Phản ứng CH3COONa + NaOH tạo ra CH4 (methane) là một phản ứng hóa học quan trọng, thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về phản ứng này, cách thực hiện, các ứng dụng của methane và các bài tập liên quan.
Phương Trình Phản Ứng CH3COONa + NaOH
Phản ứng hóa học giữa natri axetat (CH3COONa) và natri hydroxit (NaOH) có xúc tác CaO và nhiệt độ tạo ra methane (CH4) và natri cacbonat (Na2CO3) được biểu diễn như sau:
CH3COONa + NaOH CaO, t°→ CH4↑ + Na2CO3
Diễn Biến và Cách Thực Hiện Phản Ứng
Hiện Tượng Quan Sát
Khi phản ứng xảy ra, sẽ thấy có khí không màu thoát ra. Đây chính là khí methane (CH4).
Cách Tiến Hành
Để thực hiện phản ứng này, cần đun nóng hỗn hợp gồm natri axetat khan và vôi tôi xút (hỗn hợp NaOH và CaO). CaO đóng vai trò là chất xúc tác, giúp phản ứng xảy ra nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Cơ Chế Phản Ứng Chi Tiết
Phản ứng này còn được gọi là phản ứng de cacboxyl hóa, trong đó nhóm carboxyl (-COO) bị loại bỏ khỏi phân tử CH3COONa, tạo thành CH4.
Sơ đồ minh họa phản ứng tạo methane từ natri axetat và natri hydroxit, có xúc tác CaO và nhiệt độ.
Methane (CH4): Tính Chất và Ứng Dụng
Tính Chất Vật Lý
Methane là một chất khí không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí (dCH4/kk = 16/29) và tan rất ít trong nước.
Tính Chất Hóa Học
Tác Dụng với Oxi (O2)
Methane cháy trong oxi tạo ra khí CO2 và hơi nước, đồng thời tỏa nhiều nhiệt:
CH4 + 2O2 → t° CO2 + 2H2O
Hỗn hợp gồm 1 thể tích methane và 2 thể tích oxi là hỗn hợp nổ mạnh. Do đó, cần cẩn trọng khi làm việc với methane trong môi trường có oxi.
Tác Dụng với Clo (Cl2)
Methane phản ứng với clo khi có ánh sáng, tạo ra methyl clorua (CH3Cl) và axit clohidric (HCl). Phản ứng này là phản ứng thế, trong đó nguyên tử H của methane được thay thế bởi nguyên tử Cl:
CH4 + Cl2 → Ánh sáng CH3Cl + HCl
Minh họa phản ứng thế halogen của methane, tạo thành methyl chloride và axit clohidric nhờ ánh sáng.
Ứng Dụng Quan Trọng của Methane
- Nhiên liệu: Methane cháy tỏa nhiều nhiệt, được sử dụng làm nhiên liệu trong đời sống và sản xuất công nghiệp.
- Nguyên liệu sản xuất hydro (H2): Methane được dùng để điều chế hydro theo sơ đồ:
CH4 + H2O → t°, xúc tác CO2 + H2 - Điều chế các chất khác: Methane còn được dùng để điều chế bột than và nhiều hóa chất khác.
Điều Chế Methane Trong Phòng Thí Nghiệm
Như đã đề cập ở trên, methane được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng cách đun nóng hỗn hợp natri axetat khan với vôi tôi xút (NaOH và CaO):
CH3COONa + NaOH → CaO, t° CH4↑ + Na2CO3
Bài Tập Vận Dụng Về Methane và Phản Ứng Tạo Methane
Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ nào sau đây thu được số mol CO2 nhỏ hơn số mol H2O?
A. CH4
B. C4H6
C. C2H4
D. C6H6
Hướng dẫn giải:
Đáp án A
CH4 + 2O2 → t° CO2 + 2H2O
1 → 1 2 mol
Câu 2: Ứng dụng nào sau đây là của methane?
A. Methane cháy tỏa nhiều nhiệt nên được dùng làm nhiên liệu trong đời sống và trong sản xuất.
B. Methane là nguyên liệu dùng điều chế hiđro.
C. Methane còn được dùng để điều chế bột than và nhiều chất khác.
D. Cả A, B, C đều đúng.
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
Câu 3: Đốt cháy 4,8 gam methane trong oxi, sau phản ứng thu được V lít khí CO2 (đktc). 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: nCH4 = 4,8/16 = 0,3 mol
Phương trình phản ứng:
CH4 + 2O2 → t° CO2 + 2H2O
0,3 → 0,3 (mol)
Theo phương trình phản ứng ta có: nCO2 = 0,3 mol
Vậy thể tích CO2 thu được là: V = 0,3.22,4 = 6,72 lít.
Câu 4: Tính chất vật lý nào sau đây là của methane?
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
Câu 5: Phản ứng hóa học đặc trưng của methane là
A. Phản ứng phân hủy
B. Phản ứng tách
C. Phản ứng cộng
D. Phản ứng thế
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
Câu 6: Thể tích khí oxi (đktc) cần dùng để đốt cháy hết 4,48 lít khí methane (đktc) 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: nCH4 = 4,48/22,4 = 0,2 mol
Phương trình phản ứng:
CH4 + 2O2 → t° CO2 + 2H2O
0,2 → 0,4 (mol)
Theo phương trình phản ứng ta có nO2 = 0,4 mol
Vậy thể tích khí oxi cần dùng là VO2 = 0,4.22,4 = 8,96 lít.
Câu 7: 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.
Câu 8: 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
Câu 9: 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: nCH4 = 16/16 = 1 mol
Phương trình phản ứng:
CH4 + 2O2 → t° CO2 + 2H2O
1 → 1 2 (mol)
Theo phương trình phản ứng ta có:
nCO2 = 1 mol => mCO2 = 1.44 = 44 gam
nH2O = 2 mol => mH2O = 2.18 = 36 gam
Câu 10: 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
Câu 11: 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: %mC = (12/16).100% = 75%
%mH = 100% – 75% = 25%
Câu 12: 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
Câu 13: Đốt cháy hoàn toàn m gam khí methane thu được 13,44 lít khí CO2 (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: nCO2 = 13,44/22,4 = 0,6 mol
Phương trình phản ứng:
CH4 + 2O2 → t° CO2 + 2H2O
0,6 ← 0,6 (mol)
Theo phương trình phản ứng ta có: nCH4 = 0,6 mol
Vậy khối lượng của CH4 là: m = 0,6.16 = 9,6 gam.
Câu 14: 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
Câu 15: Khí methane phản ứng được với chất nào sau đây?
A. CO2
B. HCl
C. CO
D. O2
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
Hy vọng bài viết này cung cấp đầy đủ thông tin về phản ứng CH3COONa tạo ra CH4, cũng như các kiến thức liên quan đến methane và ứng dụng của nó.
