CH4 + Cl2 → HCl + CH2Cl2 | CH4 ra CH2Cl2

Phản ứng CH₄ + Cl₂ hay CH₄ ra CH₂Cl₂ thuộc loại phản ứng thế bởi halogen , phản ứng halogen hóa 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 + 2Cl₂ → 2HCl + CH₂Cl₂

1. Phương trình phản ứng CH₄ tác dụng với Cl₂

CH₄ + 2Cl₂ $\stackrel{t^{°}}{\to }$ CH₂Cl₂ + 2HCl

2. Hiện tượng của phản ứng CH₄ tác dụng với Cl₂

Trước khi chiếu sáng hoặc đun nóng hỗn hợp phản ứng có màu vàng (của khí clo). Sau khi phản ứng xảy ra hỗn hợp sản phẩm thu được không có màu.

3. Cách tiến hành phản ứng CH₄ tác dụng với Cl₂

- Khi có ánh sáng hoặc đun nóng, khí metan (CH₄) phản ứng với khí clo (Cl­₂).

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: Đốt cháy 4,8 gam metan trong oxi, sau phản ứng thu được V lít khí CO₂. Giá trị của V là

A. 3,36 lít

B. 4,48 lít

C. 5,60 lít

D. 6,72 lít

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Số mol CH₄ là: $n_{C{H}_4}=\frac{\mathrm{4,8}}{16}$= 0,3 mol

Phương trình phản ứng:

$\begin{array}{l}C{H}_4+2O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2+2H_{2}O\\ \mathrm{0,3}\text{ \hspace{0.17em}\hspace{0.17em}\hspace{0.17em}\hspace{0.17em}0,3 (mol)}\end{array}$

Theo phương trình phản ứng ta có:$n_{C{O}_2}$ = 0,3 mol

Vậy thể tích CO₂ thu được là: V = 0,3.22,4 = 6,72 lít.

Câu 2: Tính chất vật lý của metan là

A. Chất khí, không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước.

B. Chất lỏng, không màu, tan nhiều trong nước.

C. Chất khí, không màu, mùi xốc, nặng hơn không khí, ít tan trong nước.

D. Chất khí, màu vàng lục, tan nhiều trong nước.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Tính chất vật lý của metan là chất khí, không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước.

Câu 3: Phản ứng hóa học đặc trưng của metan là

A. Phản ứng phân hủy

B. Phản ứng tách

C. Phản ứng cộng

D. Phản ứng thế

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Phản ứng hóa học đặc trưng của metan là phản ứng thế.

Câu 4: 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 5: 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.

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: 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 8: 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 9: 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 10: 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

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 + 3Cl₂ → 3HCl + CHCl₃
• CH₄ + 4Cl₂ → 4HCl + CCl₄
• CH₄ + Br₂ → CH₃Br + HBr
• CH₄ + 2Br₂ → 2HBr + CH₂Br₂
• CH₄ + H₂O → CO + 3H₂