Điều Chế Metan Trong Phòng Thí Nghiệm | Phương trình (CH4)

Metan (CH₄) là loại khí có sẵn trong tự nhiên, là thành phần trong khí gas mà chúng ta sử dụng hàng ngày. Tuy nhiên, chắc hẳn ít người biết các thông tin cụ thể về loại khí này, cách điều chế Metan trong phòng thí nghiệm như thế nào? Khi sử dụng khí metan cần lưu ý gì?

Khí Metan (CH₄) là gì?

Khí Metan (CH₄) hay còn gọi với cái tên khác là methane. Đây là một loại hidrocacbon đơn giản nhất nằm trong nhóm ankan. Metan (CH₄) thuộc nhóm hợp chất hữu cơ, là loại chất xuất hiện trong chương trình hóa học phổ thông.

Công thức cấu tạo của Metan (CH₄) minh hoạt dưới hình:

Khí Metan (CH4)

Khí Metan (CH₄) được tìm thấy nhiều trong tự nhiên, nó xuất hiện ở các mỏ khí, mỏ dầu, thêm vào đó được chiết tách từ các quá trình sản xuất khí đốt.

Các tính chất vật lý của Metan (CH₄)

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 (CH₄)

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

||Tìm hiểu thêm: cách điều chế axetilen trong phòng thí nghiệm

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

Điều chế Metan trong phòng thí nghiệm bằng cách nào?

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)

Hình ảnh minh họa điều chế Metan (CH4)

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 + 3CH₄

Ngoài 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.

||Xem thêm: Cách điều chế NH3 trong phòng thí nghiệm | Phương trình

Lưu ý khi tiến hành điều chế Metan trong phòng thí nghiệm

Một số lưu ý cần nắm để quá trình điều chế khí Metan (CH₄) diễn ra nhanh chóng, không bị gián đoạn, kết quả thu được thành công nhất:

• Trong quá trình điều chế khí Metan (CH₄), chúng ta có thể thu khí Metan bằng phương pháp đẩy nước.
• Phải dùng CaO mới, nếu đã bị ẩm và rã thì CH₃COONa phải thật khô, không dính nước. Có nước sẽ khiến phản ứng xảy ra chậm, kết quả không được cao.
• Đun nóng bình cầu để khí Metan (CH₄) được sinh ra, không để ngọn lửa lan đến gần chỗ thoát khí tránh Metan (CH₄) vừa sinh ra đã bị cháy hết.
• Khi phản ứng kết thúc tháo rời ống dẫn khí, đậy nút lại, tránh nước tràn vào khi đang đun

Các ứng dụng của Metan (CH₄) trong thực tế

Metan (CH4) có nhiều ứng dụng trong thực tiễn

Metan (CH₄) là một trong những chất khí có vai trò quan trọng trong tự nhiên cũng như các lĩnh vực hoạt động đời sống của con người. Một số ứng dụng cụ thể và nổi bật phải kể đến:

• Sử dụng làm nhiên liệu phục vụ quá trình đốt cháy tạo ra nhiệt
• Sử dụng điều chế bột than và một số chất hóa học khác
• Làm nguyên liệu phục vụ nghiên cứu hóa học

Mặc dù khá quan trọng và được ứng dụng nhiều nhưng khí Metan (CH₄) cũng gây ra tác động hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của con người và các sinh vật khác trên trái đất.

Các thông tin về cách điều chế Metan trong phòng thí nghiệm đã được chúng tôi chia sẻ trên đây. Nếu có gì thắc mắc, bạn đọc có thể để lại bình luận chúng tôi sẽ hỗ trợ giải đáp cụ thể. Hóa học là một môn học vô cùng thú vị, có tính thực tiễn cao. Muốn học tốt hóa thì bạn cần phải chăm chỉ và nỗ lực tìm tòi nhiều hơn nữa.

||Bài viết liên quan khác:

• Điều Chế HNO3 Trong Phòng Thí Nghiệm | Sơ đồ, phương trình
• Cách điều chế CO trong phòng thí nghiệm chuẩn nhất
• Các Chất Lưỡng Tính Thường Gặp Trong Hoá Học Và Dạng Bài Tập
• Khí Nito Là Gì? Điều Chế N2 Trong Phòng Thí Nghiệm