Tài liệu Tổng hợp hóa dầu (Phần 1)

 1 
 MỤC LỤC 
Đề mục Trang 
MỤC LỤC ...................................................................................... 1 
GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN ............................................................................ 4 
Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun ............................................................................. 4 
Mục tiêu của mô đun ......................................................................................... 4 
Mục tiêu thực hiện của mô đun ......................................................................... 4 
Nội dung chính của mô đun ............................................................................... 4 
CÁC HÌNH THỨC HỌC TẬP CHÍNH TRONG MÔ ĐUN ............................. 5 
YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN .................................... 6 
BÀI 1. NGUỒN NGUYÊN LIỆU ................................................................... 7 
Mã bài: HDE1 .............................................................................................. 7 
Giới thiệu ........................................................................................................... 7 
Mục tiêu thực hiện ............................................................................................. 7 
Nội dung chính ................................................................................................... 7 
1. Parafin ................................................................................................ 7 
2. Olefin ................................................................................................ 10 
3. Hyđrocacbon thơm ........................................................................... 22 
4. Axetylen ............................................................................................ 26 
5. Khí tổng hợp ..................................................................................... 27 
6. Thực hành điều chế etylen và khảo sát tính chất của etylen ........... 33 
7. Câu hỏi ............................................................................................. 35 
BÀI 2. SẢN PHẨM TỪ AXETYLEN ........................................................... 36 
Mã bài: HDE2 ............................................................................................ 36 
Giới thiệu ......................................................................................................... 36 
Mục tiêu thực hiện ........................................................................................... 36 
Nội dung chính ................................................................................................. 36 
1. Sản xuất axetylen từ cacbuacanxi.................................................... 36 
2. Sản xuất vinylclorua (VC) và polyvinylclorua (PVC) ......................... 38 
3. Tổng hợp vinyl axetat (VA), polyvinyl axetat (PVA) ......................... 45 
4. Thực hành điều chế axetylen và khảo sát tính chất của axetylen.... 50 
5. Câu hỏi và bài tập ............................................................................. 52 
BÀI 3. QUÁ TRÌNH OXY HÓA ................................................................... 53 
Mã bài: HDE3 ............................................................................................ 53 
Giới thiệu ......................................................................................................... 53 
Mục tiêu thực hiện ........................................................................................... 53 
 2 
Nội dung chính ................................................................................................. 53 
1. Định nghĩa và phân loại phản ứng oxy hóa ...................................... 53 
2. Tác nhân oxy hóa và kỹ thuật an toàn trong quá trình oxy hóa ....... 55 
3. Kỹ thuật an toàn trong quá trình oxy hóa ......................................... 57 
4. Oxy hóa xúc tác dị thể ...................................................................... 57 
5. Oxy hóa đồng thể. ............................................................................ 69 
6. Thực hành điều chế axit benzoic...................................................... 86 
7. Câu hỏi và bài tập ............................................................................. 88 
BÀI 4. TỔNG HỢP CÁC CHẤT HỮU CƠ TRUNG GIAN ......................... 89 
Mã bài: HDE4 ............................................................................................ 89 
Giới thiệu ......................................................................................................... 89 
Mục tiêu thực hiện ........................................................................................... 89 
NộI dung chính ................................................................................................ 90 
1. Quá trình halogen hóa ...................................................................... 90 
2. Quá trình sunfo hóa ........................................................................ 115 
3. Nitro hóa ......................................................................................... 121 
4. Thực hành ...................................................................................... 123 
5. Câu hỏi và bài tập ........................................................................... 127 
BÀI 5. CHẾ TẠO CHẤT TẨY RỬA .......................................................... 128 
Mã bài: HDE5 .......................................................................................... 128 
Giới thiệu ....................................................................................................... 128 
Mục tiêu thực hiện ......................................................................................... 128 
Nội dung chính ............................................................................................... 128 
1. Phân loại chất hoạt động bề mặt (HĐBM) ...................................... 128 
2. Nguyên liệu sản xuất các chất tẩy rửa ........................................... 131 
3. Cơ chế tẩy rửa. .............................................................................. 140 
4. Công nghệ điều chế chất tẩy rửa ................................................... 141 
5. Một số qui trình công nghệ sản xuất chất tẩy rửa .......................... 151 
6. Xác định hoạt tính tẩy rửa. ............................................................. 159 
7. Thực hành tổng hợp chất tẩy rửa dạng lỏng (nƣớc rửa chén) ...... 164 
8. Câu hỏi và bài tập ........................................................................... 166 
BÀI 6. TỔNG HỢP THUỐC TRỪ SÂU ................................................... 167 
Mã bài: HDE6 .......................................................................................... 167 
Giới thiệu ....................................................................................................... 167 
Mục tiêu thực hiện ......................................................................................... 167 
Nội dung chính ............................................................................................... 167 
Một số công nghệ tổng hợp thuốc trừ sâu .............................................. 167 
Ứng dụng của thuốc trừ sâu .................................................................... 177 
3. Phân loại thuốc trừ sâu .................................................................. 182 
 3 
Câu hỏi và bài tập. ................................................................................... 185 
BÀI 7. CÁC SẢN PHẨM CỦA OLEFIN VÀ HYĐROCACBON THƠM ..... 186 
Mã bài: HDE7 .......................................................................................... 186 
Giới thiệu ....................................................................................................... 186 
Mục tiêu thực hiện ......................................................................................... 186 
NộI dung chính .............................................................................................. 186 
1. Sản phẩm từ etylen và propylen..................................................... 186 
2. Sản phẩm từ benzen và đồng đẳng ............................................... 190 
3. Các sản phẩm từ butađien, styren, iso-pren và clopren ................. 194 
4. Thực hành tổng hợp polystyren ..................................................... 200 
5. Câu hỏi và bài tập ........................................................................... 202 
CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG VÀ NÂNG CAO ............................................. 203 
CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN ......................................................... 205 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 206 
 4 
 GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN 
Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun 
Tổng hợp hóa dầu nhằm giới thiệu những kiến thức cơ bản về hóa học, 
nhiệt động học, cơ chế phản ứng, xúc tác và sơ đồ công nghệ các quá trình 
thuộc lĩnh vực chế biến dầu mỏ và tổng hợp hóa dầu. Ngƣời lao động nào, 
làm việc liên quan đến lĩnh vực tổng hợp hóa dầu, tổng hợp hữu cơ cơ bản 
cần đƣợc trang bị khối kiến thức này. Nếu thiếu, dẫn đến việc thực hiện các 
quá trình công nghệ tổng hợp hữu cơ - hóa dầu bị sai. 
Mục tiêu của mô đun 
Học xong mô đun, học viên có khả năng: 
- Mô tả đƣợc các nguồn nguyên liệu để tổng hợp hóa dầu. 
- Tổng hợp đƣợc các sản phẩm hóa dầu có ích cho nền kinh tế từ các 
sản phẩm lọc dầu. 
- Xác định đƣợc các tính chất đặc trƣng của các sản phẩm đã điều 
chế. 
Mục tiêu thực hiện của mô đun 
Khi hoàn thành mô đun này học viên có khả năng: 
- Mô tả lý thuyết của các quá trình tổng hợp hóa dầu. 
- Thực hiện một số thí nghiệm tổng hợp các chất hữu cơ 
- Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lƣợng của một số quá 
trình 
- Xác định các tính chất của sản phẩm điều chế đƣợc. 
- Làm sạch các sản phẩm đã điều chế. 
- Thực hiện các thí nghiệm của mô đun trong phòng thí nghiệm. 
 Nội dung chính của mô đun 
Bài 1: Nguồn nguyên liệu. 
Bài 2: Sản phẩm từ axetylen. 
Bài 3: Quá trình oxy hóa. 
Bài 4: Tổng hợp các chất hữu cơ trung gian. 
Bài 5: Chế tạo chất tẩy rửa. 
Bài 6: Tổng hợp thuốc trừ sâu. 
Bài 7: Các sản phẩm của olefin và hyđrocacbon thơm. 
 5 
 CÁC HÌNH THỨC HỌC TẬP CHÍNH TRONG MÔ ĐUN 
Học trên lớp về: 
- Giới thiệu tính chất của các nguồn nguyên liệu cho tổng hợp hóa 
dầu. 
- Trình bày các phƣơng pháp tổng hợp trên cơ sở axetylen 
- Phân tích bản chất hóa học và cơ chế phản ứng dị thể khí-lỏng. 
- Trình bày các quá trình biến đổi các sản phẩm lọc dầu thành các sản 
phẩm trung gian. 
- Giới thiệu các phƣơng pháp chế tạo chất tẩy rửa và cơ chế tẩy rửa. 
- Trình bày vai trò của thuốc trừ sâu trong nông nghiệp. 
- Mô tả ứng dụng của các sản phẩm đƣợc điều chế từ etylen, 
propylen, benzen và đồng đẳng. 
- Cách sử dụng, bảo quản các dụng cụ cơ bản của các thí nghiệm 
trong mô đun. 
- Các thao tác cơ bản của các thí nghiệm. 
Tự nghiên cứu tài liệu liên quan đến công nghệ tổng hợp hóa dầu. 
Xem trình diễn về cách tiến hành các thí nghiệm tổng hợp hóa dầu. 
Làm các bài thí nghiệm tổng hợp hóa dầu. 
Tham quan về công nghệ, trang thiết bị dùng trong công nghệ tổng hợp 
hóa dầu của một số cơ sở sản xuất. 
Khảo sát nghiên cứu thị trƣờng cung cấp các nguồn nguyên liệu và tiêu 
thụ sản phẩm tổng hợp hóa dầu. 
 6 
 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN 
Về kiến thức: 
- Mô tả đầy đủ cơ sở lý thuyết các quá trình tổng hợp hóa dầu cơ bản. 
- Vận dụng đúng và đầy đủ các lý thuyết đã học trên lớp vào các thí 
nghiệm tổng hợp hóa dầu. 
- Vận dụng đúng và chính xác các thao tác căn bản trong phòng thí 
nghiệm. 
Về kỹ năng: 
- Tính toán đƣợc cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lƣợng của các 
quá trình tổng hợp hóa dầu. 
- Mô tả đầy đủ tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, quá trình công 
nghệ tổng hợp hóa dầu. 
- Thao tác đúng các sơ đồ công nghệ tổng hợp hóa dầu. 
- Thực hiện đƣợc các thí nghiệm của mô đun trong phòng thí nghiệm 
của trƣờng. 
Về thái độ: 
- Nghiêm túc trong việc củng cố lý thuyết, vận hành các qui trình công 
nghệ. 
- Luôn chủ động kiểm tra và thao tác đúng các thí nghiệm trong mô 
đun. 
- Chủ động xem xét tình trạng của hệ thống thiết bị, hóa chất trong 
phòng thí nghiệm. 
- Nhắc nhở đồng nghiệp đảm bảo về an toàn phòng thí nghiệm. 
 7 
 BÀI 1. NGUỒN NGUYÊN LIỆU 
 Mã bài: HDE1 
 Giới thiệu 
Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất các sản phẩm hữu cơ là những chất 
hữu cơ hóa thạch – than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên. Từ đó, ngƣời ta thu 
đƣợc hầu hết các loại nguyên liệu ban đầu cho các quá trình tổng hợp hữu cơ 
– hóa dầu: parafin, olefin, hyđrocacbon thơm, axetylen và khí tổng hợp. 
Khi tiến hành học bài này, cần chú ý tìm hiểu về các nguồn nguyên liệu mới để 
chất lƣợng sản phẩm đƣợc nâng cao. 
Mục tiêu thực hiện 
Học xong bài này học viên sẽ có khả năng: 
- Mô tả tính chất các nguồn nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu 
- Kiểm tra nguyên liệu đầu vào 
- Làm sạch nguyên liệu đầu vào 
- Thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 
Nội dung chính 
1. Parafin 
Hyđrocacbon no đƣợc chia ra thành nhiều nhóm sau: parafin thấp phân 
tử (C1 – C5) ở dạng riêng lẻ; parafin cao phân tử (C10 – C40) là hỗn hợp lỏng và 
rắn của những đồng đẳng với số cacbon khác nhau. 
1.1. Parafin thấp phân tử 
1.1.1. Giới thiệu 
Metan là chất khí khó hóa lỏng, nhƣng tất cả các parafin dạng khí khác 
đều ngƣng tụ khi làm lạnh bằng nƣớc dƣới tác dụng của áp suất. Quan trọng 
là sự khác biệt về nhiệt độ sôi của n-butan với iso-butan, của n-pentan với iso-
pentan đủ lớn để có thể tách ra bằng phƣơng pháp chƣng cất phân đọan. 
Parafin thấp phân tử không tan trong nƣớc và chất lỏng phân cực, nhƣng 
bị hấp thụ bởi những hyđrocacbon khác và các chất hấp phụ rắn. Parafin thấp 
phân tử tạo với không khí những hỗn hợp nổ nguy hiểm. 
Nguồn gốc chính của parafin thấp phân tử là khí thiên nhiên và khí đồng 
hành, cũng nhƣ khí thu đƣợc từ các quá trình chế biến dầu mỏ có sự tham gia 
của hyđro. 
Để tách khí dầu mỏ, ngƣời ta có thể dùng các phƣơng pháp hấp phụ, 
ngƣng tụ, chƣng cất. Chƣng cất là phƣơng pháp đƣợc dùng nhiều nhất. 
1.1.2. Tách parafin thấp phân tử 
 8 
Khi tách những khí khó ngƣng tụ phải dùng áp suất cao (2 – 4 MPa) và 
làm lạnh sâu. Khi tách etan và metan khỏi những hyđrocacbon khác bằng 
phƣơng pháp chƣng cất, ngƣời ta thƣờng kết hợp với hấp phụ để không phải 
làm lạnh sâu và kinh tế hơn. 
C3
 C 1 + C2
C4
izo-C4
n-C4
 C5
C6
Izo-C5
n-C5
4
9
3
7
8
652
1
10
khí
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ phân tách hỗn hợp parafin thấp phân tử. 
1 – Máy nén; 2, 5, 6, 7, 8, 9 – Tháp chƣng cất phân đoạn; 
3 - Thiết bị ngƣng tụ; 4 - Thiết bị đun nóng; 10 - Thiết bị điều chỉnh áp suất. 
Ngƣời ta nén khí trong bộ nén khí (1), làm lạnh bằng dòng nƣớc rồi cho 
vào tháp chƣng cất ( ...  + H2SO4+ 2SO3 
Lƣợng anhyđrit tăng khi SO3 dƣ nhiều. 
Các phản ứng phụ trên đây, cũng nhƣ các quá trình oxy hóa và phân hủy 
các nhóm ankyl dƣới tác dụng của SO3, sẽ đƣợc hạn chế nếu chọn đƣợc tỉ lệ 
các cấu tử ban đầu tham gia phản ứng hợp lý, phƣơng pháp khuấy trộn thích 
hợp và đặc biệt là chế độ nhiệt độ tối ƣu (trong các phản ứng sunfo hóa bằng 
oleum và SO3 nhiệt độ có thể thay đổi từ -10
0 đến 40 - 600C). 
2.2. Công nghệ quá trình 
Một trong những vấn đề quan trọng cần giải quyết khi sunfo hóa các hợp 
chất thơm, là sử dụng triệt để các tác nhân sunfo hóa và chuyển lƣợng dƣ 
của nó về dạng axit loãng hoặc dạng muối. Sự có mặt của axit loãng hay muối 
vô cơ đòi hỏi thêm một công đoạn tách sản phẩm chính và làm phức tạp thêm 
qui trình công nghệ. 
Khi sunfo hóa bằng axit sunfuric thì vấn đề trên đƣợc giải quyết khá đơn 
giản đối với các hợp chất hyđrocacbon thơm dễ bay hơi. Khi đó, nƣớc sinh ra 
trong phản ứng có thể chƣng tách dƣới dạng hỗn hợp đẳng phí cùng với 
hyđrocacbon chƣa chuyển hóa. Phƣơng pháp này còn có tên gọi sunfo hóa 
”trong hơi nƣớc”, đặc biệt đƣợc áp dụng rộng rãi để sunfo hóa benzen và 
toluen. Nó cũng có thể ứng dụng để sunfo hóa các hợp chất có nhiệt độ sôi 
cao, nhƣng cần phải thêm một tác nhân thứ ba tạo hỗn hợp đẳng phí với 
nƣớc. Đôi khi, có thể không cần tác nhân thứ ba tạo hỗn hợp đẳng phí, thì 
phải tiến hành ở nhiệt độ cao hoặc trong chân không. 
Sunfo hóa bằng axit sunfuric ”trong hơi nƣớc”, thông thƣờng đƣợc tiến 
hành ở nhiệt độ cao (160 - 1800C) và phải tách nƣớc triệt để. Quá trình này có 
thể đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp sunfo hóa liên tục benzen đƣợc biểu 
diễn trên hình 4.7. 
 119 
Sản phẩm sunfo hóa
H2 O
4
3
H2SO4
5
1
2
benzenbenzen
Hình 4.7. Sơ đồ sunfo hóa benzen “trong hơi nƣớc” 
1, 2 – Thiết bị phản ứng; 3 – Sinh hàn; 4 – Thiết bị tách; 5 – Thiết bị gia nhiệt 
Benzen mới và benzen thu hồi đƣợc cho bay hơi và đun nóng trong thiết 
bị (5), sau đó sục vào thiết bị phản ứng (1). Axit sunfuric (dƣới dạng đậm đặc 
90 – 93%) đƣợc đƣa liên tục vào thiết bị phản ứng này. Chất lỏng từ thiết bị 
phản ứng (1) chảy vào thiết bị phản ứng (2). Ở dƣới thiết bị này, ngƣời ta 
cũng cho hơi benzen vào và chuyển động ngƣợc chiều với chất lỏng. 
Phản ứng sunfo hóa xảy ra trong các mâm của thiết bị (2). Thành phần hỗn 
hợp sunfo hóa thay đổi từ trên xuống dƣới theo hƣớng ngày càng chứa nhiều 
benzen sunfonic axit. Benzen từ thiết bị (1) và (2) cùng với hơi nƣớc đƣa đi xử 
lý tiếp tục. Hơi benzen từ thiết bị (1) và (2) cùng với hơi nƣớc đƣợc ngƣng tụ 
trong sinh hàn (3), sau đó đƣợc tách trong thiết bị (4) thành hai lớp: benzen và 
nƣớc. Benzen sau khi đƣợc trung hòa sơ bộ sẽ đƣa trở lại phản ứng. 
Một phƣơng pháp khác sử dụng SO3 triệt để hơn là dùng oleum để sunfo 
hóa các hợp chất thơm. Oleum có hàm lƣợng SO3 ban đầu cao hơn và các 
tính toán cho thấy, sự tiêu hao của nó trên một đơn vị sản phẩm thấp hơn so 
với khi sử dụng axit sunfuric. 
 120 
H2O
4
Sản phẩm sunfo hóa
2
1
 ArH
3
Hình 4.8. sơ đồ sunfo hóa hydrocacbon thơm với oleum 
1, 4 – Thiết bị phản ứng; 2 – Sinh hàn; 3 – Bơm. 
Quá trình sunfo hóa bằng oleum thông thƣờng đƣợc tiến hành theo 
phƣơng pháp gián đoạn, bằng cách cho từ từ hyđrocacbon thơm vào oleum, 
cộng với khuấy trộn và làm lạnh. Quá trình sunfo hóa bằng oleum theo 
phƣơng pháp liên tục, để tổng hợp chất hoạt động bề mặt (hình 4.8) đƣợc 
thực hiện trong một chùm thiết bị phản ứng (từ 3 – 4 thiết bị). Trong thiết bị 
phản ứng đầu tiên có hệ thống vỏ áo làm lạnh gắn với sinh hàn (2), ngƣời 
thực hiện giai đoạn đầu của quá trình (là giai đoạn phát nhiệt mạnh nhất), 
trong đó SO3 gần nhƣ đƣợc sử dụng hết. Oleum và hỗn hợp phản ứng đã làm 
lạnh đƣợc trộn trên hệ thống bơm (3). Các thiết bị phản ứng còn lại, sẽ tiếp 
tục thực hiện những giai đoạn tiếp theo, trong đó nhiệt độ đƣợc nâng lên từ từ 
tại thiết bị kế tiếp, nhằm sử dụng triệt để axit sunfuric. 
Hiệu quả kinh tế của từng phƣơng pháp chủ yếu phụ thuộc vào mức độ 
sử dụng SO3. Có hai phƣơng án sunfo hóa các hợp chất thơm bằng SO3. 
Phƣơng án đầu tiên áp dụng đối với các chất ít bay hơi, sẽ sunfo hóa bằng 
hơi SO3 có làm loãng bằng không khí. Công nghệ của phƣơng pháp này 
tƣơng tự nhƣ sunfo hóa rƣợu, olefin. Phƣơng án thứ hai là tiến hành phản 
ứng trong dioxyt lƣu huỳnh lỏng, chất này sẽ hòa tan SO3 và hyđrocacbon. Ở 
nhiệt độ sôi của dioxyt lƣu huỳnh là -100C, quá trình xảy ra ở những điều kiện 
êm dịu, nhiệt của phản ứng đƣợc giải phóng do quá trình bốc hơi của SO3. 
Điều này cho phép tránh hiện tƣợng nhiệt cục bộ và giảm bớt các quá trình 
phụ. Công nghệ của phƣơng án này tƣơng tự nhƣ khi sunfat hóa rƣợu bằng 
closunfuric axit. 
 121 
3. Nitro hóa 
Nhóm nitro có thể đƣợc đƣa vào các hợp chất hữu cơ bằng nhiều 
phƣơng pháp khác nhau, phụ thuộc vào bản chất của hyđrocacbon ban đầu. 
Các phƣơng pháp sau đây đƣợc ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công 
nghiệp nitro hóa nhân thơm và nitro hóa hyđrocacbon no. 
a. Nitro hóa các hợp chất thơm 
Quá trình nitro hóa các hợp chất thơm chủ yếu đƣợc thực hiện bằng hỗn 
hợp axit nitơric và sunfuric. Axit thứ hai vừa đóng vai trò là chất xúc tác, tác 
nhân hút nƣớc, đồng thời tạo điều kiện sử dụng axit triệt để hơn. Trong hỗn 
hợp nitro hóa, sẽ xảy ra quá trình tác dụng của axit dẫn đến tạo thành tác 
nhân nitro hóa hoạt động rất mạnh là ion nitroni N+O2, ion này sẽ tấn công 
nhân thơm: 
HNO3
 NO2
H2O
+ - NO2 + O
-SO2OH
H+N+O2
NO2
+ H2SO4 N
+O2 + HOSO2O
- + H2O
+ H+
Ảnh hƣởng của nhóm thế đến khả năng phản ứng của vòng thơm, cũng 
nhƣ sự định hƣớng vị trí của nhóm NO2 cũng tuân theo các qui luật chung của 
phản ứng thế ái điện tử trong vòng thơm. Do ảnh hƣởng của nhóm NO2
 trong 
nhân thơm rất lớn, nên vận tốc của các giai đoạn nitro hóa tiếp theo giảm đi rõ 
rệt so với giai đoạn trƣớc [(kn//kn-1)<<1]. Vì vậy phản ứng có thể đƣợc thực 
hiện với hiệu suất rất cao đối với các sản phẩm có mức độ thế khác nhau 
(mono, di hoặc trinitro) nếu chọn điều kiện nhiệt độ và tác nhân nitro hóa hợp 
lý. Ví dụ, khi nitro hóa toluen, đầu tiên ở điều kiện mềm (400C) sẽ tạo thành 
mononitrotoluen (hỗn hợp 58 – 59% đồng phân orto, 4-5% meta và 36-39% 
para). Các đồng phân này ở điều kiện nhiệt độ cao (70 – 800C) sẽ cho các 
dinitrotoluen (hỗn hợp đồng phân 2,4 và 2,6), cuối cùng là trinitrotoluen. 
Điều kiện của phản ứng, đƣợc xác định bằng nhiệt độ và khả năng nitro 
hóa của hỗn hợp axit HNO3 và H2SO4, và phụ thuộc vào khả năng phản ứng 
của hợp chất thơm. Khả năng nitro hóa của hỗn hợp axit ban đầu đƣợc quyết 
định bởi tỉ lệ nồng độ H2SO4, HNO3 và nƣớc. Ngƣời ta đánh giá khả năng này 
bằng đại lƣợng hoạt độ nitro hóa (ký hiệu NF): 
NF = CH2SO4. 140 / (140 -CHNO3) 
Trong công thức này phân số đặc trƣng cho mức độ tăng nồng độ của 
axit sunfuric, sau khi toàn bộ lƣợng HNO3 đã tiêu hao và sinh ra một lƣợng 
nƣớc tƣơng ứng: 
 122 
140 /(140 – CHNO3) = 100 / [100 – (CHNO3 / 63)] = 100 / (100 – 0.714CHNO3) 
Trong đó 18 và 63 là khối lƣợng phân tử của nƣớc và HNO3. 
Nhƣ vậy, giá trị NF chính là nồng độ của H2SO4 sau phản ứng, với điều 
kiện đã tiêu hao hết HNO3. Đối với mỗi loại hợp chất thơm, đều có giá trị NF 
tới hạn. Giá trị này sẽ càng cao nếu khả năng phản ứng của hợp chất đó càng 
thấp. Trong thực tế, thƣờng ngƣời ta sử dụng một lƣợng ít HNO3 dƣ nhằm 
tăng mức độ nitro hóa và tăng độ chuyển hóa của hyđrocacbon. Tất nhiên, khi 
đó mức độ tiêu hao của HNO3 sẽ nhỏ hơn 100%. Ví dụ, trong trƣờng hợp nitro 
hóa toluen, giá trị NF ở giai đoạn đầu phải là 70, giai đoạn thứ hai là 82, còn ở 
các giai đoạn tƣơng ứng là 96; 90; và 50 – 60%. Tƣơng ứng nhƣ vậy, benzen 
cũng bị nitro hóa thành nitrobenzen (NF = 70; 65 – 700C). Sau đó là m-
dinitrobenzen (NF = 88; 80 – 900C). 
Nitro hóa các hợp chất thơm là phản ứng không thuận nghịch và tỏa 
nhiệt mạnh (=151KJ cho nhóm nitro). Cũng nhƣ trong trƣờng hợp sunfo hóa, 
hiệu ứng nhiệt cao một phần do quá trình làm loãng hỗn hợp nitro hóa bởi 
nƣớc sinh ra, và nhiệt lƣợng này phụ thuộc vào nồng độ của axit sunfuric. 
Khi nitro hóa hyđrocacbon và các dẫn suất clo, hỗn hợp phản ứng bao 
gồm hai chất lỏng không trộn lẫn với nhau. Để tránh hiện tƣợng nhiệt cục bộ 
và các phản ứng phụ oxy hóa, cần phải khuấy trộn và làm lạnh tốt. Quá trình 
thƣờng đƣợc tiến hành trong hệ thống các thiết bị phản ứng nối tiếp có gắn hệ 
thống khuấy. Sau mỗi thiết bị phản ứng là thiết bị tách để phân tách pha 
hyđrocacbon khỏi hỗn hợp nitro hóa. Hỗn hợp nitro hóa mới (hoặc 
hyđrocacbon), đƣợc đƣa vào thiết bị phản ứng cuối cùng. Tại đây, ở điều kiện 
nhiệt độ cao sẽ sử dụng đƣợc toàn bộ hỗn hợp nitro hóa. Lƣợng axit còn lại, 
sau thiết bị cuối này sẽ đƣa trở lại các thiết bị phản ứng trƣớc nó (hình 4.9). 
Các dẫn suất nitro vòng thơm đóng vai trò rất quan trọng trong công 
nghiệp các chất nổ và là các chất trung gian để tổng hợp các amin (anilin từ 
nitrobenzen, toludin từ mononitrotoluen,m-phenylendiamin và m-tolulendiamin 
từ dinitrotoluen). 
Nitrophenol thƣờng đƣợc điều chế qua giai đoạn sunfo hóa ( vì các 
phenol rất dễ bị oxy hóa bởi axit nitơric): 
C6H5OH HOC6H4SO2OH
+ H2SO4
HOC6H4NO2-H2O
+ HNO3
-HSO4 
Nitro phenol đƣợc ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ, trong sản 
xuất hàng loạt thuốc trừ sâu hoạt tính cao. 
 123 
3
1
ArNO2
1
2
2
1
2
ArH
H2O
H2O
H2O
H2SO4 + HNO3
Hình 4.9. Hệ thống thiết bị phản ứng nitro hóa các hợp chất thơm. 
1 - Thiết bị phản ứng nitro hóa; 2 - Thiết bị lọc; 3 - Bơm. 
4. Thực hành 
4.1. Tổng hợp etylbromua 
4.1.1. Hóa chất, dụng cụ 
- Etanol 96% 
- KBr tinh khiết 
- H2SO4 đậm đặc 
- Bình cầu đáy ròn 250ml 
- 01 Cột cất Vicgrơ 
- 0.1 Sinh hàn thẳng 
- 01 Erlen 250ml 
- 01 Co cổ 24/26 
- 01 Nhiệt kế 1000C 
- 01 Phễu chiết 
4.1.2. Các chỉ dẫn an toàn: 
- Lấy axit sunfuric trong tủ hút và theo đúng chỉ dẫn về cách lấy và thứ 
tự cho hóa chất. 
- Erlen thu hồi sản phẩm chƣng cất phải đƣợc làm lạnh tốt. 
- Tốc độ chƣng cất phải đúng theo hƣớng dẫn thí nghiệm. 
4.1.3. Các công việc chuẩn bị 
- Chuẩn bị hóa chất đầy đủ. Dụng cụ khô, sạch. 
- Chuẩn bị sổ ghi chép hiện tƣợng kết quả thí nghiệm. 
4.1.4. Qui trình 
 124 
- Cho vào bình cầu đáy tròn dung tích 250ml, 28ml etanol và 20ml 
nƣớc. Làm lạnh, vừa lắc vừa thêm dần từ từ 33ml H2SO4 đậm đặc, 
sau đó cho tiếp 30g KBr. 
- Đầu cuối của co cổ phải nhúng vào bình erlen đựng nƣớc đá. Đun 
hỗn hợp phản ứng và cất thu lấy etylbromua với tốc độ 2 – 3 
giọt/giây. 
- Cho sản phẩm thô vào phễu chiết và lắc thận trọng với H2SO4 đậm 
đặc lạnh (bằng 1/5 thể tích của sản phẩm), để loại ete là sản phẩm 
phụ tạo thành trong quá trình phản ứng. Sau đó rửa với nƣớc, trung 
hòa với dung dịch NaHCO3 10%, rửa với nƣớc, làm khan bằng 
CaCl2 khan và chƣng cất lấy sản phẩm qua cột Vicgrơ và lấy phân 
đoạn có nhiệt độ sôi 35 – 400C. 
4.1.5. Kết quả 
Ghi nhận dung tích etylbromua. Tính hiệu suất phản ứng. 
4.1.6. Phiếu đánh giá thực hành 
Mục tiêu: Điều chế etylbromua bằng phản ứng halogen hóa ancol 
etylic. 
Có 
thực 
hiện 
Không 
thực 
hiện 
Bƣớc hoạt 
động 
Đạt Không 
đạt 
Tiêu chuẩn của 
hoạt động 
 1. Mặc trang 
phục 
 Mặc áo blue 
 2. Nhận hóa 
chất và dụng 
cụ, thiết bị 
 Theo đúng yêu 
cầu của phòng thí 
nghiệm 
 3. Sắp xếp 
chỗ làm việc 
 Đúng quy định, 
ngăn nắp và 
thuận tiện 
 4. Tiến hành 
thí nghiệm 
 Đúng thao tác và 
đạt yêu cầu kỹ 
thuật 
 6. Ghi nhận 
kết quả 
 Đảm bảo chính 
xác và đầy đủ 
 7. Kết thúc thí 
nghiệm 
 Trả lại tình trạng 
ban đầu 
 125 
 8. Xử lý kết 
quả thí 
nghiệm 
 Viết phƣơng trình 
phản ứng, nhận 
xét sản phẩm và 
tính hiệu suất 
phản ứng 
 9. Kết thúc 
công việc 
 Nộp phiếu kết 
quả và bàn giao 
dụng cụ, thiết bị 
đã nhận 
4.2. Tổng hợp nitrobenzen 
4.2.1. Hóa chất, dụng cụ 
- Benzen 
- HNO3 65% 
- H2SO4 đậm đặc 
- Na2CO3 10% 
- CaCl2 
- 01 Bình cầu 2 cổ 
- 01 sinh hàn hồi lƣu 
- 01 nhiệt kế 1000C 
- 01 nhiệt kế 3000C 
- 01 bình cầu đáy bằng 100ml 
- 01 phễu chiiết 200ml 
- 01 bình chƣng cất 100ml 
- 01 sinh hàn không khí 
4.2.2. Các chỉ dẫn an toàn 
- Benzen đƣợc lấy trong tủ hút 
- Lấy axit HNO3 65%, H2SO4 đậm đặc theo đúng hƣớng dẫn và cho 
vào thí nghiệm theo đúng thứ tự. 
- Quá trình rửa nitrobenzen bằng phễu chiết đƣợc tiến hành trong tủ 
hút. 
4.2.3. Các công việc chuẩn bị 
Chuẩn bị hóa chất đầy đủ. Dụng cụ khô, sạch. 
Chuẩn bị sổ ghi chép hiện tƣợng kết quả thí nghiệm. 
4.2.4. Qui trình 
- Cho 30ml HNO3 vào bình cầu 2 cổ. Lắp hệ thống thí nghiệm. Vừa 
lắc vừa cho thêm chậm 37.5ml H2SO4 đậm đặc vào. Làm lạnh hỗn 
hợp axit đến 300C. Sau đó cho từng lƣợng nhỏ benzen qua ống sinh 
hàn vào bình phản ứng. Lắc kĩ, giữ nhiệt độ hỗn hợp ở 600C trong 1 
giờ. 
 126 
- Để nguội, đỗ hỗn hợp vào phễu chiết, tách bỏ phần axit ở dƣới. Rửa 
pha nitrobenzen bằng nƣớc, rồi bằng dung dịch Na2CO3 10%, cuối 
cùng rửa bằng nƣớc. ( lúc này lớp nitrobezen nằm dƣới). 
- Cho nitrobenzen vào bình cầu đáy bằng, cho vào một ít CaCl2 khan, 
đun nhẹ tới khi trong hẳn. 
- Gạn nitrobenzen vào bình chƣng. Lắp sinh hàn không khí, chƣng lấy 
sản phẩm ở 201 – 2110C. 
4.2.5. Kết quả 
Ghi nhận dung tích nitrobenzen thu đƣợc. Tính hiệu suất phản ứng. 
4.2.6. Phiếu đánh giá thực hành 
Mục tiêu: Điều chế etylbromua bằng phản ứng halogen hóa ancol 
etylic. 
Có 
thực 
hiện 
Không 
thực 
hiện 
Bƣớc hoạt động Đạt Không 
đạt 
Tiêu chuẩn của 
hoạt động 
 1. Mặc trang 
phục 
 Mặc áo blue 
 2. Nhận hóa 
chất và dụng cụ, 
thiết bị 
 Theo đúng yêu cầu 
của phòng thí 
nghiệm 
 3. Sắp xếp chỗ 
làm việc 
 Đúng quy định, 
ngăn nắp và thuận 
tiện 
 4. Tiến hành thí 
nghiệm 
 Đúng thao tác và 
đạt yêu cầu kỹ 
thuật 
 6. Ghi nhận kết 
quả 
 Đảm bảo chính 
xác và đầy đủ 
 7. Kết thúc thí 
nghiệm 
 Trả lại tình trạng 
ban đầu 
 8. Xử lý kết quả 
thí nghiệm 
 Viết phƣơng trình 
phản ứng, nhận 
xét sản phẩm và 
tính hiệu suất phản 
ứng 
 127 
 9. Kết thúc công 
việc 
 Nộp phiếu kết quả 
và bàn giao dụng 
cụ, thiết bị đã nhận 
5. Câu hỏi và bài tập 
5.1. Kể tên các tác nhân sử dụng trong quá trình halogen hóa? Hãy viết các 
phƣơng trình điều chế một số tác nhân cơ bản? 
5.2. Trình bày một vài sản phẩm thu đƣợc của quá trình clo hóa chuỗi gốc và 
mô tả ứng dụng của chúng trong ngành công nghệ hóa học. 
5.3. Trình bày đặc điểm công nghệ của quá trình clo hóa chuỗi gốc pha lỏng. 
5.4. Mô tả cấu tạo và nêu nguyên tắc họat động của các thiết bị phản ứng clo 
hóa gốc chuỗi pha lỏng. 
5.5. Nêu nguyên tắc họat động của các thiết bị phản ứng clo hóa gốc chuỗi 
pha khí. 
5.6. Trình bày một vài sản phẩm thu đƣợc của quá trình clo hóa xúc tác ion, 
mô tả tổng quan ứng dụng của chúng trong ngành công nghệ hóa học. 
5.7. Trình bày đặc điểm công nghệ của quá trình clo hóa xúc tác ion trong pha 
lỏng. 
5.8. Trình bày đặc điểm của các tác nhân sử dụng trong quá trình sunfo hóa 
hydrocacbon thơm. 
5.9. Nêu cơ chế phản ứng nitro hóa hydrocacbon thơm với xúc tác là axit 
sunfuric.