Tính chất hóa học của khí metan và phương pháp điều chế metan

Giới thiệu chung về khí metan

Xem toàn màn hình Metan (methane, hay gọi là khí bùn ao) là hydrocarbon đơn giản nhất của nhóm ankan. Công thức tổng quát: CH4 . Công thức phân tử: 

Mêtan là thành phần chính của khí tự nhiên, khí dầu mỏ. Nó được tạo ra trong quá trình chế biến dầu mỏ, chưng cất sản xuất khí dầu mỏ.

Tên gốc Ankyl: khi lấy 1 hidro từ metan, gốc hidrocacbon gọi theo tên ankan nhưng đổi an thành yl: Metyl

Tính chất vật lí của khí metan

Ở điều kiện tiêu chuẩn, mêtan là chất khí không màu,không mùi, không vị,độc hại  và rất dễ cháy tạo ngọn lửa màu xanh da trời. 

Nhiệt độ hóa lỏng: −162 °C, 

Nhiệt độ hóa rắn:  −183 °C,

Khối lượng riêng  0.717 kg/m3

Metan không tạo ra các liên kết hiđro và vì vậy không hòa tan trong các dung môi phân cực như nước, chỉ tan trong dung môi không phân cực. Metan không có tính dẫn điện 

Tính chất hóa học của metan

Các tính chất hóa học quan trọng của metan mà bạn cần nhớ  là phản ứng thế với halogen clo, brom, phản ứng với hơi nước tạo khí hidro, phản ứng cháy với oxi và  phản ứng phân hủy tạo axetilen ${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_2$.

Phản ứng thế H bằng halogen

Khi có ánh sáng hoặc nhiệt độ, halogen có thể thế lần lượt từng phân tử H trong metan tạo thành dẫn xuất metyl halogen 

 ${\mathrm{CH}}_3-\mathrm{H} + {\mathrm{X}}_2 \stackrel{\mathit{hv}\mathit{/}{\mathit{t}}^{\mathit{o}}}{\mathit{\to }} {\mathrm{CH}}_3-\mathrm{X}+ \mathrm{HX}$

Phản ứng có thể tiếp tục để tạo sản phẩm di-, tri-, tetra halogen

Ví dụ: metan tác dụng brom

Br2    +    CH4    →    CH3Br    +    HBr

Clo hóa ${\mathrm{CH}}_4$ dưới ánh sáng có thể thu được ${\mathrm{CH}}_3\mathrm{Cl}, {\mathrm{CH}}_2{\mathrm{Cl}}_2, {\mathrm{CHCl}}_3, {\mathrm{CCl}}_4$

CH₄ + Cl₂  → CH₃Cl + HCl

CH3Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

**Khả năng phản ứng của dãy halogen F2 > Cl2 > Br2 > I2

Metan tác dụng với hơi nước ${\mathit{H}}_{\mathit{2}}\mathit{O}$.

${\mathrm{CH}}_4+{\mathrm{H}}_{2_{}}\mathrm{O}\stackrel{700-{900}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}, \mathrm{Ni}}{\to }\mathrm{CO}+3{\mathrm{H}}_2$

Phản ứng này dùng để điều chế hidro

Phản ứng oxi hóa (phản ứng cháy)

${\mathrm{CH}}_{4 }+ 2{\mathrm{O}}_2 \stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to } {\mathrm{CO}}_2 + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Là phản ứng quan trọng nhất của metan. Phản ứng tỏa ra rất nhiều nhiệt nên metan được dùng chủ yếu làm nhiên liệu, khí đốt.

Phản ứng phân hủy

Phân hủy tạo thành axetilen ở ${1500}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}$

$2{\mathrm{CH}}_4 \stackrel{{1500}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}, \mathrm{làm} \mathrm{lạnh} \mathrm{nhanh}}{\to } {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_2 + 3{\mathrm{H}}_2$

Khi tác dụng với khí Clo ở điều kiện nhiệt độ cao, phản ứng phân hủy metan sẽ tạo ra muội than và khí hidro clroua.

${\mathrm{CH}}_4+2{\mathrm{Cl}}_2\stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to } \mathrm{C}+4\mathrm{HCl}$

Các phương pháp điều chế metan

Điều chế từ nhôm cacbua:

Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄ 

Phản ứng muối natri axetat với xút (nhiệt phân muốn natri của axit carboxylic):

CH₃–COONa + NaOH $\stackrel{\mathrm{CaO}, {\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to <div\; class="adv-components\; init-adv"\; id="MiddleContent-04"></div>}$ Na₂CO₃ + CH₄ 

Phản ứng cộng hidro vào cacbon:

C + 2H_{2 $\stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}, \mathrm{Ni}}{\to }$} CH₄

Điều chế từ khí CO:

CO + 3H_{2 $\stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to }$} H₂O+CH₄  

**Nâng cao

Khử các dẫn xuất metyl của halogen, ancol, carbonyl:

*  Khử bằng dung dịch HI đặc nồng độ 80% ở ${180}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}$.

CH₃-OH + 2HI  $\stackrel{\mathrm{Pđỏ} }{\to }$CH₄ + I₂ + H₂O

CH₃I + HI P $\stackrel{\mathrm{P} \mathrm{đỏ}}{\to }$CH₄ + I₂

Thủy phân hợp chất cơ kim

Zn(CH₃)₂ + H₂O → CH₄ + Zn(OH)₂

*Điều chế hợp chất cơ magie (Grignard):

2Zn + 2CH₃I $\stackrel{\mathrm{Na},\mathrm{ete} \mathrm{khan}}{\to }$ Zn(CH₃)₂ + ZnI₂

Như vậy trên đây là toàn bộ chia sẻ về tính chất hóa học của metan và phương pháp điều chế khí metan. Hi vọng rằng đây sẽ là những thông tin hữu ích và cần thiết đối với những ai quan tâm tới hợp chất hữu cơ này. Ngoài ra nếu ôn lại về ankan hay xem thêm thông tin về hợp chất axetilen, các bạn có thể xem ở link dưới đây.