Cấu tạo phân tử, tính chất vật lý và hóa học của Metan (CH4)

Metan là một chất khí quen thuộc và là nguồn nguyên liệu quan trọng trong đời sống và trong công nghiệp. Nó có ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày cũng như trong ngành công nghiệp hóa chất. Vậy metan có cấu tạo phân tử như thế nào? Tính chất vật lý và hóa học của metan là gì? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về metan trong bài viết hôm nay nhé!

Xem thêm:

I. Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên

Metan có công thức phân tử là CH4 và phân tử khối bằng 16 đvC.

Trong tự nhiên, metan có nhiều trong:

  • Trong các mỏ khí (khí thiên nhiên)
  • Trong mỏ dầu (khí mỏ hay khí đồng hành)
  • Trong các mỏ than (khí mỏ than)
  • Trong bùn ao (khí bùn ao)
  • Trong khí biogaz…

Metan là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí. Tỉ khối của metan với không khí là dCH4/kk = 16/29. Metan rất ít tan trong nước. Nó hóa lỏng ở −162 °C, hóa rắn ở −183 °C, và rất dễ bắt cháy.

II. Cấu tạo phân tử

Metan là một hidrocacbon đơn giản nhất có công thức phân tử là CH4. Nó là một hidrocacbon nằm trong dãy đồng đẳng ankan. Trong phân tử CH4 có 4 liên kết đơn:

metan
Tính chất vật lý và hóa học của metan

III. Tính chất hóa học

1. Tác dụng với oxi (phản ứng cháy)

Metan tác dụng với O2 tạo thành khí cacbonic và hơi nước.

CH4 + 2O2 (t°) → CO2 + 2H2O

2. Tác dụng với halogen

Metan tác dụng với các halogen như Cl­2, Br2… Phản ứng giữa metan và halogen được gọi là phản ứng thế và diễn ra theo nhiều giai đoạn.

CH4 + Cl2 (ánh sáng) → CH3Cl + HCl

CH3Cl + Cl2 (ánh sáng) → CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 + Cl2 (ánh sáng) → CHCl3 + HCl

CHCl3 + Cl2 (ánh sáng) → CCl4 + HCl

3. Phản ứng phân hủy

Ở nhiệt độ trên 1000 °C, CH4 bị phân hủy tạo thành C và H2.

CH4 (1000 °C) → C + 2H2

IV. Ứng dụng của metan

– Metan là nguyên liệu quan trong trong đời sống và sản xuất vì khi cháy nó tạo ra nhiệt lượng lớn.

– Là nguyên liệu để điều chế H2.

CH4 + H2O (t°, xt) → CO2 + H2

– Là nguyên liệu để điều chế bột than và nhiều chất khác như metanol, axit axetic, anhydrit axetic…

tinh-chat-vat-ly-va-hoa-hoc-cua-metan

V. Sản xuất metan

Metan có thể được sản xuất từ Al4C3, đường glucozo, CH3-COONa, khí thiên nhiên, CO, C và H…

Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4

Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4

C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4

CH3-COONa + NaOH → Na2CO3 + CH4

CH3-CH2-CH3 (cracking) → CH4 + CH2=CH2

CO + 3H2 → H2O + CH4

C + 2H2 → CH4

GIẢI BÀI TẬP

Câu 1. Trong các khí sau: CH4, H2, Cl2, O2.

a) Những chất nào tác dụng với nhau từ đôi một?

b) Hai khí nào trộn với nhau tạo ra hỗn hợp nổ?

Bài làm:

a) Những cặp chất khí tác dụng với nhau từng đôi một là:

– CH4 và Cl2: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

– CH4 và O2: CH4 + 2O2 (t°) → CO2 + 2H2O

– H2 và Cl2: H2 + Cl2 → 2HCl ↑

– H2 và O2: 2H2 + O2 (t°) → 2H2O

b) Hai khí nào trộn với nhau tạo ra hỗn hợp nổ là CH4 và O2 hoặc H2 và O2.

Câu 2. Trong các phương trình hóa học sau, phương trình hóa học nào viết đúng? PTHH nào viết sai?

a) CH4 + Cl2 (ánh sáng) → CH2Cl2 + H2

b) CH4 + Cl2 (ánh sáng) → CH2 + 2HCl

c) 2CH4 + Cl2 (ánh sáng) → 2CH3Cl + H2

d) CH4 + Cl2 (ánh sáng) → CH3Cl + HCl

Bài làm:

PTHH viết đúng là d. Phương trình hóa học viết sai là a, b và c.

Câu 3. Đốt cháy hoàn toàn 11,2 lít khí metan. Hãy tính thể tích khí O2 cần dùng và thể tích khí CO2 tạo thành. Biết các thể tích khí đo ở đktc.

Bài làm:

Ta có:

Số mol của CH4: nCH4 = 11,2 / 22,4 = 0,5 mol

PTHH:

CH4 + 2O2 (t°) → CO2 + 2H2O

Theo PTHH, ta có:

  • nO2 = 2nCH4 = 2 x 0,5 = 1 mol
  • nCO2 = nCH4 = 0,5 mol

Thể tích của O2 cần dùng và thể tích CO2 tạo thành là:

  • VO2 = 1 x 22,4 = 22,4 lít
  • VCO2 = 0,5 x 22,4 = 11,2 lít

Câu 4. Có một hỗn hợp khí gồm CO2 và CH4. Hãy trình bày phương pháp hoá học để :

a) Thu được khí CH4.

b) Thu được khí CO2.

Bài làm:

a) Thu khí CH4

Dẫn hỗn hợp hai khí trên qua dung dịch nước vôi trong dư, khí CO2 bị giữ lại, ta thu được khí CH4.

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + H2O

b) Thu khí CO2

Lọc lấy kết tủa, rửa sạch rồi đem nung nóng thu được khí CO2.

CaCO3 → CaO + CO2

SHARE

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here