Phản ứng hóa học CH4 thành C2H2 - Từ metan sang axetilen

Hiểu được các phản ứng hóa học là nền tảng cơ bản trong việc nghiên cứu và ứng dụng hóa học vào thực tiễn. Bài viết này sẽ giúp bạn giải mã phản ứng hóa học CH4 thành C2H2, tìm hiểu bản chất của metan (CH4) và axetilen (C2H2) – hai chất khí đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Bên cạnh đó, bài viết còn hướng dẫn cách điều chế axetilen từ metan cùng các ứng dụng tiêu biểu của nó.

Về Axetilen (C2H2)

Axetilen (C2H2) là một hợp chất hữu cơ, tồn tại ở trạng thái khí, không màu, không mùi và nhẹ hơn không khí. Công thức cấu tạo của axetilen là HC≡CH, có chứa liên kết ba giữa hai nguyên tử carbon. Axetilen ít tan trong nước nhưng lại có khả năng tham gia nhiều phản ứng hóa học khác nhau.

Nhờ những đặc tính nổi bật, axetilen được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

Nhiên liệu: Axetilen là nguồn nhiên liệu hiệu quả do khả năng cháy tỏa nhiều nhiệt.
Hàn cắt kim loại: Trong đèn xì oxi-axetilen, axetilen được sử dụng cùng với oxy để tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ cao, thích hợp for cắt và hàn các kim loại cứng.
Sản xuất hóa chất: Axetilen là nguyên liệu đầu cho sản xuất poli (vinyl clorua) – vật liệu cơ sở để tạo ra nhựa PVC và nhiều hợp chất hữu cơ khác.

Xem thêm: 1dm bằng bao nhiêu cm, bao nhiêu mm và bằng bao nhiêu m

Từ metan (CH4) sang axetilen (C2H2): Phản ứng thú vị

Metan (CH4) là thành phần chính của khí thiên nhiên, cũng là một loại khí không màu, không mùi và nhẹ hơn không khí. Vậy làm thế nào để chuyển hóa metan thành axetilen?

Cách điều chế axetilen phổ biến nhất là thông qua quá trình nhiệt phân metan. Ở nhiệt độ cao khoảng 1500°C, metan sẽ bị phân hủy thành axetilen và khí hydro:

2CH4 (metan) → C2H2 (axetilen) + 3H2 (khí hydro)

Lưu ý rằng phản ứng này đòi hỏi nhiệt độ cao và thường được thực hiện trong các lò phản ứng chuyên dụng.

Chuỗi phản ứng mở rộng: Từ metan đến các hợp chất hữu cơ khác

Ngoài phương pháp nhiệt phân metan, axetilen còn có thể được điều chế từ canxi cacbua (CaC2) khi phản ứng với nước hoặc axit sunfuric.

Trong quá trình học tập hóa học, bạn có thể gặp một chuỗi phản ứng thường gặp bắt đầu từ metan và chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ khác, trong đó có sự tham gia của axetilen:

CH4 → C2H2 → C2H4 → C2H5Cl → C2H5ONa → C2H5OH → CH3CHO → CH3COOH

Mỗi phản ứng trong chuỗi này đều có điều kiện và xúc tác riêng. Tuy nhiên, việc nắm được chuỗi phản ứng này sẽ giúp bạn hình dung mối liên hệ giữa các hợp chất hữu cơ quan trọng.

Bài tập vận dụng củng cố kiến thức

Câu 1: Phản ứng hóa học nào sau đây không xảy ra?

A. CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl B. CH4 → C2H2 + 2H2 C. 2CH4 → C2H2 + 3H2 D. CH4 + O2 → CO2 + 2H2O

Xem thêm: 1 vạn là bao nhiêu? 1 vạn bằng bao nhiêu? - Giải đáp chi tiết

Giải:

A. CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl: Phản ứng thế xảy ra trong điều kiện ánh sáng hoặc có xúc tác.

B. CH4 → C2H2 + 2H2: Phản ứng nhiệt phân metan xảy ra ở nhiệt độ cao (khoảng 1500°C).

C. 2CH4 → C2H2 + 3H2: Phản ứng nhiệt phân metan xảy ra ở nhiệt độ cao (khoảng 1500°C).

D. CH4 + O2 → CO2 + 2H2O: Phản ứng cháy hoàn toàn metan.

Vậy đáp án đúng là B.

Câu 2: Cho 2,24 lít khí CH4 (đktc) phản ứng hoàn toàn với khí O2 (dư) trong bình kín. Thể tích khí CO2 thu được sau phản ứng (đktc) là:

A. 2,24 lít B. 4,48 lít C. 6,72 lít D. 8,96 lít

Giải:

Phương trình phản ứng:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Số mol CH4:

nCH4 = 2,24/22,4 = 0,1 mol

Theo tỉ lệ mol trong phương trình phản ứng, nCO2 = nCH4 = 0,1 mol.

Thể tích khí CO2:

VCO2 = nCO2 * 22,4 = 0,1 * 22,4 = 2,24 lít

Vậy đáp án đúng là A.

Câu 3: Trong phòng thí nghiệm, axetilen được điều chế bằng cách nào?

A. Nhiệt phân metan ở nhiệt độ cao B. Cho canxi cacbua tác dụng với nước C. Cho canxi cacbua tác dụng với axit sunfuric D. Tất cả các cách trên

Giải:

Axetilen có thể được điều chế bằng tất cả các cách trên:

Nhiệt phân metan ở nhiệt độ cao: Đây là phương pháp phổ biến nhất để điều chế axetilen từ metan.
Cho canxi cacbua tác dụng với nước: Phản ứng này tạo ra axetilen và canxi hydroxit (vôi tôi):

CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2

Cho canxi cacbua tác dụng với axit sunfuric: Phản ứng này tạo ra axetilen và canxi sunfat:

CaC2 + H2SO4 → C2H2 + CaSO4

Xem thêm: Phương trình điều chế benzen từ axetilen (C2H2 ra C6H6)

Vậy đáp án đúng là D.

Câu 4: Axetilen có liên kết gì trong phân tử?

A. Liên kết ion B. Liên kết cộng hóa trị đơn C. Liên kết cộng hóa trị kép D. Liên kết ba

Giải:

Công thức cấu tạo của axetilen là HC≡CH, có chứa liên kết ba giữa hai nguyên tử carbon.

Vậy đáp án đúng là D.

Câu 5: Ứng dụng nào sau đây không phải là ứng dụng của axetilen?

A. Nhiên liệu B. Sản xuất cao su nhân tạo C. Hàn cắt kim loại D. Làm dung môi

Giải:

Axetilen được sử dụng làm nhiên liệu, hàn cắt kim loại, và là nguyên liệu đầu trong sản xuất nhiều hợp chất hữu cơ khác. Tuy nhiên, axetilen không được sử dụng làm dung môi.

Vậy đáp án đúng là D.

Tổng kết

Phản ứng hóa học CH4 thành C2H2 đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực hóa học hữu cơ. Axetilen (C2H2) được điều chế chủ yếu từ metan (CH4) thông qua quá trình nhiệt phân metan ở nhiệt độ cao. Bên cạnh ứng dụng làm nhiên liệu và hàn cắt kim loại, axetilen còn là nguyên liệu đầu trong sản xuất nhiều hợp chất hữu cơ khác. Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn những kiến thức thú vị về phản ứng hóa học CH4 thành C2H2.