_2\) \(\xrightarrow{}\) \({C_6}{H_2}(OH)Br_3\]\downarrow\) + 3\(HBr\)

d. Nhỏ từ từ anđehit axetic vào ống nghiệm đựng dd AgNO3 trong NH3 dư

* Hiện tượng:
Thấy có lớp kim loại bạc sáng bóng bám vào thành ống nghiệm. Dung dịch có thể trong suốt hoặc hơi đục tùy lượng anđehit cho vào.

* Giải thích và Phương trình hóa học:
Anđehit axetic (hay còn gọi là axetanđehit) là một anđehit no, đơn chức, mạch hở. Các anđehit có thể tham gia phản ứng tráng gương với dung dịch \(AgNO_3\) trong \(NH_3\) (gọi là thuốc thử Tollens) do nhóm chức -CHO có tính khử. Phản ứng này tạo ra kim loại bạc.
Phương trình hóa học:
\(CH_3CHO\) + 2\(AgNO_3\) + 3\(NH_3\) + \({H_2}O\) \(\xrightarrow{}\) \(CH_3COONH_4\) + 2\(Ag\) \(\downarrow\) + \(NH_4NO_3\)

Các em về nhà xem lại bài, ôn tập kỹ các phản ứng này nhé. Nếu có câu hỏi nào, các em cứ mạnh dạn hỏi thầy. Chúc các em học tốt!