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

Khí mê -tan (công thức hóa học là CH4) là thành phần chính của khí chúng ta đang sử dụng. Vậy metan là gì? Hãy tìm ra trạng thái tự nhiên, tính chất, ứng dụng và cách chuẩn bị khí mê -tan trong bài viết dưới đây.

Xem tất cả

Metan là gì?

Metan không màu, không mùi, vô vị, nhẹ hơn không khí. Trong tự nhiên, khí mê -tan có nhiều trong các khí khí (khí tự nhiên), trong các mỏ dầu (dầu hoặc khí đi kèm), trong các mỏ than (mỏ than), trong bùn ao (khí bùn), trong khí sinh học …

• Công thức phân tử: CH4

• Phân tử phân tử của metan (CH4) là 16 đơn vị.

• Cấu trúc phân tử:

Trong các phân tử methan, chỉ có 4 liên kết đơn.

Hydrocarbon mở, phân tử chỉ liên kết giống như khí mêtan được gọi là ankan, công thức phổ biến là CNH2N+2, với N ≥ 1

Tính chất vật lý của metan

Methane (CH4) có các tính chất vật lý sau:

• Khí mê -tan là một loại khí không màu, không mùi, vô vị, ít hòa tan trong nước.

• Mật độ của metan với không khí là DCH4/KK = 16/29.

• Đây là một loại khí rất độc hại và dễ dàng bốc cháy, tạo ra lửa xanh.

• Ch4 hóa lỏng khi tính bằng -162 ° C, hóa rắn ở -183 ° C.

• Điểm bắt lửa: 537 ° C.

• Mật độ của metan: 0,717 kg/m3

• Metan không thể hòa tan trong các dung môi phân cực vì không có mối liên hệ giữa hydro, chúng chỉ hòa tan trong các dung môi không phân cực.

• CH4 không có độ dẫn điện.

Tính chất hóa học của khí mêtan

Trong thực tế, metan có nhiều tính chất hóa học khác nhau. Tuy nhiên, metan có hai tính chất cơ bản và điển hình nhất, đó là khả năng hoạt động với oxy và clo theo từng điều kiện phản ứng khác nhau.

Ảnh hưởng với oxy

Thí nghiệm: Đốt cháy metan bằng oxy

Hiện tượng:

• Sau khi đốt, có những giọt nước nhỏ bám vào thành ống thử.

• Đổ dung dịch nước vôi vào ống nghiệm sau khi đốt dung dịch xuất hiện mờ đục.

• Ống kiểm tra nóng lên.

Kết luận:

• Lửa hình thành carbon dioxide, hơi nước.

• Phản ứng tỏa ra rất nhiều nhiệt.

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

Lưu ý: Hỗn hợp của một thể tích khí mê -tan và hai thể tích oxy là hỗn hợp nổ mạnh.

Hiệu quả với clo

Thí nghiệm: Cung cấp một hỗn hợp metan và clo để phản ứng với nhau trong một bể kín, với điều kiện ánh sáng.

Hiện tượng:

• Ban đầu hỗn hợp khí màu vàng của clo. Sau một thời gian, màu vàng mờ dần đi.

• Thêm nước và nhúng quỳ màu tím vào bình để thấy đầu quỳ màu tím chuyển sang màu đỏ.

Kết luận:

• Metan phản ứng với clo khi có ánh sáng, sản phẩm thu được sau phản ứng axit, vì vậy khi hải quỳ tím ẩm, đầu gối màu tím có màu đỏ.

• Phương trình hóa học: CH4 + CL2 → HCL + CH3CL (clo metan)

• Trong phản ứng này, nguyên tử hydro của metan được thay thế bằng các nguyên tử clo, do đó nó được gọi là phản ứng. Nếu khí clo được sử dụng, toàn bộ nguyên tử hydro trong phân tử metan có thể được thay thế bằng nguyên tử clo.

Làm thế nào để chuẩn bị metan?

Có nhiều cách để chuẩn bị khí mê -tan, nhưng khí này thường được chuẩn bị và áp dụng hầu hết trong hai môi trường phổ biến: phòng thí nghiệm và công nghiệp.

Chuẩn bị khí mê -tan trong phòng thí nghiệm

Một số cách phổ biến để chuẩn bị CH4 trong phòng thí nghiệm như sau:

Khi cần một lượng nhỏ metan, mọi người đốt natri acetate bằng vôi soda ăn da, hoặc chuẩn bị bằng cacbua nhôm để hoạt động với nước.

• Chuẩn bị CH4 từ nhôm cacbua:

AL4C3 + 12H2O → 4AL (OH) 3 + 3CH4

• Phản ứng muối natri acetate với soda ăn da để tạo ra khí metan (muối natri của axit cacboxylic):

CH3 – Coona + NaOH → (CaO, nhiệt độ) Na2Co3 + CH4

• Cách chuẩn bị metanol bằng phản ứng hydro cộng với carbon:

C + 2H2 → (Nhiệt độ, Ni) CH4

• Cách chuẩn bị CH4 từ CO:

CO + 3H2 → (Nhiệt độ) H2O + CH4

Hoặc chuẩn bị CH4 bằng cách loại bỏ các dẫn xuất methyl của halogen, rượu hoặc carbonyl.

Điều chế khí mê -tan trong ngành

Trong ngành công nghiệp, khí mê -tan và đồng nghiệp được tách ra khỏi khí đốt tự nhiên và dầu. Đây là cách dễ nhất và nhanh nhất để chuẩn bị CH4.

Xem thêm:

• Hợp chất hữu cơ là gì? Khái niệm về các hợp chất hóa học hữu cơ và hữu cơ
• Tìm hiểu về silicon dioxide là gì? Những ứng dụng của ngành công nghiệp silicat có?

Áp dụng khí mêtan

Khí mê -tan là một trong những vật liệu quan trọng nhất không thể thiếu trong quá trình sản xuất công nghiệp và cuộc sống hàng ngày của con người.

Ứng dụng trong nhiên liệu

Nhờ thế hệ nhiệt cao, khí mêtan trở thành một loại nhiên liệu quan trọng được lựa chọn và sử dụng bởi con người để sản xuất điện, cung cấp hệ thống sưởi hoặc nhiên liệu cho động cơ xe hơi.

• Khí mê -tan làm nhiên liệu cho lò nướng, nhà hoặc nước nóng, lò, … với cơ chế đốt oxy để tạo ra nhiệt.

• Metan đóng một vai trò quan trọng trong việc phát điện khi đốt nó như một nhiên liệu trong tuabin khí. Trong nhà máy nhiệt điện, metan được sử dụng làm nhiên liệu kết hợp với than để tạo ra hiệu ứng tốt, đồng thời giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường.

• Bởi vì hàm lượng metan trong khí mỏ có thể đạt 98%, nó có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ xe hơi.

Tuy nhiên, metan than và nhiên liệu khí khác có mức năng lượng khối lượng thấp. Trong điều kiện bình thường, mức nhiệt của 1 lít metan than là khoảng 33-36 kJ. Trong khi đó, nhiệt thu được sau quá trình đốt cháy 1 lít xăng ở mức 31.400 kJ, lớn hơn 1.000 lần so với khí metan. Do đó, các nhà nghiên cứu có thể xác nhận rằng khí metan than có thể tạo ra nhiên liệu động cơ ô tô ở dạng nén hoặc hóa lỏng.

Việc phân tích độc tính của độc tính của xe đã cho thấy kết quả tốt khi thay thế nhiên liệu xăng bằng khí mê -tan than. Khí thải thành phần khí chi tiết (G/km) vào môi trường đã giảm nhiều lần: carbon oxit 5-10 lần, hydrocarbon -3 lần và nhóm oxit nitơ -cho 1,5 -2,5 lần …

• Ngoài ra, ở nhiều nơi, metan còn được gọi là “khí tự nhiên” – các hệ thống đường ống được lắp đặt cho mỗi ngôi nhà để sưởi ấm và nấu ăn.

Ứng dụng trong ngành công nghiệp

Metan hiện được sử dụng trong nhiều phản ứng công nghiệp khác nhau và được vận chuyển một cách an toàn dưới dạng khí hóa lỏng.

• Trong hóa học công nghiệp, metan là nguyên liệu chính để sản xuất hydro, metanol, axit axetic và axit axetic.

• Khí mê -tan là nguyên liệu thô để chuẩn bị H2 theo phương trình:

CH4 + H2O (T °, XT) → CO2 + H2

• Khí mê -tan là thành phần chính để chuẩn bị bột than và nhiều hóa chất khác như metanol, anhydride acetic hoặc axit axetic …

Tập thể dục trên Methan – Hóa học SGK 9 với các giải pháp

Từ kiến ​​thức trên, bạn áp dụng kiến ​​thức đó lại với nhau để giải quyết một số bài tập sau.

Bài 2

Trong các phương trình hóa học sau đây, phương trình hóa học nào là chính xác? Phương trình hóa chất nào 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)

Đề xuất cho câu trả lời:

Phương trình hóa học chính xác là trường hợp d. Các trường hợp còn lại là sai.

Bài 3 Sách giáo khoa Hóa học 9 Trang 116

Hoàn toàn đốt cháy 11,2 lít metan (DKTC). Tính thể tích oxy cần thiết và thể tích carbon dioxide hình thành. Biết thể tích khí đo được trong tiêu chuẩn.

Đề xuất cho câu trả lời:

NCH4 = 11,2/22,4 = 0,5 mol

Phương trình phản ứng:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Theo phương trình: NO2 = 2 x NCH4 = 2 x 0,5 = 1 mol.

NCO2 = NCH4 = 0,5 mol.

VO2 = 1 x 22.4 = 22,4 lít.

VCO2 = 0,5 x 22,4 = 11,2 lít.

Bài 4 Trang 116 SGK Hóa học 9

Có một hỗn hợp khí của CO2 và CH4. Vui lòng trình bày phương pháp hóa học để:

a) thu được ch4.

b) thu được CO2.

Đề xuất cho câu trả lời:

Phương pháp hóa học để:

a) thu được khí ch4:

Hỗn hợp khí hàng đầu thông qua dung dịch Ca (OH) 2 dư thừa, CO2 được giữ lại do phản ứng tạo ra CaCO3, khí bay ra khỏi dung dịch là CH4 với hơi nước, do đó nó được sấy khô cao để thu được CH4 nguyên chất. Chúng tôi có những điều sau:

CO2 + CA (OH) 2 → CaCO3 + H2O.

b) Đặt CaCO3 thu được ở trên với dung dịch HCl pha loãng, chúng tôi sẽ thu được CO2. Việc làm mát ngưng tụ nước sẽ thu được CO2 tinh khiết/ chúng ta có phương pháp sau:

Caco3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

Bài viết trên đã cung cấp tất cả thông tin về khí mê -tan, khái niệm, trạng thái, tính chất, điều chế và ứng dụng khí này trong cuộc sống. Hy vọng rằng thông tin này sẽ giúp bạn có được kiến ​​thức hữu ích hơn và áp dụng chúng trong học tập và thực hành.

Nguồn: https://mncatlinhdd.edu.vn/ Tác giả: Nguyễn Lân dũng