Phản ứng CH4 → C2H2 + H2

1. Phương trình CH4 ra C2H2

2CH4 → C2H2↑ + H2↑

2. Điều kiện phản ứng CH4 tạo ra C2H2

Nhiệt độ: 1500°C Điều kiện khác: làm lạnh nhanh.

3. Cách tiến hành phản ứng CH4 tạo ra C2H2

Để tiến hành phản ứng CH4 tạo ra C2H2, ta có thể thực hiện các bước sau:

1. Chuẩn bị lò phản ứng: Bắt đầu bằng việc chuẩn bị một lò phản ứng với nhiệt độ khoảng 1500°C, trang bị chất xúc tác và các thiết bị đo nhiệt độ và áp suất.
2. Cho khí metan và chất xúc tác vào lò: Đưa khí metan và chất xúc tác vào lò phản ứng.
3. Tăng nhiệt độ của lò phản ứng: Tăng nhiệt độ của lò lên khoảng 1500°C để khí metan phân hủy và tạo ra khí C2H2 và H2.
4. Chờ đợi phản ứng diễn ra: Sau khi nhiệt độ đạt đủ, chờ đợi để phản ứng diễn ra trong một khoảng thời gian nhất định.
5. Làm lạnh nhanh: Cuối cùng, khi phản ứng kết thúc, làm lạnh nhanh để ngăn chặn sự phản ứng tiếp diễn.

4. Tính chất hóa học của Metan

Sản phẩm thu được là khí axetilen và khí H2

4.1. Tác dụng với oxi

Phản ứng cháy hoàn toàn

Khi đốt trong oxi, metan cháy tạo thành khí CO2 và H2O, tỏa nhiều nhiệt.

CH4 + 2O2 CO2+ 2H2O

Hỗn hợp gồm một thể tích metan và hai thể tích oxi là hỗn hợp nổ mạnh.

Phản ứng cháy không hoàn toàn: Được dùng trong sản xuất fomanđehit, bột than, khí đốt,…

(đốt trong điều kiện thiếu không khí)

2CH4 + 3O2 → 2HCOOH + 2H2O

4.2. Tác dụng với clo khi có ánh sáng

CH4 + Cl2 HCl + CH3Cl (metyl clorua)

CH3Cl + Cl2→ CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl

CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

Ở phản ứng này, nguyên tử H của metan được thay thế bởi nguyên tử Cl, vì vậy được gọi là phản ứng thế. Đây là phản ứng đặc trưng của liên kết đơn.

4.3. Phản ứng với hơi nước tạo ra khí CO

CH4 + H2O → CO + H2O

(Điều kiện phản ứng: Nhiệt độ 1000, Chất xúc tác Ni)

4.4. Phản ứng phân hủy tạo ra axetilen

Metan bị nhiệt phân bằng cách nung nóng nhanh metan với một lượng nhỏ oxi ở nhiệt độ khoảng 1500oC (ΔH = 397kJ/mol)

2CH4 → C2H2 + 3H2

Oxi được dùng để đốt cháy 1 phần metan, cung cấp thêm nhiệt cho phản ứng.

5. Tính chất vật lí của Metan

Metan là chất khí không màu không mùi không vị. Chúng rất độc và dễ bắt cháy, tạo ra lửa màu xanh.

CH4 hóa lỏng khi ở nhiệt độ - 162 °C, hóa rắn ở nhiệt độ - 183 °C.
Điểm bốc cháy là 537 °C .

Khối lượng riêng của metan là 0,717 kg / m3 .

Metan không có khả năng hòa tan trong các dung môi phân cực vì không có sự liên kết giữa các hidro, chúng chỉ tan trong dung môi không phân cưc.

Metan không có tính dẫn điện.

6. Hiện tượng nhận biết phản ứng.

- Khi phân hủy khí metan (CH4) ở nhiệt độ cao sau đó làm lạnh nhanh thì thấy có khí không màu thoát ra

7. Ứng dụng

Phản ứng 2CH4 → C2H2↑ + H2↑ là một phản ứng quan trọng trong hóa học và có nhiều ứng dụng thực tế quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

1. Sản xuất etin (acetylen): Phản ứng này là cách chính để sản xuất khí etin, còn được gọi là acetylen. Khí etin có nhiều ứng dụng quan trọng trong hóa học và công nghiệp, bao gồm việc sử dụng trong quá trình hàn, cắt kim loại, và hợp chất hữu cơ tổng hợp.
2. Công nghiệp hàn và cắt kim loại: Khí etin được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hàn kim loại và cắt kim loại. Khi đốt khí etin với oxy, nhiệt độ cao được tạo ra trong một ngọn lửa, và ngọn lửa này có khả năng nung chảy và cắt qua kim loại như thép.
3. Sản xuất nhựa PVC: Etin cũng được sử dụng trong việc sản xuất polyvinyl chloride (PVC), một loại nhựa phổ biến được sử dụng trong ống cống, vật liệu cách nhiệt, và nhiều sản phẩm khác.
4. Sản xuất hợp chất hữu cơ: Etin là một tác nhân tổng hợp quan trọng trong hóa học hữu cơ. Nó được sử dụng để tạo ra các hợp chất hữu cơ phức tạp, bao gồm một số hợp chất được sử dụng trong dược phẩm và sản phẩm hóa học.
5. Nghiên cứu khoa học: Etin được sử dụng trong nghiên cứu khoa học và phân tích hóa học, đặc biệt trong các phản ứng hóa học và phân tích khí. Nó có thể được sử dụng để tạo ra điều kiện nhiệt độ cao cho các phản ứng phức tạp hoặc để kiểm tra các tính chất của các hợp chất khác.
6. Dùng làm nhiên liệu: Mặc dù không phải là một nguồn nhiên liệu phổ biến, etin đã được sử dụng làm nhiên liệu trong một số trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như động cơ động cơ tên lửa và một số ứng dụng công nghiệp đặc biệt.

Như vậy, phản ứng 2CH4 → C2H2↑ + H2↑ không chỉ là một phản ứng hóa học quan trọng mà còn có nhiều ứng dụng thực tế rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp đến nghiên cứu khoa học và công nghệ.

8. Bài tập

Câu 1. Chất nào dưới đây có liên kết ba trong phân tử

A. Metan

B. Butan

C. Etilen

D. Axetilen

Lời giải:

Đáp án: D

Câu 2. Dãy các chất làm mất màu dung dịch Brom?

A. CH4, C2H2

B. C3H8, C2H4

C. C2H4, C3H4

D. C3H6, CH4

Lời giải:

Đáp án: C

Câu 3. Cặp chất nào gây nổ khi trộn với nhau

A. H2 và Cl2; CH4 và Cl2

B. Cl2 và O2; CH4 và H2

C. H2 và Cl2; Cl2 và O2

D. CH4 và O2; H2 và O2

Lời giải:

Đáp án: D

Câu 4. Phản ứng giữa Metan và khí Clo xảy ra cần điều kiện gì?

A. Axit làm xúc tác

B. Nhiệt độ cao

C. Bột sắt làm xúc tác

D. Có ánh sáng

Lời giải:

Đáp án: D

Câu 5. Đốt cháy hoàn toàn 2,24 lít khí Metan trong V lít O2. Thể tích khí Oxi là:

A. 2,24 lít

B. 3.36 lít

C. 4,48 lít

D. 8,96 lít

Lời giải:

Đáp án: B

Câu 6: Phản ứng hóa học đặc trưng của metan là:

A. Phản ứng thế.

B. Phản ứng cộng.

C. Phản ứng oxi hóa – khử.

D. Phản ứng phân hủy.

Lời giải:

Đáp án: A

Câu 7: Các tính chất vật lí cơ bản của metan là:

A. Chất lỏng, không màu, tan nhiều tron nước

B. Chất khí, không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, tan ít trong nước

C. Chất khí không màu, tan nhiều trong nước

D. Chất khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí, tan ít trong nước

Lời giải:

Đáp án: B

Câu 8: Để chứng minh sản phẩm của phản ứng cháy giữa metan và oxi có tạo thành khí cacbonic hay không ta cho vào ống nghiệm hóa chất nào say đây?

A. Nước cất

B. Nước vôi trong

C. Nước muối

D. Thuốc tím

Lời giải:

Đáp án: B

Giải thích:

Khi cho nước vôi trong Ca(OH)2 vào ống nghiệm thấy dung dịch bị vẩn đục chứng tỏ có khí CO2. CO2 phản ứng với Ca(OH)2tạo kết tủa làm dung dịch bị vẩn đục.

Câu 9: Trong phòng thí nghiệm có thể thu khí CH4 bằng cách:

A. Đẩy không khí ( ngửa bình)

B. Đẩy axit

C. Đẩy nước (úp bình)

D. Đẩy bazo

Lời giải:

Đáp án: C

Giải thích:

Điều chế Metan CH4 trong phòng thí nghiệm

Hóa chất và dụng cụ

Hóa chất: CH3COONa, NaOH, CaO, H2O

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

Phương pháp thu khí

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

Điều kiện xảy ra phản ứng.

Điều kiện đun nóng hỗn hợp

Phương trình hóa học

CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3

Câu 10: Điều kiện để phản ứng giữa Metan và Clo xảy ra là:

A. Có bột sắt làm xúc tác

B. Có axit làm xúc tác

C. Có nhiệt độ

D. Có ánh sáng

Lời giải:

Đáp án: D

Câu 11: Cấu tạo phân tử axetilen gồm

A. hai liên kết đơn và một liên kết ba.

B. hai liên kết đơn và một liên kết đôi.

C. một liên kết ba và một liên kết đôi.

D. hai liên kết đôi và một liên kết ba.

Lời giải:

Đáp án: A

Câu 12: Liên kết C=C trong phân tử axetilen có đặc điểm

A. một liên kết kém bền dễ đứt ra trong các phản ứng hóa học.

B. hai liên kết kém bền nhưng chỉ có một liên kết bị đứt ra trong phản ứng hóa học.

C. hai liên kết kém bền dễ đứt lần lượt trong các phản ứng hóa học.

D. ba liên kết kém bền dễ đứt lần lượt trong các phản ứng hóa học.

Lời giải:

Đáp án: C

Câu 13: Trong các chất dư­ới đây, chất nào có nhiệt độ sôi thấp nhất?

A. C4H10.

B. C2H6.

C. CH4.

D. C3H8.

Lời giải:

Đáp án: C

Câu 14: Axetilen tham gia phản ứng cộng H2O (xúc tác HgSO4, thu được sản phẩm hữu cơ là:

A. C2H4(OH)2

B. CH3CHO

C. CH3COOH

D. C2H5OH

Lời giải:

Đáp án: B

Câu 15:Phản ứng nào trong các phản ứng sau không tạo ra axetilen?

A. Ag2C2 + HCl →

B. CH4 

C. Al4C3 + H2O→

D. CaC2 + H2O→

Lời giải:

Đáp án: C

Câu 16. Trong các nhận xét dưới đây, nhận xét nào sai ?

A. Tất cả các ankan đều có công thức phân tử CnH2n+2.

B. Tất cả các chất có công thức phân tử CnH2n+2 đều là ankan.

C. Tất cả các ankan đều chỉ có liên kết đơn trong phân tử.

D. Tất cả các chất chỉ có liên kết đơn trong phân tử đều là ankan.

Lời giải:

Đáp án: D

Câu 17. Phân tử CH4 không tan trong nư­ớc vì lí do nào sau đây?

A. Metan là chất khí.

B. Phân tử metan không phân cực.

C. Metan không có liên kết đôi.

D. Phân tử khối của metan nhỏ.

Lời giải:

Đáp án: B

Câu 18. Khí axetilen không có tính chất hóa học nào sau đây?

A. Phản ứng cộng với dung dịch brom.

B. Phản ứng cháy với oxi.

C. Phản ứng cộng với hiđro.

D. Phản ứng thế với clo ngoài ánh sáng.

Lời giải:

Đáp án: D

Giải thích:

Khí axetilen không có tính chất hóa học nào sau đây?

Khí axetilen có

Phản ứng cộng với dung dịch brom.

Phản ứng cháy với oxi.

Phản ứng cộng với hiđro.

Không có Phản ứng thế với clo ngoài ánh sáng.

Câu 19. Hợp chất hữu cơ X có tên gọi là: 2 - clo - 3 - metylpentan. Công thức cấu tạo của X là:

A. CH3CH2CH(Cl)CH(CH3)2.

B. CH3CH(Cl)CH(CH3)CH2CH3.

C. CH3CH2CH(CH3)CH2CH2Cl.

D. CH3CH(Cl)CH3CH(CH3)CH3.

Lời giải:

Đáp án: B

Giải thích:

Vậy có tất cả 3 đồng phân.

2 - clo - 3 - metylpentan “Đánh số gần halogen trước” => Cl ở số 2 ; Metyl ở số 3 ;

pentan => Mạch chính có 5C

=> Công thức cấu tạo: 1CH3 – 2CH(Cl) – 3CH(CH3) – 4CH2 – 5CH3

Câu 20. Có bao nhiêu đồng phân cấu tạo có công thức phân tử C5H12?

A. 3

B. 4

C. 5

D. 6

Lời giải:

Đáp án: A

Giải thích:

Các đồng phân ankan có CTPT C5H12 là:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3

CH3-CH(CH3)-CH2-CH3

C(CH3)4