[CHUẨN NHẤT] Cách điều chế CH4 trong phòng thí nghiệm? | Myphamthucuc.vn

Câu hỏi: Cách điều chế CH₄ trong phòng thí nghiệm?

Lời giải:

Điều chế Metan CH₄ trong phòng thí nghiệm

1. Hóa chất và dụng cụ

a. Hóa chất: CH₃COONa, NaOH, CaO, H₂O

b. Dụng cụ: ống nghiệm, giá đỡ, chậu thủy tinh, nút cao su, ống dẫn khí bằng thủy tinh, đèn cồn.

2. Phương pháp thu khí

Sử dụng phương pháp đẩy nước, vì metan là chất khí ít tan được trong nước.

3. Điều kiện xảy ra phản ứng.

Điều kiện đun nóng hỗn hợp

4. Cách thực hiện thí nghiệm

• Lắp dụng cụ thí nghiệm như hình trên.

5. Phương trình hóa học

*Lưu ý khi điều chế khí Metan:

• Thu metan bằng phương pháp đẩy nước do metan không tan trong nước.
• Phải dùng CaO mới, không dùng CaO đã rã, CH₃COONa phải thật khan trước khi làm thí nghiệm. Nếu hỗn hợp phản ứng bị ẩm thì phản ứng xảy ra chậm.
• Phải đun nóng bình cầu khí metan mới thoát ra không để ngọn lửa lại gần miệng ống thoát khí.
• Khi ngừng thu khí, phải tháo rời ống dẫn khí rồi mới tắt đèn cồn tránh hiện tượng nước tràn vào ống nghiệm khi ngừng đun.
• Khi tháo rời thiết bị nên làm trong tủ hút và tắt hết lửa xung quanh

• Sử dụng glixerol để bôi trơn bề mặt tiếp xúc giữa thủy tinh và cao su

  Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết hơn về Metan CH₄ và các tính chats và ứng dụng của chúng nhé:

Thông tin về khí metan CH₄

Khí Metan hay methane là một gọi hydrocarbon đơn giản nhất của nhóm ankan, nó còn có tên gọi khác là khí bùn ao với công thức hóa học tổng quát: CH₄ .

Khí metan là thành phần chính của khí tự nhiên hay khí dầu mỏ, phần lớn được tạo ra trong quá trình chế biến dầu mỏ hay quá trình chưng cất sản xuất khí dầu mỏ.

Một số tính chất vật lí của khí metan CH₄:

• Ở điều kiện tiêu chuẩn thì khí metan là chất khí nhẹ hơn không khí không màu, không có mùi và không vị.
• Nó là một chất khí độc hại và rất dễ cháy, khi cháy tạo ngọn lửa màu xanh da trời.
• Nhiệt độ hóa lỏng của metan: −162 °C, nhiệt độ hóa rắn của metan:  −183 °C.
• Khối lượng riêng của metan là: 0.717 kg/m³
• Metan không tạo ra những liên kết hiđro nên không hòa tan trong những dung môi phân cực như nước mà chỉ tan trong các dung môi không phân cực. Khí metan cũng không có tính dẫn điện

Đặc điểm tính chất hóa học của metan:

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.

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

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

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.

Phản ứng phân hủy metan ra axetilen

• Phản ứng phân hủy metan tạo thành axetilen ở 1500^oC 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

Người ta sản xuất khí metan bằng cách nào?

Hiện nay có nhiều cách sản xuất khí metan, tùy theo quy mô mà người ta chọn lựa phương pháp điều chế metan và cách thu khí CH₄ khác nhau.

1. Điều chế CH₄ trong công nghiệp

Ở quy mô công nghiệp, cách thu khí CH₄ và các đồng đẳng của nó được tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ. Đây là cách điều chế CH₄ dễ dàng và nhanh chóng.

2. Cách điều chế metan trong phòng thí nghiệm

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, t^o) Na₂CO₃ + CH₄ 

Cách điều chế metanol bằng phản ứng cộng hidro vào cacbon:

• C + 2H₂ →(t^o, Ni) CH₄ 

Cách điều chế CH₄ từ khí CO:

• CO + 3H₂ →(t^o) H₂O+CH₄  

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

Ứng dụng của khí metan:

• Như đã nhắc ở trên thì khí metan cháy tỏa nhiều nhiệt, vì vậy CH₄ được dùng làm nhiên liệu phổ biến trong đời sống và sản xuất.
• Metan là nguyên liệu để điều chế khí hiđro hay điều chế axetilen C₂H₂ từ CH₄,…
• Ngoài ra khí metan còn được sử dụng để điều chế bột than và nhiều chất hóa học khác.

Dù được dùng nhiều nhưng khí metan gây hiệu ứng nhà kính tạo ảnh hưởng đến con người, sinh vật cả động vật và thực vật cũng như môi trường.