Tính chất hóa học của metan và cách điều chế CH4

Khí metan có công thức hóa học là CH4 là một thành phần chính của khí gas mà chúng ta thường dùng. Vậy tính chất hóa học của metan như thế nào, khí metan tác dụng với oxi không? Người ta sản xuất khí metan bằng cách nào, điều chế ch4 trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp khác gì nhau,….

Chúng ta cùng tìm hiểu các thông tin thú vị về khí metan qua bài viết này của Migco nhé.

Thông tin về khí metan CH4

Khí Metan hay methane là một gọi hydrocarbon đơn giản nhất của nhóm ankan, nó còn có tên gọi khác là khí bùn ao với công thức hóa học tổng quát: CH4 .

ch4

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

Một số tính chất vật lí của khí metan CH4:

  • Ở điều kiện tiêu chuẩn thì khí metan là chất khí nhẹ hơn không khí không màu, không có mùi và không vị.
  • Nó là một chất khí độc hại và rất dễ cháy, khi cháy tạo ngọn lửa màu xanh da trời.
  • Nhiệt độ hóa lỏng của metan: −162 °C, nhiệt độ hóa rắn của metan:  −183 °C.
  • Khối lượng riêng của metan là: 0.717 kg/m3
  • Metan không tạo ra những liên kết hiđro nên không hòa tan trong những dung môi phân cực như nước mà chỉ tan trong các dung môi không phân cực. Khí metan cũng không có tính dẫn điện

Đặc điểm tính chất hóa học của metan:

Các tính chất hóa học của metan quan trọng mà các bạn cần nhớ là phản ứng thế với halogen như clo, brom. Nó phản ứng với hơi nước và tạo ra khí hidro, khí metan tác dụng với oxi gây cháy và  phản ứng phân hủy metan ra axetilen C2H2.

Phản ứng của metan thế H bằng halogen khi có ánh sáng

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

 CH3-H + X2 →hv/to  CH3-X+ HX

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

  • Ví dụ: metan tác dụng brom

Br2 + CH4    → CH3Br +    HBr

  • Clo hóa CH4 ở điều kiện ánh sáng có thể thu được CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4

CH4 + Cl2  → CH3Cl + HCl

CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl

CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

Khả năng phản ứng của dãy halogen theo thứ tự F2 > Cl2 > Br2 > I2

Tính chất hóa học của metan tác dụng với hơi nước H2O.

  • CH4 + H2O →700-900oC, Ni CO + 3H2
  • Phản ứng này thường được dùng để điều chế khí hidro

Khí metan tác dụng với oxi phản ứng cháy oxi hóa:

  • CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
  • Phản ứng đốt cháy khí metan này là phản ứng hóa học quan trọng nhất của khí metan. Phản ứng khí metan tác dụng với oxi tỏa ra rất nhiều nhiệt nên CH4 thường được dùng sử dụng chủ yếu làm khí đốt, nhiên liệu.

Phản ứng phân hủy metan ra axetilen

  • Phản ứng phân hủy metan tạo thành axetilen ở 1500oC nên nó là cách điều chế C2H2 từ CH4 phổ biến hiện nay:
  • 2CH4 →1500oC, làm lạnh nhanh tạo ra C2H2 + 3H2

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

  • CH4+2Cl2→to C+4HCl

Người ta sản xuất khí metan bằng cách nào?

điều chế CH4

Hiện nay có nhiều cách sản xuất khí metan, tùy theo quy mô mà người ta chọn lựa phương pháp điều chế metan và cách thu khí CH4 khác nhau.

1. Điều chế CH4 trong công nghiệp

Ở quy mô công nghiệp, cách thu khí CH4 và các đồng đẳng của nó được tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ. Đây là cách điều chế CH4 dễ dàng và nhanh chóng.

2. Cách điều chế metan trong phòng thí nghiệm

Một số cách điều chế CH4 trong phòng thí nghiệm như sau:

Khi cần một lượng nhỏ metan, người ta nung natri axetat chung với vôi tôi xút, hoặc điều chế metan bằng cách cho nhôm cacbua tác dụng với nước:

Điều chế CH4 từ nhôm cacbua:

  • Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4

Phản ứng muối natri axetat với xút tạo khí metan (nhiệt phân muối natri của axit carboxylic):

  • CH3–COONa + NaOH →CaO, to Na2CO3 + CH4

Cách điều chế metanol bằng phản ứng cộng hidro vào cacbon:

  • C + 2H2 →to, Ni CH4

Cách điều chế CH4 từ khí CO:

  • CO + 3H2 →to H2O+CH4 

Hoặc điều chế CH4 bằng cách khử các dẫn xuất methyl của các halogen, ancol hay carbonyl.

Ứng dụng của khí metan:

Ứng dụng của ch4
Ứng dụng của ch4
  • Như đã nhắc ở trên thì khí metan cháy tỏa nhiều nhiệt, vì vậy CH4 được dùng làm nhiên liệu phổ biến trong đời sống và sản xuất.
  • Metan là nguyên liệu để điều chế khí hiđro hay điều chế axetilen C2H2 từ CH4,…
  • Ngoài ra khí metan còn được sử dụng để điều chế bột than và nhiều chất hóa học khác.

Dù được dùng nhiều nhưng khí metan gây hiệu ứng nhà kính tạo ảnh hưởng đến con người, sinh vật cả động vật và thực vật cũng như môi trường.

Như vậy trên đây là toàn bộ thông tin mà chúng tôi chia sẻ về tính chất hóa học của metan và các phương pháp điều chế metan trong phòng thí nghiệm cũng như quy mô công nghiệp.

Hy vọng rằng đây sẽ là những thông tin vô cùng hữu ích và cần thiết đối với những ai quan tâm tới hợp chất hữu cơ CH4 này.

Nếu bạn muốn mua bình khí CH4 và các loại khí công nghiệp khác, vui lòng liên hệ với MIGCo chúng tôi để được tư vấn nhé.

>> Tìm hiểu tất tần tật về khí Metan tại đây

Bình Khí metan Ch4