Khái quát chung về đặc điểm, tính chất và phản ứng điều chế khí metan

Khái quát chung về đặc điểm, tính chất và phản ứng điều chế khí metan

Lý thuyết về định nghĩa và tính chất của khí metan là một dạng kiến thức rất điển hình trong chương trình hóa học lớp 9, để làm tốt được dạng bài tập này mời các bạn cùng theo dõi bài viết mà chúng tôi đã tổng hợp dưới đây!

I. Metan là gì?

    1. Khái niệm

Metan là một chất khí đặc trứng của nhóm đồng đẳng ankan, là một hydrocacbon có công thức hóa học là \(CH_4\). Metan được coi là một hydrocacbon đơn giản nhất được tìm thấy, là chất khí trong suốt không màu, không mùi, không vị trong tự nhiên. Còn trong công nghiệp khí meeetan thường được trộn với một số hộp chất hoặc mọt lượng nhỏ S có mùi mạnh để dễ phát hiện ra, cũng như tránh được các trường hợp rò rỉ.

Bên cạnh đó, metan được ứng dụng rất nhiều trong đời sống, đặc biệt là dùng làm nguyên nhiên liệu. Phản ứng đốt cháy khí metan tạo ra khí cacbondioxit và nước:

\(CH_4 + 2 O_2 → CO_2 + 2 H_2O\)

Ngoài khí metan còn có đặc tính là gây ra phản ứng nhà kính, làm trái đất nóng lên, gấp nhiều lần so với khí cacbondioxit.

Khí metan có ở đâu?

Thành phần chính của khí trong tự nhiên bao gồm khí dầu mỏ, khí tự nhiên, khí ao bùn, đầm lầy. Là một sản phẩm khí được tạo ra từ các quá trình chế biến và sản xuất dầu mỏ hay từ phản ứng trưng cất than đá. Mật độ khí meeetan trên bề mặt Trái Đất hiện nay đã tăng lên khoảng 150%.

Mới nhất:

•  Axetilen
•  Benzen

    2. Tính chất vật lý

Tên khác	khí đầm lầy, khí bùn
Công thức hóa học	CH4
Bề ngoài	khí trong suốt, lửa màu xanh da trời
Đặc tính
Tỷ trọng và pha	0.717 kg/m3, gas
Điểm nóng chảy	−182.5 °C (90.6 K) ở 1 atm 25 °C (298 K) at 1.5 GPa
Điểm sôi	−161.6 °C (111.55 K)
Điểm ba	90,7 K, 0,117 bar

II. Tính chất hóa học của metan

• Phản ứng oxi hóa hoàn toàn

Hay ta còn gọi là phản ứng cháy của metan thông qua các bước: \(CH_4 \rightarrow gốc \ CH_3 \rightarrow +O_2 \rightarrow HCHO \rightarrow cacbonmonoxit\)

\(CH_4 + O_2 → CO_2 + H_2O (ΔH = −891 \ kJ/mol \ ở \ 25^{oC}, 1 atm)\)

Sau đó, diễn ra rất nhanh phản ứng H2 bị ôxi hóa tạo ra H2O và phóng nhiệt.

\(H_2 + ½ O_2 → H_2O\)

Cuối cùng, phản ứng tạo nhệt, CO bị chuyển hóa thành CO2. Xảy ra chậm hơn.

\(CO + ½ O_2 → CO_2\)

• Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn

Là phản ứng điều chế ra fomanđehit, bột than, khí đốt,...

\({\displaystyle { {CH_4 + O_2 \rightarrow [200atm, 300^{oC}] HCHO + H_2O}}}\)

\({\displaystyle { {CH_4 + \dfrac{1}{2}O_2 \rightarrow [500^{oC},Ni]CO + 2H_2}}}\)

\({\displaystyle { {CH_4 + O_2 \rightarrow  C + H_2O}}}\)(đốt trong điều kiện thiếu không khí)

• Phản ứng nhiệt phân

Bằng cách nhiệt phân một lượng CH4 trong điều kiện nhiệt độ cao (\(1500^0C\)

\({\displaystyle { {2CH_4 \rightarrow C_2H_2 + 3H_2}}} (ΔH = 397 \ kJ/mol)\)

• Hoạt hóa hidro

Dùng trong sản xuất khí hidro mặc dù liên kết C - H rất bền vững và khó phá vỡ. Trong điều kiện xúc tác thích hợp khí metan là chất được lựa chọn đầu tiên trong việc sản cuất ra khi hidro, ankan bậc thấp này còn được sử dụng rất nhiều trong nghiên cứu và công nghiệp sản xuất.

• Phản ứng thế Halogen

Sản phẩm cho ra là ra dẫn xuất metan halogen và hidro halogenua.

Ví dụ: phản ứng qua nhiều giai đoạn khác nhau:

\(CH4 + Cl_2 → CH_3Cl + HCl\)

\(CH_3Cl + Cl_2 → CH_2Cl_2 + HCl\)

\(CH_2Cl_2 + Cl_2 → CHCl_3 + HCl\)

\(CHCl_3 + Cl_2 → CCl_4 + HCl\)

• Phân hủy metan

Với điều kiện nhiệt độ là \(1000^oC\)

\(CH_4 → C + 2H_2\)

Ngoài ra còn có phản ứng metan ra axetilen.

Xem thêm: Bài tập về metan

III. Điều chế metan

Natri axetat ra metan

• Từ nhôm cacbua

\(Al_4C_3 + 12H_2O → 4Al(OH)_3 + 3CH_4↑\)

\(Al_4C_3 + 12HCl → 4AlCl_3 + 3CH_4↑\)

• Từ \(CH_3COONa\) với điều kiện xúc tác CaO ở nhiệt độ cao.

\({\displaystyle { {CH_3COONa + NaOH \rightarrow CH_4 + Na_2CO_3}}}\) (phản ứng vôi tôi xút)

• Tác dụng trực tiếp với Niken 

\({\displaystyle { {C + 2H_2 \rightarrow [Ni] CH_4}}}\)

• Từ CO

\(CO + 3H_2 → H_2O + CH_4↑\)

• Từ \(C_6H_{12}O_6\)

\(C_6H_{12}O_6 → 3CO_2 + 3CH_4\)

• Khai thác khí thiên nhiên, từ hoạt động sản xuất dầu mỏ

• Cracking ankan từ 3Cacbon trở lên

\({\displaystyle {{C_3H_8 \rightarrow [cracking] CH_4 + C_2H_4}}}\)

Với những lý thuyết bổ ích trên hy vọng các bạn đã hiểu được cách làm dạng bài tập về khí metan. Nếu còn thắc mắc xin vui lòng để lại dưới mục bình luận. Cảm ơn sự quan tâm của các bạn!