Определение и формула
Предельный углеводород и простейший в своем классе, состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Вещество является первым членом гомологического ряда алканов.
Формула
CH4
Получение метана
Естественные источники получения метана
В природе метан можно получить везде, где добывают природный газ, так как этот простейший насыщенный углеводород составляет от 80% до 99% газовых смесей. Также рядом с залежами нефти находят от 30% до 90% сопутствующих газов.
Биогенный газ, то есть метан биологического происхождения, синтезируют болота, точнее микроорганизмы, которые в них обитают. Но этот метан к использованию не пригоден, так как в этом случае затруднена его массовая добыча.
Искусственный синтез метана
Гашенная известь взаимодействует с концентрированным растворе едкого натра. На одну часть NaOH приходится две части CaO. Получившуюся смесь осушают выпариванием, так получают натровую известь – сырьевое вещество для синтеза метана. К этой массе добавляют безводный гидроксид натрия и уксусную кислоту. Полученную смесь нагревают.
Свойства
Физические свойства
В нормальных условиях, при температуре 22⁰С вещество находится в газообразном состоянии. В таком виде соединение инертно и не опасно для здоровья, но при определенных концентрациях газ становится взрывоопасным. Для этого его доля в атмосфере должна превышать 4,5% от объема. Взрывоопасные смеси с воздухом содержат CH4 в диапазоне от 4,5% до 17%. Горение сопровождается реакцией окисления по формуле:
CH4 + 2O2 → CO2↑ + 2H2O + Q
Горение сопровождается выделением энергии примерно 33 МДж на 1 м³. Горит метан голубоватым пламенем без копоти, так как он до предела насыщен атомами водорода. Таким образом, углерод успевает сгореть, не дав ни цвет пламени, ни дыма.
Химические свойства
Соединение CH4 химически устойчиво, но может, как и другие представители ряда алканов, вступать в реакции замещения радикала. В своем классе метан имеет меньшую реакционную способность, потому в большинстве реакций используется катализатор. Исключением является реакция с водяным паром при температуре 1500°C, но даже в этом случае рациональнее использовать катализатор Ni/Al2O3, так как его присутствие позволяет снизить температуру до 800°C.
В присутствии катализаторов в реакциях окисления метан преобразуется в альдегиды и кислоты.
2CH4 → C2H2 + 3H2 (1500°C)
C2H2 + H2O → CH3CHO
CH3CHO → CH3COOH
По цепному радикальному механизму происходит окисление метана с трансформацией в муравьиную кислоту:
3O + CH4 → HCOOH + H2O.
Для прохождения реакций окисления до альдегидов необходимы определенные температурные условия и давление. В последнем случае реакция проходит при t=200°C и давлении до 90 атм.
Взаимодействие с галогенами по свободно-радикальному механизму проводит реакции замещения:
CH4 + Cl2 → CH3 + HCl
Cl2 + CH3 → CH2Cl2 + HCl
Cl2 + CH2Cl2 → CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cl2 → HCl + CCl4
Пример решения задачи
Найти массу хлора, необходимого для реакции с 22,4 л метана по первой стадии.
Решение
Реакция хлора и метана выглядит так:
CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl
Находим количество CH4 и Cl:
n = V/ Vm
n(CH4) = 22,4/22,4 = 1 моль
n(Cl2) = n(CH4) = 1 моль
Определяем массу хлора:
m(Cl2)=1×71=71 г
Ответ: 71 г.
Статья по химии на заказ от проверенных исполнителей!
Комментарии