Đề bài
Xét phản ứng giữa methane với chlorine:
$CH_{4} + \ Cl_{2}\overset{askt}{\rightarrow}CH_{3}Cl + HCl$
Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc tự do, trong đó giai đoạn phát triển mạch có sự hình thành các gốc tự do $\overset{\bullet}{\text{C}}\text{H}_{\text{3}}$và $\overset{\bullet}{\text{C}}\text{l}$. Giai đoạn tắt mạch có sự kết hợp 2 gốc tự do nói trên, tạo thành CH3Cl như sau
$\overset{\bullet}{\text{C}}\text{H}_{\text{3}}$ + $\overset{\bullet}{\text{C}}\text{l}$$\overset{}{\rightarrow}$ $CH_{3}Cl$
Bên cạnh sản phẩm thế mong muốn CH3Cl, phản ứng còn tạo sản phẩm phụ nào dưới đây?
$C_{2}H_{2}$.
$C_{2}H_{4}$.
$C_{2}H_{6}$.
$C_{2}H_{5}OH$.
Phương pháp giải
Phân tích cơ chế phản ứng giữa methane với chlorine.
Lời giải chi tiết
Cơ chế này bao gồm các giai đoạn sau:
- Giai đoạn khởi đầu: Phân cắt phân tử $Cl_{2}$ dưới ánh sáng tạo ra hai gốc tự do $\overset{\bullet}{\text{Cl}}$.
- Giai đoạn phát triển: Gốc tự do $\overset{\bullet}{\text{Cl}}$ tấn công $CH_{4}$, tạo ra $\overset{\bullet}{\text{C}}\text{H}_{3}$ và $HCl$. Gốc $\overset{\bullet}{\text{C}}\text{H}_{3}$ mới hình thành sẽ tiếp tục phản ứng với $Cl_{2}$ tạo ra $CH_{3}Cl$ và $\overset{\bullet}{\text{Cl}}$. Quá trình này tiếp tục chu kỳ phản ứng.
- Giai đoạn kết thúc: Hai gốc tự do gặp nhau và kết hợp lại thành sản phẩm ổn định. Trong trường hợp này, $\overset{\bullet}{\text{C}}\text{H}_{3}$ và $\overset{\bullet}{\text{C}}\text{H}_{3}$ có thể kết hợp để tạo thành $C_{2}H_{6}$.
Do vậy, ngoài sản phẩm chính $CH_{3}Cl$, trong phản ứng này còn hình thành sản phẩm phụ $C_{2}H_{6}$. Đây là những phân tử ethane sinh ra từ hai gốc methyl tự do (hay còn gọi là gốc methan). Vì vậy, lựa chọn đúng cho câu hỏi là:
C. $C_{2}H_{6}$.