Khí Metan là một loại khí quen thuộc trong chương trình hóa học phổ thông và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày. Vậy khí Metan là gì? Công thức hóa học của nó ra sao? Và nó có những phản ứng đặc trưng cũng như ứng dụng gì? Hãy cũng DINHNGHIA.com.vn tìm câu trả lời qua bài viết dưới đây nhé.
Khí metan là gì?
Khái niệm
Khí Metan hay còn được gọi là khí bùn ao. Đây là một trong những loại khí thuộc dãy đồng đẳng Ankan, bên cạnh các khí như Etan, Propan, Butan… Đây là Hydrocacbon đơn giản nhất với công thức hóa học là CH4.
Công thức hóa học
Dựa vào công thức hóa học, ta có thể dễ dàng thấy được, khí Metan được kí hiệu là CH4 với cấu tạo từ 1 nguyên tử Cacbon và 4 nguyên tử Hidro. Ta có thể biểu diễn khí mê tan như sau:
H
|
H – C – H
|
H
Khí metan sinh ra từ đâu?
Đây là một loại khí không màu, không vị và không mùi khi ở điều kiện tiêu chuẩn. Và đặc biệt, khí Metan rất dễ cháy. Với đặc điểm như vậy, khí Metan sinh ra từ đâu?
Khí Metan được sinh ra từ quá trình sinh học quen thuộc như từ sự men hóa trong đường ruột của các loài động vật, sự phân giải kị khí của đất khi ở điều kiện ngập nước… Đồng thời, khí Metan cũng được tạo ra từ những cơ cháy rừng hay các phản ứng đốt nhiên liệu hóa thạch.
Đặc biệt, đây là một trong những thành phần chính của khí tự nhiên, khí dầu mỏ… Vì thế, nó được tạo ra từ các phản ứng trong quá trình chế biến dầu mỏ và chưng cất than đá.
Phản ứng đặc trưng và tính chất hóa học của Metan
Ở phần đầu tiên, ta đã tìm hiểu Metan là gì, cũng như công thức hóa học của nó, và cũng đã biết công thức cấu tạo của Metan chỉ có các liên kết đơn giữa Cacbon và Hidro. Do đó, Metan sẽ có những phản ứng đặc trưng và có tính chất hóa học riêng. Vậy những phản ứng đặc trưng của Metan là gì?
Tính chất vật lí
- Metan là một chất khí không có màu, không mùi và không vị. Chất khí này rất độc và dễ bị bắt cháy, chúng thường được tạo ra từ lửa màu xanh.
- Metan thường sẽ hóa lỏng khi ở nhiệt độ – 162°C và hóa rắn ở nhiệt độ – 183°C.
- Điểm bốc cháy của CH4 là ở mức nhiệt 537°C.
- Khối lượng riêng của khí Metan là 0,717 kg/m3.
- Chất khí này không có khả năng hòa tan trong dung môi phân cực. Vì chúng không có sự liên kết giữa các hydro, vậy nên Metan chỉ có khả năng tan trong dung môi không phân cực.
- CH4 là chất khí không có tính dẫn điện.
Tính chất hóa học
Khí Metan tác dụng với oxi
Khí Metan khi tác dụng với Oxi được gọi là các phản ứng cháy, sản phẩm được tạo ra sau phản ứng này là khí Cacbonic và nước. Sự đốt cháy Metan hay còn được gọi là phản ứng nhiệt phân oxy hóa.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
Khí Metan tác dụng với Clo
Khi có ánh sáng, khí Metan sẽ xảy ra phản ứng thế với Clo để tạo ra Metyl Clorua có công thức (CH3Cl).
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl (khí)
Tiếp tục phản ứng với Clo, ta sẽ thu được sản phẩm cuối cùng là Metyl Halogic và Axit Halogenic. Đây là phản ứng nhiều giai đoạn và được biết đến với tên gọi là phản ứng Halogen.
Phản ứng phân hủy
Tại điều kiện nhiệt độ cao, khí Metan có thể bị phân hủy để tạo ra Cacbon và H2.
Cụ thể: CH4 → C + 2 H2
Khi tác dụng với khí Clo ở điều kiện nhiệt độ cao (hay khi bị đun nóng), phản ứng phân hủy metan sẽ tạo ra muội than và axit.
CH4 + 2 Cl2 → C + 4HCl
Phản ứng điều chế khí Metan
Có rất nhiều cách để điều chế khí Metan trong tự nhiên và trong phòng thí nghiệm. Trong bài viết hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu 6 cách đơn giản nhất và được áp dụng phổ biến nhất hiện nay nhé.
- Điều chế từ nhôm Cacbua: (Al4C3 + 12 H2O → 4Al(OH)3 + 3 CH4) (khí). Bên cạnh HCl, ta cũng có thể sử dụng nước để thay thế.
- Phản ứng vôi tôi xút với CaO ở điều kiện nhiệt độ cao: CH3 – COONa + NaOH → Na2CO3 + CH4↑
- Phản ứng trực tiếp, sử dụng Niken làm chất xúc tác: C + 2 H2 → CH4
- Điều chế từ khí CO: CO + 3H2 → H2O + CH4 ↑
- Điều chế từ đường Glucose: C6H12O6 → 3 CO2 + 3 CH4
- Phản ứng cracking C3H8: CH3 – CH2 – CH3 → CH4 + CH2 = CH2
Lưu ý: Phản ứng Hóa học đặc trưng của Metan là thế với Halogen Clo, Brom
Ứng dụng của metan
Sau khi đã tìm hiểu khí Metan là gì, cũng như những phản ứng hóa học đặc trưng của nó, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về ứng dụng của loại khí này nhé.
Khí Metan là một trong những nguyên liệu quan trọng, được sử dụng để sưởi ấm và nấu ăn. Bởi so với than đá, loại khí nhiên này tỏa ra nhiều nhiệt và sinh ra ít CO2 hơn. Bên cạnh đó, khí Metan còn được dùng trong công nghiệp để sản xuất Hydro, Methanol, Axit Axetic hay Anhydrit Axetat.
Đây là hai ứng dụng phổ biến và quan trọng nhất của Metan trong cuộc sống và trong công nghiệp. Tuy nhiên, khí Metan vẫn có những ảnh hưởng nhất định tới sức khỏe con người, vì thế chúng ta cần sử dụng loại khí này hợp lý và đúng cách.
Bài tập ứng dụng
Các câu hỏi trắc nghiệm về tính chất vật lí, đồng đẳng của khí Metan
Câu 1: Phản ứng hóa học đặc trưng của Metan là:
A. Phản ứng thế
B. Phản ứng cộng
C. Phản ứng oxi hóa – khử
D. Phản ứng phân hủy
Câu 2: Điều kiện để phản ứng giữa Metan và Clo xảy ra:
A. Có bột sắt làm xúc tác
B. Có axit làm xúc tác
C. Có nhiệt độ
D. Có ánh sáng
Câu 3: Để minh chứng sản phẩm của phản ứng cháy giữa Metan và Oxi có tạo thành khí Cacnonic hay không ta cho vào ống nghiệm hóa chất nào sau đây?
A. Nước cất
B. Nước vôi trong
C. Nước muối
D. Thuốc tím
Câu 4: Đốt cháy khí Metan bằng Oxi. Nếu hỗn hợp nổ mạnh thì tỷ lệ thể tích của khí Metan và khí Oxi là
A. 1 thể tích khí metan và 3 thể tích khí oxi
B. 2 thể tích khí metan và 1 thể tích khí oxi
C. 1 thể tích khí metan và 2 thể tích khí oxi
D. 3 thể tích khí metan và 2 thể tích khí oxi
Câu 5: Dãy nào sau đây chỉ gồm các chất thuộc dãy đồng đẳng của Metan
A. C2H2, C3H4, C4H6, C5H8
B.CH4, C2H6, C4H10,
C. CH4, C2H2, C3H4, C4H10
D. C2H6, C3H8, C5H10, C6H12
Câu 6: Tính chất vật lý cơ bản của khí Metan
A. chất lỏng, không màu, tan nhiều trong nước
B. chất khí, màu vàng lục, tan nhiều trong nước
C. chất khí, không màu, mùi xốc, nặng hơn không khí, ít tan trong nước
D. chất khí, không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước
Câu 7: Khí Metan có lẫn khí Cacbonic. Để thu được khí Metan tinh khiết, cần
A. dẫn hỗn hợp qua nước vôi trong dư
B. đốt cháy hỗn hợp rồi dẫn qua nước vôi trong
C. dẫn hỗn hợp qua bình đựng dung dịch H2SO4
D. dẫn hỗn hợp qua bình đựng dung dịch brom dư
Câu 8: Đốt cháy hợp chất hữu cơ nào sau đây thu được số mol CO2 nhỏ hơn số mol H2O
A. CH4
B. C4H6
C. C2H4
D. C6H6
Các bài tập tính toán thể tích khí Metan
Giải bài tập 2 Hóa 9 SGK trang 116:
Trong các phương trình hóa học sau, phương trình hóa học nào viết đúng? Phương trình hóa học nào viết sai?
a) CH4 + Cl2 → CH2Cl2 + H2 (ánh sáng)
b) CH4 + Cl2 → CH2 + 2HCl (ánh sáng)
c) 2CH4 + Cl2 → 2CH3Cl + H2 (ánh sáng)
d) CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl (ánh sáng)
Gợi ý đáp án:
- Phương trình hóa học viết đúng là trường hợp d. Các trường hợp còn lại đều sai.
Giải bài 3 SGK Hóa 9 trang 116:
Đốt cháy hoàn toàn 11,2 lít khí Metan (đktc). Hãy tính thể tích khí Oxi cần dùng và thể tích khí Cacbonic tạo thành. Biết thể tích các khí đo ở đktc.
Gợi ý đáp án:
- nCH4 = 11,2/22,4 = 0,5 mol
- Phương trình phản ứng: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
- Theo phương trình: nO2 = 2 x nCH4 = 2 x 0,5 = 1 mol.
- nCO2 = nCH4 = 0,5 mol.
- VO2 = 1 x 22,4 = 22,4 lít.
- VCO2 = 0,5 x 22,4 = 11,2 lít.
Giải bài tập 4 SGK Hóa 9 trang 116:
Có một hỗn hợp khí gồm CO2 và CH4. Hãy trình bày phương pháp hóa học để:
a) Thu được khí CH4
b) Thu được khí CO2
Gợi ý đáp án:
a) Thu được khí CH4: Dẫn hỗn hợp khí qua dung dịch Ca(OH)2 dư, khí CO2 bị giữ lại do phản ứng tạo ra CaCO3. Còn khí bay ra khỏi dung dịch là CH4 và có lẫn hơi nước nên, khi đó dùng CaO khô để thu được CH4 tinh khiết.
- Ta có PTHH như sau: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O
b) Thu được khí CO2: Cho CaCO3 thu được ở trên tác dụng với dung dịch HCl loãng ta sẽ thu được khí CO2. Làm lạnh ngưng tụ nước sẽ thu được CO2 tinh khiết
- Ta có PTHH như sau: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
Xem thêm:
- Công thức hóa học là gì? Ý nghĩa và Bài tập về công thức hóa học
- Khí CFC là gì? Đặc điểm của khí CFC
- Chất có ở đâu? Vật thể có ở đâu?
Vậy là chúng ta đã tìm hiểu xong về khí metan rồi. Hy vọng qua bài viết này, chúng ta đã hiểu được khí metan là gì, cũng như những phản ứng hóa học đặc trưng và ứng dụng của nó. Nếu như có bất kỳ thắc mắc nào bài viết khí metan là gì, hãy để lại nhận xét dưới đây, chúng ta sẽ cùng nhau trao đổi và tìm hiểu nhé.
