Khí metan là gì? Phản ứng hóa học đặc trưng của metan là?

1. Khí metan là gì?

Khí metan ( methane ) hay còn có cái tên khác là khí bùn ao, được hiệu là CH4 trong hóa học .

Khí metan là một hidrocacbon nằm trong dãy đồng đẳng của ankan. Chúng là thành phần chính của dầu mỏ, có trong tự nhiên khá nhiều. 

Metan được tạo ra trong quá trình chế biến, chưng cất hay sản xuất khí dầu mỏ. Chính vì vậy nó cũng xuất hiện trong gia đình bạn vì nó có trong các bình gas.

2. Đặc trưng và tính chất hóa học của metan

2.1. Tính chất vật lí

• Metan là chất khí không màu không mùi không vị. Chúng rất độc và dễ bắt cháy, tạo ra lửa màu xanh.
• CH4 hóa lỏng khi ở nhiệt độ - 162 °C, hóa rắn ở nhiệt độ - 183 °C.
• Điểm bốc cháy là 537 °C .
•  Khối lượng riêng của metan là 0,717 kg / m3 .
• Metan không có khả năng hòa tan trong các dung môi phân cực vì không có sự liên kết giữa các hidro, chúng chỉ tan trong dung môi không phân cưc.
• Metan không có tính dẫn điện.

2.2. Tính chất hóa học

Công thức cấu tạo của khí metan là CH4

Metan có thể tham gia vào một số phản ứng hóa học như:

• Phản ứng thế  với halogen : Clo, Brom

           Metan phản ứng với halogen cho ra dẫn xuất halogen và hidro halogennua.

           Ví dụ đối với clo: metan phản ứng với clo trong ánh sáng khuếch tán theo nhiều gian đoạn:

           CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

           CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl

           CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl

           CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

• Phản ứng với hơi nước tạo khí CO

           CH4 + H2O → CO + H2O

           Điều kiện phản ứng : nhiệt độ 1000 °C chất xúc tác Ni

• Phản ứng với oxi      

           Phản ứng cháy hoàn toàn:

           CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + Q

          Q = - 891 kJ / mol ở 25 °C, 1 atm

           Phản ứng cháy không hoàn toàn: Được dùng trong sản xuất fomandehit, bột than, khí đốt....

           CH4 + O2 → HCHO + H2O

           CH4 + 1 / 2 O2 → CO + 2 H2

            CH4 + O2 → C + H2O ( đốt trong điều kiện thiếu không khí )

• Phản ứng phân hủy tạo axetilen

           Metan bị nhiệt phân hủy bằng cách nung nóng nhanh metan với một lượng nhỏ oxi ở nhiệt độ              khoảng 1500 °C

3. Ứng dụng khí metan

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 nhiều trong công nghiệp để sản xuất hidro, 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.

>> Xem thêm: Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học chính xác, dễ hiểu nhất

4. Khí metan có ở đâu trong tự nhiên

- Metan có thể xuất hiện từ các khí thải của sự đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, cháy rừng cũng không ngoại lệ.

- Metan có trong quá trình sinh học có trong ruột động vật, tiêu biểu là sự men hóa trong đường ruột, dạ dày của động vật nhai lại.

- Có trong sự phân hủy kị khí ở những nơi ao hồ, đầm lầy, trầm tích dưới đáy biển...Dưới hầm cầu chúng cũng xuất hiện sự lên mem yếm khí.

- Metan là một trong những thành phần chính của khí tự nhiên, đặc biệt là dầu mỏ vì thế cũng dễ bắt cháy.

- Một điểm đặc biệt lưu ý là metan có nhiều trong những hang động, đá giếng sâu. Vì thế tuyệt đối không tự ý xuống dưới giếng, hố sâu khi không có được sự chuẩn bị kĩ càng. Muốn xuống giếng sâu cần có đồ bảo hộ, mặt nạ chống độc. Đặc biệt hơn là tuyệt đối không được mang theo bất cứ vật dụng nào dù kích nổ, bắt cháy ở mức độ nào. Chỉ cần sử dụng một ngọn lửa rất nhỏ trong môi trường chứa nhiều metan cũng cháy lớn, phát nổ và chết người

- Khí metan tuy không độc trực tiếp nhưng cũng gây nguy hiểm cho con người như: dễ bắt cháy gây nôt, tích tụ quá nhiều sẽ gây ngạt thở, đồng thời còn có khả năng gây nhiễm độc khí CO.

- Metan còn là một trong những chất tạo nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính, nóng lên toàn cầu. Nó có ở trong khí quyển Trái đất nhưng không đáng kể. Mật độ metan còn thay đổi theo mùa. Tuy nhiên hiện nay nó vẫn đang có chiều hướng tăng.

>> Xem thêm: Các loại phản ứng hóa học lớp 8 kèm ví dụ đầy đủ nhất

5. Phản ứng điều chế khí metan

Có rất nhiều cách để điều chế khí metan trong tự nhiên và trong phòng thí nghiệm:

- Điều chế từ nhôm cacbua: Al4C2 + 12 H2O → 4 Al(OH)3 + 3 CH4

- Phản ứng vôi tôi xút với CaO ở điều kiện nhiệt độ cao: CH3COONa + NaOH → Na2CO3 + CH4

- Phản ứng trực tiếp , sử dụng niken làm chất xúc tác: 2 H2 + C → CH4

- Điều chế từ khí CO : CO + 3 H2 → H2O + CH4

- Điều chế từ đường glucose: C6H12O6 → 3 CO2 + 3 CH4

- Phản ứng cracking C3H8: CH3 - CH2 - CH3 → CH4 + CH2 = CH2

6. Câu hỏi vận dụng

Câu 1: Phản ứng hóa học đặc trung 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: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Trong phân tử hidrocacbon, số nguyên tử hidro luôn là số chẵn

B. Trong phân tử ankan chỉ gồm các liên kết 

C. Hidrocacbon no là hidrocacbon mà trong phân tử chỉ có liên kết đơn.

D. Công thức chung của hidrocacbon no có dạng CnH(2n+2)

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 lí cơ bản của khí metan là:

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: Đốt chát khí metan bằng oxi. Nếu hỗn hợp 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 8: 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 9: 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

Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hơp hai hidrocacbon kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng. Sản phẩm cháy lần lượt cho qua bình 1 đựng CaCl2 khan, bình 2 đựng KOH thấy khối lượng bình 1 tăng 0,8 gam; bình 2 tăng 15,4 gam. Hai hidrocacnon là:

A. CH4 và C2H6

B. C2H6 và C3H8

C. C3H8 và C4H10

D. C2H6 và C4H10

Câu 11: Khí clo hóa hoàn toàn hidrocacbon X thu được chất hữu cơ Y có khối lượng phân tử lớn hơn phân tử của X là 138. Công thức phân tử của X là gì?

Câu 12: Đốt cháy hoàn toàn một lượng metan rồi cho sản phẩm cháy đi qua bình 1 đựng H2SO4 đặc, bình 2 đựng dung dịch nước vôi trong dư thì thấy khối lượng bình 1 tăng m gam, bình 2 tăng 2,2 gam. Giá trị của m là bao nhiêu?

>> Tham khảo: Hoàn thành chuỗi phản ứng hóa học CH4→ C2H2→ C4H4→ C4H6→ C3H6

Trên đây là bài viết của Luật Minh Khuê về nội dung khí Metan là gì? Và phản ứng đặc trưng của khí metan là gì? Hy vọng bài viết hữu ích đối với quý bạn đọc. Trân trọng cảm ơn !