Phản ứng hóa học đặc trưng của khí metan *

Bước sang học kỳ 2 của chương trình Hóa học lớp 9, các bạn học sinh sẽ bắt đầu làm quen với một phần mới bên cạnh hóa vô cơ. Đó chính là phần hóa học hữu cơ. Với chương trình lớp 9, các bạn sẽ được trang bị nền tảng cơ bản nhất về các chất hóa học hữu cơ đơn giản. Mở đầu cho chuỗi các chất đó chính là khí metan, Và kiến thức học sinh cần nắm vững trong bài về metan hóa 9 này sẽ là công thức hóa học, cấu tạo và tính chất hóa học của metan. 

Trạng thái tồn tại trong tự nhiên và tính chất vật lý của Metan

Trạng thái tự nhiên của metan là trạng thái khí. Khí này có trong các mỏ khí thiên nhiên, mỏ dầu và mỏ than. Trên thực tế thì metan là một cái tên rất quen thuộc với đa số chúng ta trong đời sống hàng ngày. Tuy nhiên, ngoài việc biết metan tồn tại ở dạng khí ra thì mọi người hầu như cũng không biết đến các tính chất vật lý cơ bản của chất này. 

Về mặt vật lý, khí metan không có màu cũng không có mùi vị gì, có trọng lượng nhẹ hơn không khí (16<29) và gần như không tan trong nước hay nói cách khác là tan rất rất ít trong nước. 

Khí metan bay lên từ các nhà máy công nghiệp

Ngoài ra, chất khí này cũng không có khả năng dẫn điện. Bản chất thì metan không phải là một chất độc về mặt hóa học. 

Tuy nhiên, chất hữu cơ này lại rất dễ bắt cháy. Vậy nên có thể dễ dàng gây ra các vụ cháy lớn, nguy hiểm tính mạng nếu bạn ở gần khu vực có lượng metan lớn. Đồng thời, nếu ở trong khu vực tích tụ quá nhiều metan cũng dễ gây ra hiện tượng ngạt thở hoặc ngộ độc CO. 

>> Đăng ký học thử miễn phí môn Hóa học từ lớp 8 đến lớp 12

Công thức phân tử và công thức cấu tạo của metan là gì?

Công thức phân tử của metan là CH4. Dựa vào đó suy ra công thức cấu tạo của metan gồm 1 nguyên tử C liên kết với 4 nguyên tử H bằng 4 các liên kết đơn. Như vậy, có thể thấy rằng trong cấu tạo của CH4 chỉ có duy nhất một loại liên kết là liên kết đơn và cũng không có sự kết nối giữa các nguyên tử H với nhau. 

Với những chất hữu cơ không có sự liên kết giữa các nguyên tử H thì sẽ không thể tan trong các loại dung môi phân cực được mà chỉ có thể tan trong dung môi không phân cực thôi. Mà nước lại là một trong những dung môi phân cực điển hình. Vậy nên đó là lý do giải thích vì sao CH4 tan vô cùng ít trong nước. 

Cấu tạo phân tử metan (CH4)

Tính chất hóa học của metan

Trên thực tế, khí metan không phải chỉ có 1, 2 tính chất hóa học mà là nhiều hơn thế. Tuy nhiên, với kiến thức metan hóa 9 thì chỉ yêu cầu các bạn học sinh nắm được 2 tính chất cơ bản và điển hình nhất của metan. Đó là khả năng tác dụng với Oxi và với Clo theo từng điều kiện phản ứng khác nhau.

Tác dụng với Oxi

Metan đốt cháy trong oxi trên nền nhiệt độ sẽ tạo ra 2 chất vô cơ là H2O (nước) và khí CO2 (khí cacbondioxit). Phương trình phản ứng như sau:

CH4 + 2O2 (nhiệt độ) → CO2 + 2H2O

>> Tham khảo: Ứng dụng học trực tuyến hàng đầu Việt Nam – Toppy

Tác dụng với Clo trong điều kiện có ánh sáng

Bên cạnh phản ứng cháy cùng oxi thì khí metan còn có thể tác dụng được với khí Clo trong điều kiện có ánh sáng chiếu vào. Sự kết hợp này sẽ tạo ra 2 chất mới là HCl và CH3Cl (metyl clorua). Phương trình phản ứng như sau:

Trong phản ứng này, các bạn có thể thấy một nguyên tử H của metan được thay thế bởi một nguyên tử Cl. Từ đó tạo ra metyl clorua. 

Phản ứng của CH4 với Cl2 ở điều kiện có ánh sáng trong tính chất hóa học của metan

Vì vậy, phản ứng tác dụng với Clo này của CH4 được gọi là phản ứng thế. Và phản ứng thế này cũng chính là một trong những phản ứng hóa học đại diện cho liên kết đơn. Do đó, phản ứng đặc trưng của metan là phản ứng thế. 

Ứng dụng về tính chất hóa học của metan trong đời sống

Metan là một chất khí được ứng dụng rất phổ biến trong đời sống hàng ngày của chúng ta. Điển hình nhất là trong các ngành công nghiệp, điều chế và nhiên liệu. 

Ứng dụng metan làm nhiên liệu

Như đã đề cập ở phần trên, khí metan không chỉ dễ bắt cháy mà khi cháy còn tỏa ra rất nhiều nhiệt. Vậy nên đây chính là một nguồn nhiên liệu quan trọng trong cuộc sống. Ví dụ dễ hiểu nhất về ứng dụng nhiên liệu của metan là khí gas. Chính là bếp gas mà hiện nay chúng ta vẫn đang sử dụng mỗi ngày đó. 

>> Bật mí bí quyết đánh tan nỗi sợ môn Hóa 

Ứng dụng trong các ngành công nghiệp

CH4 “góp mặt” khá nhiều trong các phản ứng hóa học của chất hữu cơ ở cả 3 trạng thái rắn, lỏng, khí. Vì vậy, trong các ngành công nghiệp hóa học, metan được ứng dụng phổ biến để tạo ra các chất như hidro, axit axetic (CH3COOH), methanol (CH3OH),… 

Ứng dụng metan để điều chế hidro trong công nghiệp

Trên đây là nội dung về tính chất hóa học của metan và phản ứng đặc trưng của chất này gói gọn trong chương trình metan hóa 9. Đây là một chất quan trọng, thường xuyên xuất hiện trong các dạng bài tập hóa khác nhau nên bạn cần phải nắm rõ. Ngoài ra, các bạn học sinh có thể mở rộng thêm kiến thức về chất này và 1 số chất khác trong các bài viết của Toppy. 

Xem thêm:

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.VN tìm câu trả lời khí metan là gì thông qua bài viết dưới đây nhé.    

Khí metan là gì? Công thức hóa học và nguồn gốc của khí metan

Khí metan là gì? Công thức hóa học của khí metan

Khí metan 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. Vậy khí metan kí hiệu là gì? 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?

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.

\(CH_{4} + 2O_{2} \rightarrow CO_{2} + 2H_{2}O\)

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 \(CH_{3}Cl\).

\(CH_{4} + Cl_{2} \rightarrow CH_{3}Cl + HCl\) (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 latex]H_{2}[/latex].

Cụ thể: \(CH_{4} \rightarrow C + 2H_{2}\)

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.

\(CH_{4} + 2Cl_{2} \rightarrow C + 4HCl\)

Phản ứng điều chế khí metan

Có rất nhiều cách để điều chế khi 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: \(Al_{4}C_{3} + 12H_{2}O \rightarrow 4Al(OH)_{3} + 3CH_{4}\) (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:

\(CH3 – COONa + NaOH \rightarrow Na_{2}CO_{3} + CH_{4}\) ↑

• Phản ứng trực tiếp, sử dụng niken làm chất xúc tác: \(C + 2H_{2} \rightarrow CH_{4}\)
• Điều chế từ khí CO: \(CO + 3H_{2} \rightarrow H_{2}O + CH_{4}\) ↑
• Điều chế từ đường glucose: \(C_{6}H_{12}O_{6} \rightarrow 3CO_{2} + 3CH_{4}\)
• Phản ứng cracking \(C_{3}H_{8}\): \(CH_{3}-CH_{2}-CH_{3} \rightarrow CH_{4} + CH_{2}=CH_{2}\)

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.

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.

Xem thêm >>> Xà phòng glycerin là gì? Đặc điểm và Cách phân biệt xà phòng glycerin

Please follow and like us: