Phương pháp điều chế C2H4 trong phòng thí nghiệm, trong công nghiệp

C2H4 hay còn gọi là Ethylene là một trong những loại hóa chất được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Vậy Ethylene có những tính chất gì? Điều chế C2H4 như thế nào? Hãy cùng Đông Á tìm hiểu chi tiết hơn trong bài viết này nhé.

1. Ứng dụng của C2H4 trong đời sống

Để tìm hiểu thêm về vai trò của ethylene trong đời sống, Đông Á xin làm rõ những ứng dụng của chất này trong một số ngành nghề phổ biến hiện nay, cụ thể là công nghiệp và nông nghiệp:

1.1 Etylen trong công nghiệp

C2H4 là nguyên liệu thiết yếu trong lĩnh vực sản xuất tổng hợp polyme, cùng với nhiều chất hữu cơ khác

Ethylene được dùng để tổng hợp các chất hữu cơ thiết yếu như: Ethylene glycol, Ethanol,…

Được sử dụng rộng rãi trong ngành dệt may, bao bì và điện tử

C2H4 là nguyên liệu cần thiết và quan trọng để sản xuất chất kết dính, chất độn và vật liệu xây dựng.

C2H4 được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hóa dầu và các dẫn xuất

C2H4 là nguyên liệu thiết yếu trong lĩnh vực sản xuất tổng hợp polyme, cùng với nhiều chất hữu cơ khác

1.2 Etylen trong ngành nông nghiệp

Đẩy nhanh quá trình sinh trưởng bằng tế bào thực vật ở thực vật

Kích thích sinh trưởng, giúp cây nảy mầm nhanh và phát triển tốt

Giúp cây trồng đạt năng suất tốt bằng cách làm cho quả chín đều và nhanh nhờ tăng tính thấm của màng trong tế bào quả.

Ethylene giúp trái cây chín nhanh và đều hơn

2. Phương pháp điều chế C2H4 trong phòng thí nghiệm

Trong môi trường phòng thí nghiệm người ta thường áp dụng một trong hai phương pháp sau để điều chế C2H4:

2.1 Cách 1: Điều chế từ rượu etylic C2H5OH

Vì Ethylene là chất khí rất khó tan trong nước nên để điều chế Ethylene theo cách này trước tiên chúng ta cần đẩy nước để thu được khí này.

Tiếp theo, đun sôi hỗn hợp H2SO4 đậm đặc và Ethyl (C2H5OH). Khi nhiệt độ đạt 170oC khí C2H4 sẽ thoát ra ngoài.

Khi đó chúng ta chỉ cần thu khí C2H4 bằng cách đẩy vào trong nước.

Lưu ý khi thấy phản ứng hóa học kết thúc phải dừng ống nghiệm ngay để bảo toàn lượng khí C2H4 thu được.

Dưới đây là phương trình hóa học để thu khí ethylene trong phòng thí nghiệm:

C2H5OH → C2H4 + H2O

Etylen được điều chế trong phòng thí nghiệm từ rượu etylic C2H5OH

2.2 Cách 2: Điều chế từ Canxi cacbua

Theo phương pháp này, bước đầu tiên là điều chế khí C2H2 (Acetylen). Sau khi thu hồi axetylen, chúng tôi phản ứng với chất xúc tác Hydro và Pb (hoặc Pd). Phản ứng hóa học theo phương pháp này diễn ra như sau:

CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2

C2H2 + H2 → C2H4

3. Điều chế C2H4 trong công nghiệp như thế nào?

C2H4 được điều chế như thế nào trong công nghiệp? Hãy cùng Đông Á tìm hiểu nhé

3.1 Hai phương pháp điều chế C2H4 trong công nghiệp:

Trong công nghiệp, C2H4 chủ yếu được điều chế bằng hai phương pháp sau:

Phương pháp tách nước khỏi rượu: Phương pháp này được thực hiện bằng cách đun nóng rượu trong môi trường có chứa chất xúc tác (như axit sulfuric, axit photphoric) để tạo ra ethylene và nước.

Phương pháp tách hydro khỏi ankan: Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất dầu mỏ, trong đó dầu mỏ được tách thành các phân tử như propylene, butylene, ethylene thông qua quá trình tách hydro.

3.2 Phương pháp tách hydro khỏi ankan tương ứng

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất ethylene dùng trong công nghiệp nhựa và chất lỏng. Cụ thể phương pháp như sau:

Đầu tiên, ankan được sản xuất từ ​​lò Cracking bằng cách nạp nhiên liệu vào lò. Trong lò nứt, nhiệt phân (hoặc tác dụng cơ nhiệt) xảy ra để tách hydro khỏi ankan. Có thể thêm chất xúc tác (như SiO2, Al2O3, v.v.) để tăng hiệu quả và đẩy nhanh quá trình sản xuất ethylene.

Khi nhiệt độ cao tới 500oC – 900oC với áp suất không khí thấp, liên kết CC trong ankan sẽ bị phá vỡ, tạo thành anken.

Sau khi quá trình chiết hydro hoàn tất, phần ethylene sẽ được tách ra khỏi các sản phẩm phụ khác. Người ta có thể điều chế, nghiên cứu màng hoặc hấp phụ để tách ethylene khỏi các chất khác trong hỗn hợp.

Etylen thu được sau quá trình tách cần được tinh chế và tinh chế để loại bỏ tạp chất và tăng độ tinh khiết.

Lưu ý: Quy trình điều chế C2H4 trong công nghiệp có thể có một số thay đổi về các bước, chi tiết thực hiện cũng có thể khác nhau tùy theo điều kiện hoạt động của nhà máy sản xuất.

Ethylene được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và sản xuất

4. Một số lưu ý khi pha chế ethylene

Tuy được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong đời sống nhưng Ethylene là một hóa chất nguy hiểm nếu không được điều chế và sử dụng đúng cách. Dưới đây là một số lưu ý khi pha chế C2H4:

Khí ethylene sinh ra sẽ chứa CO2 và SO2. Để tránh tạp chất trong khí, ta cần cho khí đi qua bông ngâm NaOH đậm đặc để loại bỏ hai nguyên tố trên.

Phản ứng hóa học sẽ xảy ra ở nhiệt độ 170oC. Bạn có thể cho thêm đá bọt vào để hỗn hợp không bị sôi đột ngột hoặc sôi quá mạnh khiến chất lỏng tràn ra ngoài.

Không để C2H4 tiếp xúc quá lâu trong môi trường có quá nhiều khí sẽ dẫn đến ngạt thở do thiếu oxy. Các triệu chứng bao gồm: nghẹt thở, gây mê và trong trường hợp nặng có thể tử vong

Quá trình bảo quản và sử dụng khí ethylene phải tránh cháy nổ. Ethylene tiếp xúc với lửa sẽ gây cháy nổ, ảnh hưởng đến sự sống. Tốt nhất nên có rào chắn và biển báo cẩn thận.

Trên đây là những kiến ​​thức về điều chế C2H4 và ứng dụng của ethylene trong đời sống. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về cách pha chế các chất khác vui lòng truy cập website Đông Á để tìm hiểu thêm

Nguyễn Lân Dũng

Giáo sư Nguyễn Lân Dũng là nhà khoa học hàng đầu Việt Nam trong lĩnh vực vi sinh vật học (wiki), với hơn nửa thế kỷ cống hiến cho giáo dục và nghiên cứu. Ông là con trai Nhà giáo Nhân dân Nguyễn Lân, thuộc gia đình nổi tiếng hiếu học. Giáo sư giữ nhiều vai trò quan trọng như Chủ tịch Hội các ngành Sinh học Việt Nam, Đại biểu Quốc hội và đã được phong tặng danh hiệu Nhà giáo Nhân dân năm 2010.