CH4 + H2O → CO + H2 | CH4 ra CO | CH4 ra H2

Phản ứng CH₄ + H₂O hay CH₄ ra CO hoặc CH₄ ra H₂ thuộc loại phản ứng oxi hóa khử đã được cân bằng chính xác và chi tiết nhất. Bên cạnh đó là một số bài tập có liên quan về CH₄ có lời giải, mời các bạn đón xem:

CH₄ + H₂O ⇄ CO + 3H₂

1. Phương trình phản ứng CH₄ tác dụng với nước

CH₄ + H₂O $\rightleftarrows$CO + 3H₂

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

Phản ứng thu nhiệt mạnh (∆H = +205 kJ).

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

- Cho hỗn hợp khí methane và hơi nước đi qua xúc tác, nung nóng.

4. Mở rộng về tính chất hoá học của alkane

- Ở nhiệt độ thường, các alkane 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 alkane 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 methane.

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 methane cũng tham gia phản ứng thế tương tự methane.

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 alkane có phân tử khối nhỏ bị tách hiđro thành hydrocarbon 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 alkane 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 alkane 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: 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 2: khí methane 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: Điều kiện để xảy ra phản ứng giữa methane 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 methane 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 4: Khối lượng CO₂ và H₂O thu được khi đốt cháy 16 gam khí methane 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 5: Chọn câu đúng trong các câu sau:

A. methane có nhiều trong khí quyển.

B. methane có nhiều trong nước biển.

C. methane có nhiều trong nước ao, hồ.

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

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

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

Câu 6: 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 7: khí methane có lẫn khí carbonic, để thu được khí methane 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 methane có lẫn khí carbonic, để thu được khí methane tinh khiết cần dẫn hỗn hợp khí qua nước vôi trong dư.

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

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

Câu 8: Đốt cháy hoàn toàn m gam khí methane 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 9: Thể tích khí oxi cần dùng để đốt cháy hết 4,48 lít khí methane 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 10: Tính chất hóa học nào sau đây không phải của methane?

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

methane không làm mất màu dung dịch brom.

Xem thêm các phương trình hóa học hay khác:

• CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl
• CH₄ + 2O₂ → CO₂ + H₂O
• CH₄ + O₂ → H₂O + HCHO
• 2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂
• CH₄ + 2Cl₂ → 2HCl + CH₂Cl₂
• CH₄ + 3Cl₂ → 3HCl + CHCl₃
• CH₄ + 4Cl₂ → 4HCl + CCl₄
• CH₄ + Br₂ → CH₃Br + HBr
• CH₄ + 2Br₂ → 2HBr + CH₂Br₂

---