Trong phòng thí nghiệm CH4 được điều chế trực tiếp từ?

Lời giải: Trong phòng thí nghiệm, CH₄ được điều chế trực tiếp từ CH₃COONa.

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

2. Tính chất và các điều chế Metan trong phòng thí nghiệm:

2.1. Tính chất của Metan:

– Các tính chất vật lý của Metan

Metan (CH₄) cũng có một số tính chất vật lý nhất định. Cụ thể ở điều kiện tiêu chuẩn, khí metan không có màu, nhẹ hơn không khí, không vị, không mùi. Khí Metan (CH₄) được cho là độc hại đối với sức khỏe con người và khá nguy hiểm vì dễ xảy ra cháy nổ do bén lửa nhanh.

Khi Metan (CH₄) cháy sẽ tạo ra một ngọn lửa màu xanh da trời.

Nhiệt độ hóa lỏng của metan là: −162 °C

Nhiệt độ hóa rắn của metan là:  −183 °C

Khối lượng riêng metan là: 0.717 kg/m3

Metan (CH₄) là một ankan không có tạo ra liên kết hidro nên không thể tan trong các dung môi phân cực (H₂O). Nó chỉ tan trong các dung môi không phân cực mà không. Vì không tan trong nước nên Metan (CH₄) cũng không có tính dẫn điện.

– Các tính chất hóa học của Metan

Metan (CH₄) có một số tính chất hóa học nhất định, điển hình của nhóm các ankan. Cụ thể thì có phản ứng thế, phản ứng mất màu brom, phản ứng cháy, phản ứng phân hủy,….

Phản ứng thế

Đây là phản ứng của Metan (CH₄) với các nguyên tố thuộc nhóm Halogen trong điều kiện môi trường có ánh sáng và nhiệt độ. Các nguyên tố thuộc nhóm Halogen sẽ lần lượt thế vào từng nguyên tử H một tạo thành các dẫn xuất metyl halogen. Cụ thể phản ứng hóa học được mô tả diễn tiến như sau:

CH₃-H + X₂ → CH₃-X+ HX

Ví dụ: Metan (CH₄) tác dụng brom

Br₂ + CH₄ → CH₃Br + HBr

Clo hóa Metan (CH₄) thu được CH₃Cl, CH₂Cl₂, CHCl₃, CCl₄.

Phương trình hóa học:

CH₄ + Cl2 → CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

Thứ tự Metan (CH₄) phản ứng với các nguyên tố thuộc nhóm Halogen như sau: F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂

Tác dụng với hơi nước trong điều kiện nhiệt độ cao

Metan (CH₄) có tác dụng với hơi nước ở nhiệt độ từ 700 – 900 độ C, và có xúc tác là Ni. Sản phẩm sinh ra khí CO và Hidro. Đây cũng là phản ứng trong điều chế Hidro phục vụ công nghiệp.

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂

Phản ứng cháy

Cháy trong không khí sinh ra ngọn lửa xanh, nhiệt lớn

Metan (CH₄) có phản ứng oxi hóa điển hình, có thể cháy trong không khí và sinh ra lượng nhiệt lớn. Phương trình:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Phản ứng phân hủy Metan (CH4) ra axetilen (C2H2)

Metan (CH₄) có phản ứng phân hủy để tạo thành CH=CH ở nhiệt độ 1500^oC, điều kiện là làm lạnh nhanh. Đây cũng là cách để điều chế ra Axetilen nhanh nhất, phổ biến nhất hiện nay.

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂

Phản ứng khác

Khi cho Metan (CH₄) tác dụng với khí Clo trong điều kiện nhiệt độ cao sẽ xảy ra phản ứng tạo thành muội than và khí hidro clorua.

CH₄ + 2Cl₂→ C+4HCl

2.2. Cách điều chế Metan trong phòng thí nghiệm:

Có rất nhiều cách điều chế metan trong phòng thí nghiệm, nhưng những cách dưới đây là điển hình, dễ áp dụng nhất.

Cách 1: Nung natri axetat (CH₃COONa) với vôi tôi xút (NaOH, CaO)

Khi cần một lượng nhỏ metan, người ta nung natri axetat với vôi tôi xút, phản ứng sẽ sinh ra khí CH₄. Chúng ta thu khí CH₄ ở phản ứng bằng phương pháp đẩy nước.Phương trình điều chế metan trong phòng thí nghiệm:CH₃COONa +  NaOH → Na₂CO₃ + CH­₄

Cách 2: Cho Nhôm Cacbua (Al₄C₃) tác dụng với nước để thu về khí Metan

Phản ứng điều chế metan trong phòng thí nghiệm cũng được thực hiện bằng cách cho Nhôm Cacbua (Al₄C₃) tác dụng với nước.Phương trình điều chế metan trong phòng thí nghiệm:Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄Ngoài ra còn có thể điều chế Metan thông qua phản ứng cộng Hidro vào Cacbon:C + 2H₂ → CH₄ (điều kiện có nhiệt độ cao, chất xúc tác Ni)Điều chế Metan (CH₄) từ khí CO:CO + 3H₂ → H₂O+CH₄ (điều kiện nhiệt độ cao)Điều chế Metan (CH₄) bằng cách khử các dẫn xuất methyl của các nguyên tố nhóm halogen, ancol hay carbonyl.Trong công nghiệp người ta thu khí Metan (CH₄) và các đồng đẳng bằng cách chiết tách từ khai thác khí thiên nhiên và dầu mỏ

3. Bài tập vận dụng có đáp án:

Câu 1. Trong phòng thí nghiệm, metan được điều chế bằng phương pháp nào sau đây?

A. Nung natri axetat với vôi tôi xút.

B. Chưng cất từ dầu mỏ.

C. Tổng hợp trực tiếp từ cacbon và hiđro

D. Cracking butan.

Câu 3. Trong phòng thí nghiệm có thể điều chế metan bằng cách nào sau đây

A. Nhiệt phân natri axetat với vôi tôi xút.

B. Crackinh butan.

C. Cho nhôm cacbua tác dụng với nước.

D. Nhiệt phân natri axetat với vôi tôi xút hoặc cho nhôm cacbua tác dụng với nước.

Câu 4. Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế CH₄bằng phản ứng

A. crackinh n-butan.

B. cacbon tác dụng với hiđro.

C. nung natri axetat với vôi tôi xút.

D. điện phân dung dịch natri axetat.

Câu 5. Không thể điều chế CH4 bằng phản ứng nào?

A. Nung muối natri malonat với vôi tôi xút

B. Canxi cacbua tác dụng với nước

C. Nung natri axetat với vôi tôi xút

D. Điện phân dung dịch natri axetat