C2H4 + KMnO4 + H2O → C2H4(OH)2 + MnO2 + KOH

3C₂H₄ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3C₂H₄(OH)₂ + 2MnO₂ + 2KOH 

CH₂=CH₂ + 4H₂O + 2KMnO₄  → 3HO-CH₂-CH₂-OH + 2MnO₂ + 2KOH

1. C2H4 là gì?

C2H4 là công thức hóa học của etilen hay còn gọi là ethylene thuộc một trong các loại hydrocacbon và là một anken đơn giản nhất. Là chất khí sinh học đầu tiên con người biết đến, nó gần gũi với đời sống xã hội.

• Tính chất vật lý của C2H4: Etilen hay C2H4 là chất khí không màu, không mùi và nhẹ hơn không khí (với khối lượng là 28, trong khi không khí có khối lượng là 29). Chất hóa học này ít tan trong nước, dễ bắt cháy và có mùi ngọt nhẹ của xạ hương.
• Tính chất hóa học của C2H4 Etilen hoặc C2H4 có tác dụng được với một hay nhiều chất ở nhiều dạng khác nhau như khí oxy, dung dịch brom (Br2),…. Vì vậy, nó sinh ra nhiều phản ứng khác nhau.
• Công thức cấu tạo của C2H4 đơn giản là CH2=CH2. Với các liên kết đơn và một liên kết đôi như hình dưới:

           

Etilen khi tác dụng với oxi sẽ cháy tạo thành khí cacbonic (CO2), xuất hiện hơi nước và tỏa nhiều nhiệt.

• Ứng dụng của etilen trong thực tế có vô số trong đa lĩnh vực từ công nghiệp đến nông nghiệp, có thể kể đến bao gồm: Sản xuất bao bì, vận chuyển, ngành điện tử, ngành dệt may, làm nguyên liệu tạo chất phủ, chất kết dính, tạo hóa chất, ngành hóa dầu, dẫn xuất, làm nguyên liệu trong vật liệu xây dựng, kích thích nảy mầm, tăn năng suất trong nuôi trồng sản xuất nông sản.
• Lưu ý: Mặc dù mang nhiều ứng dụng có lợi cho cuộc sống con người, xong etilen cũng mang nhiều nguy hiểm cần chú ý khi sử dụng. Do C2H4 tác dụng với O2 tạo CO2, chính vì vậy, nếu hít quá nhiều C2H4 bạn rất dễ bị ngạt thở, mất nhận thức, thậm chí tử vong. Đặc biệt, C2H4 rất dễ cháy, chính vì vậy, cần kiểm tra thật kỹ các bình chứa C2H4 đảm bảo rằng C2H4 không bị rỉ trong nơi có lửa sẽ gây cháy nổ vô cùng nguy hiểm
• Điều chế C2H4 trong phòng thí nghiệm:

C2H5OH → C2H2 + H2O ( có xúc tác của H2SO4 đặc, và nhiệt độ ở 170 độ C)

CaC2 + H2 → C2H4 (có xúc tác Pd hoặc Pb)

• Điều chế C2H4 trong công nghiệp

Trong công nghiệp, etilen (C2H4) được sản xuất bằng cách tách hidro từ ankan(CnH2n+2) tương ứng hoặc bằng phản ứng craking. 

Ví dụ: C4H10 → C2H4 + C2H6

2. Điều chế C2H4(OH)2 qua C2H4

Phương trình hóa học:

C2H4 + KMnO4 + H2O → C2H4(OH)2 + MnO2 + KOH 

Đây là một phương trình oxi hóa khử không hoàn, dưới đây sẽ là hướng dẫn điều chế và cân bằng phương trình hóa học trên.

• Về hướng dẫn điều chế: Dẫn khí etilen vào hỗn hợp dung dịch KMnO4 (hay còn gọi là thuốc tím). Thực hiện dẫn từ từ C2H4 vào dung dịch KMnO4. Sau phản ứng sẽ thấy dung dịch màu tím chuyển dần sang không màu và có vẩn đục màu đen. Vẩn đục màu đen kết tủa này chính là MnO2.
• Bản chất của các chất tham gia phản ứng: C2H4 là chất khử, KMnO4 là chất ô xi hóa mạnh. 
• Thực hiện cân bằng phương trình hóa học:

3 C2H4 + 2 KMnO4 + 4 H2O → 3 C2H4(OH)2 + 2 MnO2 + 2 KOH 

Có nhiều cách để cân bằng phương trình hóa học trên. Bạn có thể sử dụng phương pháp đếm cân bằng các nguyên tử/ nguyên tố trong phương trình (phương pháp này được học từ kiến thức hóa học trung học cơ sở). Xong với những phương trình khó cân bằng, bạn sẽ rất khó để thực hiện cân bằng nhanh, thậm chí không biết cân bằng phương trình hóa học đó như thế nào. Lên trung học phổ thông có nhiều cách cân bằng phương trình hơn. Bạn có thể thực hiện cân bằng phương trình bằng hóa trị, phương pháp chẵn – lẻ, nguyên tố chung nhất, nguyên tố tiêu biểu,… 

Dưới đây sẽ là các bước hướng dẫn cân bằng phương trình bằng một số phương pháp cụ thể.

– Bằng hóa trị tác dụng đơn giản mà bạn có thể áp dụng được cho mọi phương trình, bạn có thể tham khảo:

• Bước 1: Để cân bằng phương trình hóa học theo phương pháp này, bạn cần xác định hóa trị của từng nguyên tố và nhóm nguyên tử trong phương trình.
• Bước 2: Sau khi xác định chính xác các hóa trị của nguyên tố và nhóm nguyên tử trong phương trình, bạn tìm bội số chung nhỏ nhất của các hóa trị này.
• Bước 3: Hoàn thiện các bước trên, bạn tìm được hệ số tương ứng.
• Bước 4: Đây là bước cuối cùng, bạn chỉ cần thay vào phương trình hóa học cần cân bằng là hoàn thành.

– Bằng hệ phân số:

• Bước 1: Thay thế các hệ số vào phương trình sao cho hai vế bằng nhau mà không phân biệt phân số hay số nguyên.
• Bước 2: Thực hiện quy đồng phân số để khử tất cả các phân số trong hệ số.
• Bước 3: Hoàn thiện vào phương trình hóa học cần cân bằng là thành công.

– Bằng phương pháp cân bằng electron: Phương pháp này là một phương pháp dễ dàng thực hiện và thường sử dụng cho phản ứng ô xi hóa – khử nhờ nguyên tắc tổng electron mà chất khử có phải bằng tổng số elcectron mà chất oxi hóa nhận.

Bước 1: Xác định số electron và sự thay đổi số oxi hóa.

Bước 2: Cân bằng electron hai bên

Bước 3: Đặt hệ số tìm được qua quá trình cân bằng electron để tìm ra các hệ số còn lại và hoàn thiện phương trình.

– Bằng phương pháp đại số: Phương pháp này tuy hơi dài những rất dễ dàng thực hiện.

Bước 1: Đặt ẩn cho các hệ số cần tìm

Bước 2: Cân bằng và lập hệ phương trình đại số dựa trên định luật bảo toàn khối lượng

Bước 3: Giải hệ phương trình để tìm ra nghiệm phương trình. Nghiệm của phương trình chính là các hệ số cần tìm.

Bước 4: Thay vào phương trình hóa học cần cân bằng là hoàn thiện.

Ví dụ áp dụng phương pháp này vào phương trình hóa học cần cân bằng trên ta có:

Bước 1: Đặt ẩn cho các hệ số của phương trình hóa học.

a C2H4 + b KMnO4 + c H2O → d C2H4(OH)2 + e MnO2 + f KOH 

Bước 2: Cân bằng và lập hệ phương trình

Xét nhóm nguyên tố C2H4 có: a = d

Xét nguyên tử K có: b = f

Xét Mn có: b = e

Xét O có: 4b + c = 2d + 2e + f

Xét H có: 2c = 2d + f

Từ đây suy ra hệ phương trình:

a = d

b = f = e

4b + c = 2d + 2e + f

2c = 2d + f

=> 4b + c = 2c + 2e

Mà b = e => 2b = c

b = f = e

=> c = 2f

=> 4f = 2d + f => d = 3/2 f

=> a = d = 3/2 f = 3/2 b = 3/2 e = 3/4 c

Bước 3: Chọn nghiệm bất kì. Ta có thể lựa chọn a = 1

=> a = d = 1, f = e = b = 2/3, c = 4/3

Tuy nhiên, hệ số không thể là phân số, ta quy đồng mẫu các phân số để ra các hệ số nguyên hoàn chỉnh.

Từ đó ta quy đồng mẫu 3 được:

a = d = 3, f = e = f = b = 2, c = 4

Bước 4: Thay vào phương trình hóa học cần cân bằng ở trên ta được một phương trình hóa học cân bằng hoàn chỉnh:

3 C2H4 + 2 KMnO4 + 4 H2O → 3 C2H4(OH)2 + 2 MnO2 + 2 KOH 

3. Bài tập liên quan

Câu 1: Dung dịch thuốc tím KMnO4 sau khi dẫn khí C2H4 vào, ta quan sát được hiện tượng:

A. Dung dịch trong suốt

B. Dung dịch vẫn màu tím

C. Dung dịch có vẩn đục màu đen

D. Dung dịch màu xanh lam

Kết quả: Chọn C

Câu 2: Phát biểu nào dưới đây là sai:

A. C2H4 nặng hơn không khí

B. C2H4 nhẹ hơn Oxi

C. C2H4 dễ bắt cháy trong Oxi

D. C2H4 ít tan trong nước.

Kết quả: Chọn A

Câu 3: Phản ứng hóa học đặc trưng của C2H4 (etilen) là:

A. Phản ứng thế

B. Phản ứng oxi hóa – khử

C. Phản ứng cộng

D. Phản ứng phân hủy

Kết quả: Chọn B

Câu 4: Chất nào sau đây làm mất màu dung dịch thuốc tím (KMnO4) ở điều kiện thường:

A. Etilen

B. Benzen

C. Lipit

D. Toluen

Kết quả:  Chọn A

Câu 5: Cân bằng phương trình hóa học sau:

CH3CH2OH → C2H4 + H2O (Trong điều kiện có xúc tác H2SO4 và nhiệt độ)

C2H4 + O2 → CO2 + H2O

C2H4 + H2O + KMnO4 → KOH + MnO2 + C2H4(OH)2

Câu 6: Etilen là chất:

A. Không màu, không mùi

B. Tan trong nước

C. Dễ cháy trong Oxi

D. Cả A và C

Kết quả: Chọn D

Câu 7: Etilen có thể phản ứng được với chất nào sau đây:

A. KMnO4, Br2, I, C6H6, AgNO3.

B. KMnO4, Cr, Cl2, O2, NaOH

C. Br2, Cl2, Zn, Ag, Al(OH)3

D. Br2, KMnO4, O2, H2

Kết quả: Chọn D.

Câu 8: Câu nào nói đúng nhất về etilen

A. Etilen có 1 liên kết đôi và 1 liên kết ba

B. tilen có 1 liên kết đôi

C. Etilen có 1 liên kết ba.

D. Etilen chỉ có liên kết đơn.

Kết quả: Chọn B

Câu 9: Để nhân biết CH4 và C2H4, người ta sử dụng hóa chất nào sau đây:

A. Dung dịch Brom

B. Dung dịch AgNO3 (có xúc tác NH3)

C. Quỳ tím

D. Nước vôi trong (NaOH)

Kết quả: Chọn D