Mục lục bài viết
1. Phương trình Al4C3 + H2O → CH4 + Al(OH)3:
– Điều kiện phản ứng: điều kiện thường
– Cách thức thực hiện: Cho Al4C3 tác dụng với nước
– Hiện tượng phản ứng: Nhôm cacbua tan dần tạo kết tủa keo trắng, đồng thời có khí CH4 thoát ra
2. Tìm hiểu về CH4 ( khí Metan):
2.1. Khí Metan là gì?
Đây là một hidrocacbon nằm trong dãy akan – dãy đồng đẳng. Là thành phần chính của dầu mỏ, tồn tại trong tự nhiên khá nhiều: trong bùn ao, trong dầu mỡ, trong khí đầm lầy, trong hầm biogas,.. là hidrocacbon đơn giản nhất có công thức CH4
Khí metan (methane) hay còn có tên gọi khác là khí bùn ao, có công thức hóa học là CH4 trong hóa học.
Danh pháp
+ Tên quốc tế: CH4 có tên gọi là metan.
+ Tên gốc Ankyl: CH3 – có tên gọi là metyl.
2.2. Tính chất vật lí và tính chất hóa học của Metan:
Thứ nhất, tính chất vật lý:
– Khí metan là một loại khí tự nhiên không màu, không mùi.
– Nó có mật độ nhẹ hơn không khí và không tan trong nước.
– Khí metan có độ bền cao, không dễ cháy và không thể nhìn thấy bằng mắt thường.
– Nhiệt độ sôi của metan là -161,5 độ C và nhiệt độ đông là -182,5 độ C.
– Metan không độc hại cho con người và không gây ảnh hưởng đáng kể đến môi trường.
Thứ hai, tính chất hóa học:
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.
1/ 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
2/ 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
3/ 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.
4/ 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
2.3. Điều chế Metan:
Cách điều chế CH4, hay metan, có thể được thực hiện thông qua một số phương pháp như sau:
– Điều chế metan từ khí tự nhiên: Khí tự nhiên chủ yếu bao gồm metan, được tách từ các tầng đất sâu. Khí tự nhiên sau đó được xử lý để tách metan ra khỏi các chất khác.
– Hydro hóa than cốc: Than cốc (gồm cacbon) có thể được hydro hóa, tức là thêm hydro vào phân tử cacbon, để tạo thành metan. Phương pháp này thường được sử dụng để điều chế metan từ than cốc hoặc khí tự nhiên không chứa đủ lượng metan.
– Fermentasi biogas: Metan cũng có thể được tạo ra thông qua quá trình lên men sinh học (fermentasi biogas). Trong quá trình này, vi khuẩn hoặc vi sinh vật khác sẽ phân giải chất hữu cơ không có oxy và tạo ra metan như một sản phẩm phụ. Tạo metan từ CO2 và hidro: Một phương pháp khác để điều chế metan là thông qua quá trình khử CO2 bằng hidro, tạo ra metan và nước.
– 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.
2.4. Ứng dụng của Metan:
Ứng dụng của khí metan (CH4) là rất đa dạng và quan trọng. Dưới đây là một số ví dụ về các ứng dụng của khí metan:
– Nhiên liệu: Khí metan là thành phần chính trong khí tự nhiên. Nó được sử dụng làm nhiên liệu cho các thiết bị như bếp ga, lò sưởi và xe ô tô chạy bằng khí.
– Công nghiệp hóa chất: Khí metan được sử dụng để tạo ra các hợp chất hữu cơ như metanol và axit axetic, có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất.
– Năng lượng: Khí metan có thể được chuyển đổi thành điện và nhiệt để cung cấp năng lượng cho các máy phát điện và hệ thống sưởi.
– Đời sống hàng ngày: Khí metan được sử dụng để nấu nướng, sưởi ấm, và cung cấp năng lượng cho các thiết bị gia đình khác như máy sấy.
– Trồng trọt: Khí metan được sử dụng để nung nấm trong quá trình sản xuất nông nghiệp và trong các ứng dụng thủy canh
3. Tìm hiểu về Al4C3:
3.1. Nhôm Cacbua Al4C3 là gì?
Cacbua nhôm hay nhôm cacbua, có công thức hóa học là Al4C3 là một hợp chất dạng rắn, tinh thể hoặc phiến màu vàng, trong suốt.
– Công thức phân tử: Al4C3
3.2. Tính chất vật lí & nhận biết:
– Tính chất vật lí: Là chất rắn, tinh thể hoặc phiến màu vàng, trong suốt. Nó ổn định ở nhiệt độ 1400oC, khối lượng riêng là 2,36 g/cm3.
– Nhận biết: đem hòa tan trong nước thu được khí không màu và kết tủa keo trắng.
Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4
3.3. Tính chất hóa học:
Tan trong nước:
Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4
Tác dụng với axit:
HCl + Al4C3 → AlCl3 + CH4
Tác dụng với dung dịch bazơ
H2O + NaOH + Al4C3 → CH4 + NaAl(OH)2
3.4. Điều chế Al4C3:
Điều chế Al4C3 có thể được thực hiện bằng cách kết hợp nhôm (Al) và than hoạt tính (C) trong một ống chứa không khí ở nhiệt độ cao. Quá trình này diễn ra theo công thức chung:
2 Al + 3 C → Al4C3
Khi tiếp xúc với không khí, al4c3 sẽ tạo thành nhôm oxit (Al2O3) và khí cacbon monoxit (CO).
Lưu ý rằng điều chế al4c3 là một quá trình phức tạp và chỉ nên được thực hiện bởi những người có kiến thức và kỹ năng chuyên môn trong lĩnh vực hóa học.
3.5. Ứng dụng của Al4C3:
Dưới đây là một số ứng dụng chính của Al4C3:
– Điện tử: Al4C3 được sử dụng trong sản xuất các thiết bị điện tử như bán dẫn và linh kiện điện tử.
– Vật liệu xây dựng: Al4C3 có tính chất chịu lửa và chống ăn mòn, do đó nó có thể được sử dụng trong vật liệu xây dựng như sơn chống cháy và chống ăn mòn.
– Công nghệ hòa tan kim loại: Al4C3 được sử dụng trong quá trình hòa tan kim loại. Nó có khả năng tạo thành hợp chất hòa tan với nhiều kim loại khác nhau.
– Sản xuất hợp chất khác: Al4C3 có thể được sử dụng trong quá trình sản xuất các hợp chất khác như hợp chất cacbon và hợp chất alumini.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng Al4C3 là một hợp chất có tính chất độc hại và có khả năng gây cháy nổ khi tiếp xúc với nước hoặc axit
4. Bài tập vận dụng và hướng dẫn giải:
Câu 1. Có bao nhiêu phát biểu đúng trong số các phát biểu sau:
(1) Metan cháy với oxi tạo hơi nước và khí lưu huỳnh đioxit.
(2) Phản ứng hóa học giữa metan và clo được gọi là phản ứng thế.
(3) Trong phản ứng hóa học, giữa metan và clo, chỉ có duy nhất một nguyên tử hiđro của metan có thể được thay thế bởi nguyên tử clo.
(4) Hỗn hợp gồm hai thể tích metan và một thể tích oxi là hỗn hợp nổ mạnh.
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
Đáp án A
Hướng dẫn giải:
Các phát biểu sai là:
a) Metan cháy với oxi tạo hơi nước và khí lưu huỳnh đioxit => Sai vì tạo khí cacbonic (CO2) chứ không phải là lưu huỳnh đioxit
c) Trong phản ứng hóa học giữa Metan và Clo, chỉ có duy nhất một nguyên tử Hiđro của Metan có thể được thay thế bởi nguyên tử Clo => Sai.
d) Hỗn hợp gồm hai thể tích Metan và một thể tích Oxi là hỗn hợp nổ mạnh => Sai, hỗn hợp nổ gồm một thể tích Metan và hai phần thể tích Oxi
Chỉ có phát biểu b đúng
Câu 2. Cho dung dịch NH3 dư vào dd AlCl3 và ZnCl2 thu được A. Nung A được chất rắn B. Cho luồng H2 đi qua B nung nóng sẽ thu được chất rắn:
A. Zn và Al
B. Zn và Al2O3
C. ZnO và Al2O3
D. Al2O3
Đáp án D
Hướng dẫn giải
AlCl3 + 3NH3 + 6H2O → Al(OH)3 + 3NH4Cl
ZnCl2 + 2NH3 + 2H2O → Zn(OH)2 + 2NH4Cl
Zn(OH)2 + NH3 dư → [Zn(NH3)6](OH)2
Câu 3. Cho hỗn hợp K và Al vào H2O, thấy hỗn hợp tan hết. Chứng tỏ:
A. Nước dư
B. Nước dư và nK > nAl
C. Nước dư và nK < nAl
D. Al tan hoàn toàn trong H2O
Đáp án B
