Khí metan là gì? Trạng thái tự nhiên, tính chất, ứng dụng và cách điều chế

Metan (công thức hóa học là CH4) là thành phần chính của khí gas mà chúng ta đang sử dụng. Vậy khí metan là gì? Cùng tìm hiểu trạng thái tự nhiên, tính chất, ứng dụng và cách điều chế metan trong bài viết dưới đây.

Metan là gì?

Metan là chất khí ko màu, ko mùi, ko vị, nhẹ hơn ko khí. Trong tự nhiên, metan sở hữu nhiều trong những mỏ khí (khí thiên nhiên), trong mỏ dầu (khí mỏ dầu hay khí đồng hành), trong những mỏ than (khí mỏ than), trong bùn ao (khí bùn ao), trong khí biogas…

  • Công thức phân tử: CH4

  • Phân tử khối của Metan (CH4) bằng 16 đvC.

  • Cấu tạo phân tử:

Trong phân tử metan chỉ sở hữu 4 liên kết đơn.

Những hiđrocacbon mạch hở, phân tử chỉ sở hữu liên kết đơn giống như metan gọi là ankan, công thức chung là CnH2n+2, với n ≥ 1

Tính chất vật lý của metan

Metan (CH4) mang những tính chất vật lý sau đây: 

  • Metan là một chất khí ko màu, ko mùi, ko vị, ít tan trong nước.

  • Tỉ khối của metan với ko khí là dCH4/kk = 16/29.

  • Đây là một khí rất độc và dễ bắt cháy, tạo ra lửa sở hữu màu xanh.

  • CH4 hóa lỏng lúc ở -162°C, còn hóa rắn ở -183°C.

  • Điểm bốc cháy: 537 °C.

  • Khối lượng riêng của metan: 0.717 kg/m3

  • Metan ko sở hữu khả năng hòa tan trong những dung môi phân cực vì ko sở hữu sự liên kết giữa những hidro, chúng chỉ tan trong dung môi ko phân cực.

  • CH4 ko sở hữu tính dẫn điện.

Tính chất hóa học của metan

Thực tế, khí metan sở hữu nhiều tính chất hóa học khác nhau. Tuy nhiên, metan sở hữu Hai tính chất cơ bản và tiêu biểu nhất, đó là khả năng tác dụng với oxi và clo theo từng điều kiện phản ứng khác nhau.

Tác dụng với oxi

Thí nghiệm: Đốt metan với oxi

Hiện tượng:

  • Sau lúc đốt, sở hữu những giọt nước nhỏ bám trên thành ống thử.

  • Đổ dung dịch nước vôi trong vào ống thử sau lúc đốt thấy dung dịch xuất hiện vẩn đục màu trắng.

  • Ống thử nóng lên.

Kết luận:

  • Khí metan cháy tạo thành khí cacbonic, tương đối nước. 

  • Phản ứng tỏa nhiều nhiệt.

  • Phương trình hóa học:   CH4(k) + 2O2(k) → CO2(k) + 2H2O(h) (điều kiện nhiệt độ)

Chú ý: Hỗn hợp một thể tích khí metan và hai thể tích khí oxi là hỗn hợp gây nổ mạnh.

Tác dụng với clo

Thí nghiệm: Cho hỗn hợp khí metan và clo phản ứng với nhau trong bình kín, điều kiện sở hữu chiếu sáng.

Hiện tượng: 

  • Ban sơ hỗn hợp khí sở hữu màu vàng của clo. Sau một thời kì, màu vàng nhạt dần rồi mất đi. 

  • Thêm nước rồi nhúng quỳ tím vào bình thấy quỳ tím chuyển sang màu đỏ.

Kết luận:

  • Metan đã phản ứng với clo lúc sở hữu ánh sáng, sản phẩm thu được sau phản ứng sở hữu tính axit nên lúc cho quỳ tím ẩm vào thì quỳ tím chuyển đỏ.

  • Phương trình hóa học: CH4 + Cl2   →  HCl  + CH3Cl (clo metan)

  • Ở phản ứng này, nguyên tử hidro của metan được thay thế bởi nguyên tử clo, vì vậy được gọi là phản ứng thế. Nếu sử dụng dư khí clo, toàn bộ nguyên tử hidro sở hữu trong phân tử metan sở hữu thể bị thay thế hết bởi nguyên tử clo.

Điều chế khí metan như thế nào?

Sở hữu nhiều cách để điều chế metan, nhưng chất khí này thường được điều chế và ứng dụng nhiều nhất trong hai môi trường phổ biến: Phòng thí nghiệm và trong công nghiệp. 

Điều chế metan trong phòng thí nghiệm

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

Lúc cần một lượng nhỏ khí metan, người ta nung natri axetat chung với vôi tôi xút, hoặc điều chế 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 cacboxylic):

CH3–COONa + NaOH →(CaO, nhiệt độ) Na2CO3 + CH4

  • Cách điều chế metanol bằng phản ứng cùng hidro vào cacbon:

C + 2H2 →(nhiệt độ, Ni) CH4

  • Cách điều chế CH4 từ khí CO:

CO + 3H2 →(nhiệt độ) H2O+CH4

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

Điều chế metan trong công nghiệp

Trong công nghiệp, Metan và những đồng đẳng được tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ. Đây là cách điều chế CH4 tiện dụng và nhanh chóng nhất.

  • Hợp chất hữu cơ là gì? Khái niệm về hợp chất hữu cơ và hóa học hữu cơ
  • Tìm hiểu về silic dioxit là gì? Ngành công nghiệp Silicat sở hữu ứng dụng gì?

Ứng dụng của khí metan

Metan là một trong những loại vật liệu quan yếu ko thể thiếu trong quá trình sản xuất công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày của con người. 

Ứng dụng trong nhiên liệu

Nhờ khả năng sinh nhiệt cao, metan trở thành nhiên liệu quan yếu được con người lựa chọn và sử dụng để sản xuất điện năng, phân phối sưởi ấm hay làm nhiên liệu cho những loại động cơ ô tô. 

  • Metan làm nhiên liệu cho những lò nướng, nhà cửa hay máy nước nóng, lò nung,... với cơ chế đốt cháy oxy để sinh ra nhiệt.

  • Metan đóng vai trò quan yếu trong việc phát điện lúc đốt nó như một nhiên liệu trong tuabin khí. Trong nhà máy nhiệt điện, metan sử dụng làm nhiên liệu phối hợp với than tạo ra hiệu quả tốt, đồng thời tránh nguy cơ ô nhiễm môi trường.

  • Vì hàm lượng khí metan trong khí mỏ sở hữu thể đạt tới mức 98%, nên nó sở hữu thể sử dụng để làm nhiên liệu cho những loại động cơ ôtô.

Tuy nhiên, khí metan than và những loại nhiên liệu dạng khí khác sở hữu mức năng lượng ở thể tích thấp. Trong điều kiện thông thường thì mức nhiệt lượng cháy của Một lít khí metan than nằm khoảng 33-36 kJ. Trong lúc đó, nhiệt lượng thu được sau quá trình cháy của Một lít xăng lại ở mức 31.400 kJ, to hơn 1000 lần so với khí metan than. Vì vậy, những nhà nghiên cứu sở hữu thể khẳng định khí metan than sở hữu thể làm nhiên liệu động cơ ôtô ở dạng nén hay hóa lỏng.

Những phân tích về nghiên cứu tính độc của ôtô chạy bằng khí đã cho thấy kết quả tốt lúc thay nhiên liệu xăng bằng khí metan than. Thành phần khí độc thải (tính g/km) phát thải ra môi trường giảm đi nhiều lần: oxit cacbon 5-10 lần, hydrocarbon – 3 lần và nhóm khí that oxit nitơ – trong 1,5 -2,5 lần…

  • Ngoài ra, ở nhiều nơi, metan còn được gọi là “khí thiên nhiên” - được lắp đặt những hệ thống đường ống dẫn tới từng nhà để sưởi ấm và nấu bếp. 

Ứng dụng trong công nghiệp

Khí metan hiện nay được ứng dụng trong nhiều phản ứng hóa công nghiệp khác nhau và được vận chuyển an toàn dưới dạng khí hóa lỏng. 

  • Trong hóa công nghiệp, metan là vật liệu chính để sản xuất ra những chất hydro, methanol, những loại axit axetic và anhydrit axetic.

  • Metan là vật liệu để điều chế ra H2 theo phương trình:

           CH4 + H2O (t°, xt) → CO2 + H2

  • Metan là vật liệu chính để điều chế bột than và nhiều chất hóa học khác như metanol, anhydride axetic hay axit axetic…

Bài tập về metan - SGK hóa học 9 kèm lời giải

Từ những tri thức trên, những bạn cùng vận dụng những tri thức đó để giải một số bài tập sau.

Giải bài Hai Hoá 9 SGK trang 116

Trong những phương trình hóa học sau, phương trình hóa học nào viết đúng? Phương trình hóa học nào viết sai?

a) CH4 + Cl2 → CH2Cl2 + H2 (ánh sáng)

b) CH4 + Cl2 → CH2 + 2HCl (ánh sáng)

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

d) CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl (ánh sáng)

Gợi ý đáp án: 

Phương trình hóa học viết đúng là trường hợp d. Những trường hợp còn lại đều sai.

Giải bài 3 SGK Hóa 9 trang 116

Đốt cháy hoàn toàn 11,Hai lít khí metan (đktc). Hãy tính thể tích khí oxi cần sử dụng và thể tích khí cacbonic tạo thành. Biết thể tích những khí đo ở đktc.

Gợi ý đáp án: 

nCH4 = 11,2/22,4 = 0,5 mol

Phương trình phản ứng:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Theo phương trình: nO2 = Hai x nCH4 = Hai x 0,5 = Một mol.

nCO2 = nCH4 = 0,5 mol.

VO2 = Một x 22,4 = 22,4 lít.

VCO2 = 0,5 x 22,4 = 11,Hai lít.

Giải Bài 4 trang 116 SGK Hóa 9

Sở hữu một hỗn hợp khí gồm CO2 và CH4. Hãy trình bày phương pháp hóa học để:

a) Thu được khí CH4.

b) Thu được khí CO2.

Gợi ý đáp án: 

Phương pháp hóa học để:

a) Thu được khí CH4:

Dẫn hỗn hợp khí qua dung dịch Ca(OH)Hai dư, khí CO2 bị giữ lại do phản ứng tạo ra CaCO3, khí bay ra khỏi dung dịch là CH4 sở hữu lẫn tương đối nước nên sử dụng CaO làm khô để thu được CH4 tinh khiết. Ta sở hữu PTHH như sau: 

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O.

b) Cho CaCO3 thu được ở trên tác dụng với dung dịch HCl loãng ta sẽ thu được khí CO2. Làm lạnh ngưng tụ nước sẽ thu được CO2 tinh khiết/ Ta sở hữu PTHH như sau: 

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O

Bài viết trên đây đã phân phối đầy đủ thông tin về metan là gì, khái niệm, trạng thái, tính chất, cách điều chế và ứng dụng của chất khí này trong cuộc sống. Hi vọng những thông tin này sẽ giúp bạn sở hữu thêm những tri thức có ích và ứng dụng chúng trong học tập cũng như thực tiễn.

Leave a Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *