CH4 + O2 → H2O + HCHO | CH4 ra HCHO

Phản ứng CH₄ + O₂ hay CH₄ ra HCHO 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 + O₂ → H₂O + HCHO

1. Phương trình hoá học của phản ứng CH₄ tác dụng với O₂ 

CH₄ + O₂ $\stackrel{t^{°},NO}{\to }$ HCHO + H₂O

Cách lập phương trình hoá học:

Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá, từ đó xác định chất oxi hoá – chất khử:

 $\stackrel{-4}{C}{H}_4+{\stackrel{0}{O}}_2\stackrel{t^{°},NO}{\to } H\stackrel{0}{C}H\stackrel{-2}{O}+H_{2}O$             

Chất khử: CH₄; chất oxi hoá: O₂.

Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hoá, quá trình khử

- Quá trình oxi hoá: $\stackrel{-4}{C}\to \stackrel{0}{C}+\text{ 4}e$

- Quá trình khử: $\stackrel{0}{{\text{O}}_2}+\text{ 4}e\to \text{ 2}\stackrel{-2}{O}$

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hoá

$\begin{array}{c}1\times \\ 1\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{-4}{C}\to \stackrel{0}{C}+\text{ 4}e\\ \stackrel{0}{{\text{O}}_2}+\text{ 4}e\to \text{ 2}\stackrel{-2}{O}\end{array}\right.$

Bước 4: Điền hệ số của các chất có mặt trong phương trình hoá học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế.

CH₄ + O₂ $\stackrel{t^{°},NO}{\to }$ HCHO + H₂O

2. Điều kiện để CH₄ tác dụng với O₂

Phản ứng giữa methane và O₂ diễn ra ngay điều kiện 600⁰C, xúc tác NO.

3. Cách tiến hành thí nghiệm

Đun nóng hỗn hợp khí CH₄ và khí O₂ đến nhiệt độ thích hợp, có xúc tác NO.

4. Hiện tượng phản ứng

Trước khi có xúc tác, nhiệt độ thích hợp thì hỗn hợp phản ứng là chất khí không màu. Sau khi có xúc tác, nhiệt độ thích hợp thì hỗn hợp sản phẩm thu được là chất lỏng không màu.

5. 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. 

5.1. 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 + Cl_{2$\stackrel{as}{\to }$}CHCl₃ + HCl

          CHCl₃ + Cl_{2$\stackrel{as}{\to }$}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.

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

5.3. 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

6. Bài tập vận dụng liên quan

Câu 1: Cho 2-methylbutan tác dụng với Cl₂ (ánh sáng, tỉ lệ số mol 1 : 1), số sản phẩm monochloro tối đa thu được là

A. 2                                                                     B. 3

C. 5                                                                     D. 4.

Hướng dẫn giải

Đáp án D

$\begin{array}{l}\stackrel{\downarrow }{C}{H}_3–\underset{\left|\right.}{\stackrel{\downarrow }{C}}H–\stackrel{\downarrow }{C}{H}_2–\stackrel{\downarrow }{C}{H}_3\\ C{H}_3\end{array}$

Clo hóa 2-methylbutan được 4 sản phẩm thế monochloro.

Vị trí mũi tên cho biết Cl có thể thế H gắn với C đó

Câu 2: Sản phẩm của phản ứng thế clo (1:1, ánh sáng) vào 2,2-dimethylpropan là:

(1) CH₃C(CH₃)₂CH₂Cl;                                   

(2) CH₃C(CH₂Cl)₂CH₃ ;

(3) CH₃ClC(CH₃)₃

A. (1); (2).                  B. (2); (3).                      C. (2).                        D. (1)

Hướng dẫn giải

Đáp án D

$\begin{array}{l}C{H}_3\\ C{H}_3–\underset{\left|\right.}{\overset{\left|\right.}{C}}–C{H}_3\\ C{H}_3\end{array}$

4 nhóm -CH₃ có vị trí đối xứng nhau nên chỉ có 1 sản phẩm thế clo 1:1

Câu 3: Phản ứng tách butan ở 500^oC có xúc tác cho những sản phẩm nào sau đây?

A. CH₃CH=CHCH₃ và H₂                                 B. CH₃CH=CH₂ và CH₄

C. CH₂=CH-CH=CH₂ và H₂                             D. A, B, C đều đúng.

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Butan: CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

Dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp, các alkane có thể tách hiđro thành hiđro cacbon không no tương ứng hoặc phân cắt mạch cacbon tạo thành các phân tử nhỏ hơn.

Câu 4: Propan cháy trong oxi tạo khí carbonic và hơi nước. Theo phương trình phản ứng thì:

A. 1 lít oxi phản ứng vừa đủ với 5 lít propan.   

B. 1 lít khí carbonic tạo ra từ 3 lít propan.

C. 1 lít nước tạo ra từ 0,8 lít oxi.                      

D. 1 lít oxi tham gia phản ứng tạo 0,6 lít khí carbonic.

Hướng dẫn giải

Đáp án D

C₃H₈ + 5O₂ $\stackrel{t°}{\to }$ 3CO₂ + 4H₂O

Theo phương trình: $V_{C{O}_2}=\frac{3}{5}{V}_{O_2}$= 0,6.1 = 0,6 lít

Câu 5: alkane X có chứa 14 nguyên tử hiđro trong phân tử. Số nguyên tử cacbon trong một phân tử X là

A. 4                                                                     B. 5

C. 6                                                                     D. 7.

Hướng dẫn giải

Đáp án C

CTPT tổng quát của alkane là C_nH_{2n +2}

Số H = 14 → 2n + 2 = 14 → n = 6.

→ Công thức phân tử của alkane X là C₆H₁₄

Câu 6: alkane X có chứa 82,76% cacbon theo khối lượng. Số nguyên tử hiđro trong một phân tử X là

A. 6                                                                     B. 8

C. 10                                                                   D. 12.

Hướng dẫn giải

Đáp án C

Đặt CTPT X là C_nH_2n+2

$\frac{12n}{14n+2}$.100 = 82,76% → n = 4

→ CTPT: C₄H₁₀

Câu 7: alkane X có chứa 20% hiđro theo khối lượng. Tổng số nguyên tử trong một phân tử X là

A. 8                                                                     B. 11

C. 6                                                                     D. 14.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Đặt CTPT X là C_nH_2n+2

$\frac{\mathrm{35,5}}{14n+1+\mathrm{35,5}}$= 20% → n = 2

 → CTPT: C₂H₆

Tổng số nguyên tử trong một phân tử X là 2 + 6 = 8.

Câu 8: Clo hóa alkane X theo tỉ lệ mol 1:1 tạo sản phẩm dẫn xuất monochloro có thành phần khối lượng clo là 45,223%. Công thức phân tử của X là

A. C₄H₁₀                                                              B. C₃H₈

C. C₃H₆                                                               D. C₂H₆.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

C_nH_2n+2 + Cl_2→C_nH_2n+1Cl + HCl

→$n.\frac{\mathrm{2,9}}{14n+2}=\frac{\mathrm{4,48}}{\mathrm{22,4}}$.100 = 45,223%

→ n = 3 → CTPT X: C₃H₈

Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn 2,9 gam alkane X, thu được 4,48 lít CO₂ (đktc). Công thức phân tử của X là

A. C₃H₈                                                               B. C₄H₁₀

C. C₅H₁₀                                                              D. C₅H₁₂.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Đặt CTPT X là C_nH_2n+2

Bảo toàn nguyên tố cacbon: $n.n_{C_n{H}_{2n+2}}=n_{C{O}_2}$

→ $n.\frac{\mathrm{2,9}}{14n+2}=\frac{\mathrm{4,48}}{\mathrm{22,4}}$→ n = 4

→ CTPT: C₄H₁₀

Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn một hydrocarbon X thu được 0,11 mol CO₂ và 0,132 mol H₂O. Khi X tác dụng với khí clo (theo tỉ lệ số mol 1:1) thu được một sản phẩm hữu cơ duy nhất. Tên gọi của X là

A. 2,2-dimethylpropan                                           B. etan

C. 2-methylpropan                                                D. 2- metylbutan

Hướng dẫn giải

Đáp án A

$n_{H_{2}O}$ > $n_{C{O}_2}$→ X là alkane

→ X có CTPT là C_nH_2n+2

n_X =$n_{H_{2}O}$ - $n_{C{O}_2}$= 0,132 – 0,11 = 0,022 (mol)

→ Bảo tòan nguyên tố C: $n.n_{C_n{H}_{2n+2}}=n_{C{O}_2}$

→ 0,022n = 0,11 → n = 5 → CTPT: C₅H₁₂

C₅H₁₂ tác dụng với khí clo thu được sản phẩm hữu cơ duy nhất nên CTCT của X là:

$\begin{array}{l}C{H}_3\\ C{H}_3–\underset{\left|\right.}{\overset{\left|\right.}{C}}–C{H}_3\\ C{H}_3\end{array}$       2,2-dimethylpropan

Xem thêm các phương trình hóa học hay khác:

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

---