Metan CH4 là gì? Tính chất, ứng dụng quan trọng của metan

Metan CH4 là một loại khí khá phổ biến trong tự nhiên và được ứng dụng rộng rãi trong làm nhiên liệu. Để hiểu rõ hơn về chất khí này, mời bạn đọc theo dõi bài viết ngay sau đâu của LabVIETCHEM.

1. Tổng quan về Metan CH4 là gì?

1.1. Metan là gì? CH4 là gì

Khí metan (methane) hay còn được gọi là khí bùn ao, có công thức hóa học CH4. Nó là hidrocacbon đơn giản nhất nằm trong dãy đồng đẳng akan.

Metan CH4 là gì?

1.2. Khí metan tìm thấy ở đâu trong tự nhiên

• Khí CH4 có thể xuất hiện trong các khí thải phát sinh từ sự đốt cháy nhiên liệu hóa thạch hay cháy rừng
• Có trong quá trình sinh học xảy ra trong ruột của động vật, tiêu biểu là sự men hóa trong đường ruột và dạ dày động vật nhai lại
• Tìm thấy trong sự phân hủy kỵ khí ở các ao hồ, đầm lầy hay trầm tích dưới đáy biển,… ngay cả dưới hầm cầu cũng có sự có mặt của chúng vì hiện tượng lên men yếm khí
• Là thành phần chính của khí tự nhiên, nhất là dầu mỏ,
• Có thể có ở trong các hang động, đá giếng sâu.

2. Tính chất lý hóa của metan CH4

2.1. Tính chất vật lý của CH4

• Đây là chất khí không màu, không mùi và không có vị
• Rất độc và dễ bắt cháy, khi cháy tạo ra ngọn lửa có màu xanh
• Hóa lỏng ở -162 độ C và hóa rắn tại -183 độ C
• Điểm bốc cháy: 537 độ C
• Khối lượng riêng: 0.717 kg/m3
• Không có khả năng hòa tan trong các dung môi phân cực, chỉ tan trong những dung môi không phân cực do không có sự liên kết giữa các hidro
• Không có tính dẫn điện

Metan có công thức hóa học CH4

2.2. Tính chất hóa học của metan ra sao?

• Tham gia phản ứng thế với halogen clo và brom

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl

CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

• Phản ứng với hơi nước

CH4 + H2O = CO + H2O (nhiệt độ: 1000 độ C và chất xúc tác Ni)

• Phản ứng cháy với oxi

+ Phản ứng cháy hoàn toàn:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

Q= -891 kJ/ mol tại 25 độ C, 1 atm

+ Phản ứng cháy không hoàn toàn:

CH4 + O2 → HCHO + H2O (200 atm, 300 độ C)

CH4 + 1/2O2 → CO + 2H2 (500 độ C, Ni)

CH4 + O2 → C + H2O (điều kiện thiếu không khí)

• Phản ứng phân hủy

2CH4 → C2H2 + 3H2

3. Điều chế khí mêtan CH4 như thế nào?

3.1. Trong phòng thí nghiệm

• Điều chế mêtan từ nhôm cacbua:

Al4C3 + 12H2O → 3CH4 + 4Al(OH)3

• Từ phản ứng muối natri axetat cùng với xút

CH3-COONa = NaOh → Na2CO3 + CH4 (điều kiện nhiệt độ, xúc tác CaO)

• Bằng phản ứng cộng hidro với cacbon

C + 2H2 → CH4

• Từ khí CO

CO + 3H2 → H2O + CH4 (nhiệt độ)

• Ngoài ra còn có thể điều chế metan bằng cách khử dẫn xuất methyl của các halogen, carbonyl hay ancol.

3.2. Trong công nghiệp

Metan CH4 cùng các đồng đẳng được điều chế chủ yếu bằng khí tự nhiên và dầu mỏ.

Có thể điều chế metan từ dầu mỏ

4. Ứng dụng của metan CH4

4.1. Trong làm nhiên liệu

• Đây là một trong các nhiên liệu vô cùng quan trọng. So với việc đốt cháy than đá thì đốt cháy CH4 sẽ sinh ra ít khí CO2 trên mỗi đơn vị nhiệt giải phóng hơn,
• Thường dùng làm nhiên liệu trong các lò nướng, nhà máy, lò nung, máy nước nóng, xe ô tô,… với công dụng đốt cháy oxy để tạo nhiệt
• CH4 ở dạng khí tự nhiên nén được dùng làm nhiên liệu cho xe cộ và được đánh giá là loại thân thiện với môi trường.
• Đóng vai trò quan trọng trong việc phát điện khi đốt nó như một nhiên liệu trong tuabin khí hay máy phát điện hơi nước. Ở nhiều nơi, loại khí này còn được biết đến là một khí thiên nhiên sử dụng để sưởi ấm và nấu ăn.

Metan CH4 là gì? Ứng dụng của Metan trong làm nhiên liệu cho ô tô

4.2. Trong công nghiệp

• Là nguyên liệu trong sản xuất nhiều loại hóa chất khác như hydro methanol, anhydrit axetic, axit axetic
• Từ metan còn có thể điều chế ra axetilen
• Tham ra nhiều trong những phản ứng hóa học dưới các dạng khác nhau: rắn, lỏng, khí

 5. Khí metan có gây nguy hiểm cho con người hay không?

Khí metan CH4 không gây độc trực tiếp nhưng cũng mang đến khá nhiều nguy hiểm cho con người như dễ bắt cháy, gây nổ, khi tích tụ quá nhiều sẽ gây ngạt thở hoặc gây nhiễm độc khí CO. Nó có khả năng chiếm chỗ oxy trong không khí ở điều kiện bình thường. Gây ngạt hơi khi mật độ oxy hạ xuống dưới 18%.

Đây còn là một trong những chất gây nên hiệu ứng nhà kính, Trái Đất nóng lên, gây nguy hiểm tới con người cùng các loài sinh vật.

6. Một số bài tập liên quan đến Metan CH4

Bài tập vận dụng về metan

Bài tập 1: Chọn phương trình hóa học viết đúng trong các phương trình dưới đây:

1. a) CH4 + Cl2 → CH2Cl2 + H2 (điều kiện ánh sáng)
2. b) CH4 + Cl2 → CH2 + 2HCl (điều kiện ánh sáng)
3. c) 2CH4 + Cl2 → 2CH3Cl + H2 (điều kiện ánh sáng)
4. d) CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl (điều kiện ánh sáng)

Lời giải:

Đáp án đúng: D

Bài tập 2: Tính thể tích khí oxy cần dùng và thể tích của khí cacbonic được tạo ra khi đốt cháy hoàn toàn 11,2 lít khí CH4 (đktc). Biết rằng thể tích các khí đều được đo ở đktc

Lời giải:

Ta có:

nCH4 = 11,2/ 22,4 = 0,5 mol

PTPƯ:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Theo phương trình ta được:

nO2 = 2 x nCH4 = 1 x 0,5 = 1mol

nCO2 = nCH4 = 0,5 mol

=> VO2 = 1 x 22,4 = 22,4l

=> VCO2 = 0,5 x 22,4 = 11,2l

Bài tập 3: Cho một hỗn hợp khí gồm khí CO2 và CH4. Hãy trình bày phương pháp hóa học để có thể:

1. a) Thu được khí CH4
2. b) Thu được khí CO2

Lời giải:

1. a) Tiến hành dẫn hỗn hợp khí đi qua dung dịch Ca(OH)2 dư, lúc này khí CO2 sẽ bị giữ lại bởi phản ứng tạo CaCO3, khí bay ra khỏi dung dịch chính là khí CH4 có lẫn hơi nước, sau khi dùng CaO làm khô ta thu được CH4 tinh khiết

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O

2. b) Lấy phần CaCO3 vừa thu được ở trên cho tác dụng với dung dịch HCl loãng, thu được khí CO2. Nếu muốn thu CO2 tinh khiết chỉ cần làm lạnh ngưng tụ nước

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2 

Trên đây là những thông tin cơ bản về metan CH4. Hãy liên hệ với LabVIETCHEM qua hotline 0826 020 020 nếu bạn còn bất cứ thắc mắc nào liên quan đến loại hóa chất này. Chúng tôi sẽ nhanh chóng tiếp nhận và đưa ra lời giải đáp sớm nhất.