Phản ứng điều Chế Ch4 Từ Ch3coona (natri axetat) và NaOH (natri hydroxit) là một phản ứng quan trọng trong hóa học hữu cơ. Dưới đây là thông tin chi tiết về phản ứng này, bao gồm phương trình, cơ chế, ứng dụng và các bài tập liên quan.
Phương Trình Phản Ứng Điều Chế CH4 Từ CH3COONa
Phương trình hóa học của phản ứng như sau:
CH3COONa + NaOH CaO, t°→ CH4↑ + Na2CO3
Trong đó:
- CH3COONa là natri axetat.
- NaOH là natri hydroxit.
- CaO là canxi oxit (vôi sống), đóng vai trò là chất xúc tác hút ẩm.
- t° là nhiệt độ, phản ứng cần được đun nóng.
- CH4 là metan, sản phẩm khí chính.
- Na2CO3 là natri cacbonat.
Điều Kiện và Cách Tiến Hành Phản Ứng
Để phản ứng xảy ra hiệu quả, cần tuân thủ các điều kiện sau:
- Hóa chất: Sử dụng natri axetat khan và natri hydroxit.
- Xúc tác: CaO (vôi sống) được sử dụng để hút ẩm và tăng hiệu suất phản ứng.
- Nhiệt độ: Đun nóng hỗn hợp phản ứng.
Cách tiến hành:
- Trộn đều natri axetat khan với hỗn hợp vôi tôi xút (NaOH và CaO).
- Đun nóng hỗn hợp trong điều kiện khô.
- Khí metan (CH4) sẽ thoát ra và có thể được thu thập bằng phương pháp dời nước hoặc dời không khí.
Cơ Chế Phản Ứng (Decacboxyl Hóa)
Phản ứng CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3 thuộc loại phản ứng decacboxyl hóa, trong đó nhóm carboxyl (-COO) bị loại bỏ dưới dạng CO3²⁻, và một nguyên tử hydro thay thế vị trí đó.
Methane (CH4): Tính Chất và Ứng Dụng
Methane (CH4) là một hydrocacbon no, có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghiệp.
Tính Chất Vật Lý
- Chất khí, không màu, không mùi.
- Nhẹ hơn không khí (dCH4/kk = 16/29).
- Ít tan trong nước.
Tính Chất Hóa Học
Alt: Bình khí metan (CH4) không màu, không mùi dùng trong phòng thí nghiệm.
-
Phản ứng cháy: Methane cháy trong oxy tạo ra CO2 và H2O, tỏa nhiều nhiệt.
CH4 + 2O2 → t° CO2 + 2H2O
-
Phản ứng thế: Methane tham gia phản ứng thế với halogen (ví dụ, clo) khi có ánh sáng.
CH4 + Cl2 → as CH3Cl + HCl
Ứng Dụng Của Methane
-
Nhiên liệu: Methane là thành phần chính của khí thiên nhiên, được sử dụng rộng rãi làm nhiên liệu trong sinh hoạt và công nghiệp.
-
Nguyên liệu hóa học: Methane là nguyên liệu để sản xuất nhiều hóa chất quan trọng như hydro, amoniac, metanol, và các hydrocacbon khác.
CH4 + H2O → t° xt CO + 3H2
-
Sản xuất điện: Methane được đốt trong các nhà máy điện để sản xuất điện năng.
Bài Tập Vận Dụng
Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn 3,2 gam methane, thể tích khí CO2 thu được ở điều kiện tiêu chuẩn là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Số mol CH4 là: nCH4 = 3,2 / 16 = 0,2 mol
Phương trình phản ứng:
CH4 + 2O2 → t° CO2 + 2H2O
0,2 → 0,2 (mol)
Thể tích CO2 thu được là: V = 0,2 * 22,4 = 4,48 lít.
Câu 2: Điều chế 4,48 lít khí methane (đktc) từ natri axetat. Tính khối lượng natri axetat cần dùng, giả sử hiệu suất phản ứng là 80%.
Hướng dẫn giải:
Số mol CH4 cần điều chế: nCH4 = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol
Số mol CH3COONa cần dùng (lý thuyết): nCH3COONa = nCH4 = 0,2 mol
Vì hiệu suất phản ứng là 80%, số mol CH3COONa thực tế cần dùng là:
nCH3COONa (thực tế) = 0,2 / 0,8 = 0,25 mol
Khối lượng CH3COONa cần dùng: mCH3COONa = 0,25 * 82 = 20,5 gam.
Câu 3: Để điều chế methane trong phòng thí nghiệm, người ta thường sử dụng phản ứng nào sau đây?
A. CH3COOH + NaOH
B. C + H2
C. CH3COONa + NaOH (CaO, t°)
D. CH3Cl + H2
Đáp án: C
Alt: Sơ đồ thí nghiệm điều chế khí metan (CH4) từ natri axetat và vôi tôi xút.
Lưu Ý An Toàn
Khi thực hiện phản ứng điều chế CH4 từ CH3COONa cần lưu ý:
- Đeo kính bảo hộ và găng tay khi làm việc với hóa chất.
- Thực hiện phản ứng trong tủ hút để tránh hít phải khí độc.
- Không đun nóng quá mạnh để tránh nổ.
- Xử lý chất thải hóa học đúng cách.
Kết Luận
Phản ứng điều chế CH4 từ CH3COONa là một phương pháp quan trọng để sản xuất khí methane trong phòng thí nghiệm và công nghiệp. Việc hiểu rõ cơ chế phản ứng, điều kiện thực hiện và ứng dụng của methane sẽ giúp ích rất nhiều trong học tập và nghiên cứu hóa học.
