CH4 + O2 → CO2 + H2O | CH4 ra CO2

Phản ứng CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

1. Phương trình phản ứng CH₄ tác dụng với oxi

CH₄ + 2O₂ $\stackrel{t^{°}}{\to }$ CO₂ + 2H₂O

2. Hiện tượng của phản ứng CH₄ tác dụng với oxi

- Phản ứng tạo khí làm đục nước vôi trong.

3. Cách tiến hành phản ứng CH₄ tác dụng với oxi

- Đốt khí metan trong khí oxi rồi dẫn sản phẩm thu được vào ống nghiệm chứa dung dịch nước vôi trong.

4. Mở rộng về tính chất hoá học của ankan

- Ở nhiệt độ thường, các ankan không tác dụng với dung dịch axit, dung dịch kiềm và các chất oxi hóa như dung dịch KMnO₄ (thuốc tím)...

- Khi chiếu sáng hoặc đun nóng, các ankan dễ dàng tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách hiđro và phản ứng cháy. 

4.1. Phản ứng thế bởi halogen

- Clo có thể thay thế lần lượt từng nguyên tử H trong phân tử metan.

Phương trình hóa học:

          CH₄ + Cl₂ $\stackrel{as}{\to }$ CH₃Cl + HCl

          CH₃Cl + Cl₂ $\stackrel{as}{\to }$ CH₂Cl₂ + HCl

          CH₂Cl₂ + Cl₂ $\stackrel{as}{\to }$ CHCl₃ + HCl

          CHCl₃ + Cl₂ $\stackrel{as}{\to }$ CCl₄ + HCl

- Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự metan.

Nhận xét:

- Nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc cao hơn dễ bị thế hơn nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc thấp hơn.

4.2. Phản ứng tách

- Dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp, các ankan có phân tử khối nhỏ bị tách hiđro thành hiđrocacbon không no tương ứng.

Thí dụ:

CH₃ – CH₃ $\stackrel{500{}_{o}C,xt}{\to }$ CH₂ = CH₂ + H₂

- Ở nhiệt độ cao và chất xúc tác thích hợp, ngoài việc bị tách hiđro, các ankan còn có thể bị phân cắt mạch cacbon tạo thành các phân tử nhỏ hơn.

Thí dụ:

          CH₃ – CH₂ – CH₃ $\stackrel{t^o,xt}{\to }\left[\begin{array}{l}{C}_2{H}_6+C{H}_4\\ C_3{H}_6+H_2\end{array}\right.$

4.3. Phản ứng oxi hóa

- Khi bị đốt, các ankan đều cháy, tỏa nhiều nhiệt.

          C_nH_{2n + 2} + $\frac{3n+1}{2}$O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ nCO₂ + (n + 1)H₂O

5. Bài tập vận dụng liên quan

Câu 1: Thể tích khí oxi cần dùng để đốt cháy hết 4,48 lít khí metan là

A. 6,72 lít

B. 8,96 lít

C. 9,52 lít

D. 10,08 lít

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

Số mol CH₄ là: $n_{C{H}_4}=\frac{\mathrm{4,48}}{\mathrm{22,4}}$= 0,2 mol

Phương trình phản ứng:

$\begin{array}{l}C{H}_4+2O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2+2H_{2}O\\ \text{0,2 0,4 (mol)}\end{array}$

Theo phương trình phản ứng ta có $n_{O_2}$= 0,4 mol

Vậy thể tích khí oxi cần dùng là $V_{O_2}$= 0,4.22,4 = 8,96 lít.

Câu 2: Khí metan phản ứng được với chất nào sau đây?

A. CO₂

B. HCl

C. CO

D. O₂

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Phương trình phản ứng: $C{H}_4+2O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2+2H_{2}O$

Câu 3: Khối lượng CO₂ và H₂O thu được khi đốt cháy 16 gam khí metan là

A. 44 gam và 36 gam

B. 44 gam và 18 gam

C. 22 gam và 18 gam

D. 22 gam và 36 gam

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Số mol của CH₄ là: $n_{C{H}_4}=\frac{16}{16}$= 1 mol

Phương trình phản ứng:

$\begin{array}{l}C{H}_4+2O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2+2H_{2}O\\ \text{1 \hspace{0.17em}\hspace{0.17em}\hspace{0.17em}\hspace{0.17em}1 2 (mol)}\end{array}$

Theo phương trình phản ứng ta có:

$n_{C{O}_2}$ = 1 mol suy ra $m_{C{O}_2}$= 1.44 = 44 gam

$n_{H_{2}O}$= 2 mol suy ra $m_{H_{2}O}$= 2.18 = 36 gam

Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn m gam khí metan thu được 13,44 lít khí CO₂ ở đktc. Giá trị của m là

A. 10,2 gam

B. 7,8 gam

C. 8,8 gam

D. 9,6 gam

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Số mol của CO₂ là: $n_{C{O}_2}=\frac{\mathrm{13,44}}{\mathrm{22,4}}$ = 0,6 mol

Phương trình phản ứng:

$\begin{array}{l}C{H}_4+2O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2+2H_{2}O\\ \text{0,6 \hspace{0.17em}\hspace{0.17em}\hspace{0.17em}\hspace{0.17em}\hspace{0.17em}0,6 (mol)}\end{array}$

Theo phương trình phản ứng ta có: $n_{C{H}_4}$= 0,6 mol

Vậy khối lượng của CH₄ là: m = 0,6.16 = 9,6 gam.

Câu 5: Trong phòng thí nghiệm, người ta có thể thu khí CH₄ bằng cách

A. Đẩy không khí (ngửa bình).

B. Đẩy axit.

C. Đẩy nước (úp bình)

D. Đẩy nước (ngửa bình).

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

CH₄ không tan trong nước nên cần phải thu bằng phương pháp đẩy nước và đặt úp bình.

Câu 6: Điều kiện để xảy ra phản ứng giữa metan và khí clo là

A. Có ánh sáng

B. Có axit làm xúc tác

C. Có sắt làm xúc tác

D. Làm lạnh.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Điều kiện để xảy ra phản ứng giữa metan và khí clo là có ánh sáng

Phương trình phản ứng: $C{H}_4+C{l}_2\stackrel{ánhsáng}{\to }C{H}_{3}Cl+HCl$

Câu 7: Chọn câu đúng trong các câu sau:

A. Metan có nhiều trong khí quyển.

B. Metan có nhiều trong nước biển.

C. Metan có nhiều trong nước ao, hồ.

D. Metan có nhiều trong các mỏ khí, mỏ dầu và mỏ than.

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Metan có nhiều trong các mỏ khí, mỏ dầu và mỏ than.

Câu 8: Thành phần phần trăm về khối lượng của các nguyên tố cacbon và hiđro trong CH₄ lần lượt là

A. 40% và 60%

B. 80% và 20%

C. 75% và 25%

D. 50% và 50%

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Ta có: %m_C = $\frac{12}{16}.100\%$= 75%

%m_H = 100% - 75% = 25%

Câu 9: Khí metan có lẫn khí cacbonic, để thu được khí metan tinh khiết cần

A. Dẫn hỗn hợp qua nước vôi trong dư.

B. Đốt cháy hỗn hợp rồi dẫn qua nước vôi trong.

C. Dẫn hỗn hợp qua bình đựng dung dịch H₂SO₄.

D. Dẫn hỗn hợp qua bình đựng dung dịch brom dư.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Khí metan có lẫn khí cacbonic, để thu được khí metan tinh khiết cần dẫn hỗn hợp khí qua nước vôi trong dư.

Khí CO₂ phản ứng bị giữ lại, khí metan không phản ứng thoát ra khỏi dung dịch thu được metan tinh khiết.

Phương trình phản ứng: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

Câu 10: Tính chất hóa học nào sau đây không phải của metan?

A. Làm mất màu dung dịch nước brom.

B. Tác dụng với oxi tạo thành CO₂ và nước.

C. Tham gia phản ứng thế.

D. Tác dụng với clo khi có ánh sáng.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Metan không làm mất màu dung dịch brom.

Bài 11: Những phát biểu nào sau đây không đúng? 

1) Metan tác dụng với clo khi có ánh sáng. 

2) Metan là chất khí, không màu, không mùi, nặng hơn không khí. 

3) Metan cháy tỏa nhiều nhiệt nên được dùng làm nhiên liệu trong đời sống và trong sản xuất. 

4) Hỗn hợp giữa metan và clo là hỗn hợp nổ. 

5) Trong phân tử metan có bốn liên kết đơn C-H. 

6) Metan tác dụng với clo ở điều kiện thường.

A. 1, 3, 5.                B. 1, 2, 6.

C. 2, 4, 6.                D. 2, 4, 5

Hướng dẫn giải:

Các phát biểu không đúng: 2, 4, 6

2) Metan là chất khí, không màu, không mùi, nặng hơn không khí => Sai, khí metan nhẹ hơn không khí.

4) Hỗn hợp giữa Metan và Clo là hỗn hợp nổ => Sai.

6) Metan tác dụng với Clo ở điều kiện thường => Sai, phải có chiếu sáng thì phản ứng mới xảy ra

Đáp án: C

Bài 12: Đốt cháy hoàn toàn 11,2 lít khí metan. Biết các thể tích khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn.Thể tích khí oxi cần dùng và thể tích khí cacbonic tạo thành lần lượt là

A. 22,4 lít và 22,4 lít.

B. 11,2 lít và 22,4 lít.

C. 22,4 lít và 11,2 lít.

D. 11,2 lít và 22,4 lít.

Hướng dẫn giải:

CH₄ + 2O₂CO₂ + 2H₂O

0,5  →  1      →    0,5 mol

⇒V_O2 = 1.22,4 = 22,4 lít

V_CO2 = 0,5.22,4 = 11,2 lít

Đáp án: C

Xem thêm các phương trình hóa học liên quan khác:

Al4C3 + H2O → CH4 + Al(OH)3 | Al4C3 ra CH4

Al4C3 ra CH4 l Al4C3 + H2O → CH4 + Al(OH)3 | Nhôm cacbua ra Metan

CH4 ra C2H2 | CH4 → C2H2 + H2

CH3COONa ra CH4 l CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3

C2H6 → C2H4 + H2 | C2H6 ra C2H4 | C2H6 ra H2