Khí Metan | CH4 (Là gì, TCVL, hóa học, điều chế, ứng dụng, mindmap)

Tổng hợp kiến thức về khí metan (CH₄): Cấu tạo phân tử, Tính chất vật lí, hóa học, phương pháp điều chế, ứng dụng, Mindmap giúp học sinh ôn tập, bổ sung kiến thức cũng như hoàn thành tốt các bài kiểm tra môn Hóa học.

Khí metan là gì ?

- Khái niệm: Khí metan là một hidrocacbon nằm trong dãy đồng đẳng akan và công thức hóa học được ký hiệu là CH₄. Còn có tên gọi khác phổ biến là khí bùn ao.

- Cấu tạo phân tử:

- Là một hiđrocacbon mạch hở, phân tử có 4 liên kết đơn được gọi là ankan, công thức chung là C_nH_2n+2, với n ≥ 1

Trạng thái tự nhiên

- Trong tự nhiên chất này có khá nhiều ở mọi nơi cụ thể như sau:

+ Sau quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch hay cháy rừng thì metan sẽ được tạo ra.

+ Còn xuất hiện trong ruột của động vật, tiêu biểu là sự men hóa trong đường ruột, dạ dày của động vật nhai lại.

+ Ở ao hồ, đầm lầy, trầm tích dưới đáy biển, hang động, đá giếng sâu… đặc biệt là khí dầu mỏ, do đó mà chúng rất dễ bắt cháy.

Tính chất vật lý của khí metan

- Metan là một chất khí ít tan trong nước và không màu, không mùi, không vị.

- Đây là một khí rất độc và dễ bắt cháy, tạo ra lửa có màu xanh.

- Tỉ khối của metan và không khí là dCH₄/O₂ = 16/29.

- Khí metan còn có tính chất đặc trưng là sẽ hóa lỏng khi ở -162°C và hóa rắn khi ở -183°C. (537^oC sẽ bị bốc cháy)

- Khối lượng riêng của metan: 0.717 kg/m³

- CH₄ tan trong dung môi không phân cực và không có khả năng hòa tan trong các dung môi phân cực vì không có sự liên kết giữa các hidro.

- Metan không có tính dẫn điện.

Tính chất hóa học của khí metan

- Metan tham phản ứng thế với nhóm halogen cho ra dẫn xuất halogen và hidro halogenua. Như phản ứng với clo: 

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

- Tác dụng với nước cho ra sản phẩm khí CO:

CH₄ + H₂O → CO + H₂O (Điều kiện để xảy ra phản ứng: chất xúc tác Ni và nhiệt độ 1000^oC).

- Phản ứng cháy với oxi (Phản ứng cháy hoàn toàn)

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O 

(Q= −891 kJ/mol ở 25^oC, 1 atm )

- Phản ứng cháy không hoàn toàn: Được dùng trong sản xuất fomanđehit, bột than, khí đốt,…

CH₄ + O₂ → HCHO + H₂O

          CH₄ + 1/2O₂ → CO + 2H₂

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

- Ngoài ra metan còn tham gia phản ứng phân hủy tạo ra axetilen: Metan bị nhiệt phân bằng cách nung nóng nhanh metan với một lượng nhỏ oxi ở nhiệt độ khoảng 1500^oC:

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ (ΔH = 397kJ/mol)

Cách điều chế khí metan

- Sử dụng nhôm cacbua cho vào nước sẽ tạo ra metan và nhôm hiroxit: 

Al₄C₂ + 12 H₂O → 4 Al(OH)₃ + 3 CH₄

- Cho muối natri axetat vào xút sinh ra khí metan: 

CH₃COONa + NaOH → Na₂CO₃ + CH₄

- Lấy trực tiếp cacbon cho vào khí hidro:

 2H₂ + C → CH₄ (niken làm chất xúc )

- Điều chế từ khí CO : 

CO + 3H₂ → H₂O + CH₄

- Nhiệt phân đường glucose:

 C₆H₁₂O₆ → 3CO₂ + 3CH₄

- Điều chế bằng phản ứng cracking C₃H₈: 

CH₃ - CH₂ - CH₃ → CH₄ + CH₂ = CH₂

Ứng dụng

- Hiện nay khí men đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của chúng ta đặc biệt chúng có nhiều trong khí gas. Nhờ đó mà lượng CO₂ thải ra ngoài môi trường sẽ giảm đi so với việc đốt củi.

- Là nguyên liệu không thể thiếu trong quá trình tạo ra một số chất quan trọng như: methanol, hydro, anhydrit axetic và axit axetic.

Sơ đồ tư duy của khí metan

Một số câu hỏi liên quan đến khí metan

Câu 1: Khi đốt cháy hoàn toàn 0,5 mol metan người ta thu được một lượng khí CO2 (đktc) có thể tích là

A. 5,6 lít.

B. 11,2 lít.

C. 16,8 lít.

D. 8,96 lít.

Câu 2: Đốt cháy hết V lít khí metan (đktc) rồi cho sản phẩm hấp thụ hết vào lượng dư dung dịch Ca(OH)2 thu được 5 gam kết tủa. Thể tích khí metan đem đốt là

A. 6,72 lít.

B. 2,24 lít.

C. 0,56 lít.

D. 1,12 lít.

Câu 3: Khi clo hóa metan thu được một sản phẩm thế X chứa 89,12% clo về khối lượng. Công thức phân tử của sản phẩm là

A. CH3Cl.

B. CH2Cl2.

C. CHCl3.

D. CCl4.

Câu 4: Chất nào sau đây có phản ứng thế với clo?

A. CO2 .

B. K.

C. O2.

D. CH4.

Câu 5: Đốt cháy hoàn toàn khí metan bằng khí oxi. Nếu hỗn hợp nổ mạnh thì tỉ lệ thể tích của khí metan và khí oxi là

A. 1 thể tích khí metan và 4 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. 1 thể tích khí metan và 1 thể tích oxi.