Giải KHTN 9 sách VNEN bài 33: Metan

A. Hoạt động khởi động

- Metan là hợp chất hữu cơ thuộc loại hirdocacbon no.

- Tỉ khối của metan so với không khí xấp xỉ 0,55, trong đó hàm lượng % cacbon là 75%.

- Xác định công thức phân tử và  dựa vào hóa trị của $C$ và $H$ trong hợp chất hữu cơ viết công thức cấu tạo của metan.

- Hầm biogas dùng để xử lí chất thải chăn nuôi và tạo ra khí sinh học hay còn gọi là khí biogas. Khí biogas có thành phần chính là metan. Khí biogas được dùng để làm gì trong thực tiễn? Chia sẻ hiểu biết của em với bạn bên cạnh.

Trả lời:

- Gọi công thức phân tử của metan là $C_xH_y$

- Khối lượng mol của metan là: $M_{metan} = 0,55 \times 29 = 16 = 12x + y$ (1)

- Tỉ lệ phần trăm về khối lượng của các nguyên tố trong metan: $\frac{m_C}{m_H} = \frac{12x}{y}= \frac{75}{25} = 3$ (2)

Từ (1) và (2): x = 1; y = 4.

=> Vậy công thức phân tử của metan là: $CH_4$

* Công thức cấu tạo của metan là:

- Khí biogas được dùng để nấu nướng trong thực tiễn.

B. Hoạt động hình thành kiến thức

1. Cấu tạo phân tử

- Quan sát mô hình phân tử metan dưới đây, so sánh với công thức cấu tạo đã viết ở hoạt động khởi động, viết công thức cấu tạo của metan và cho biết phân tử này chứa loại liên kết gì? Tại sao gọi metan là hidrocacbon no?

Trả lời:

- Công thức cấu tạo viết ở phần hoạt động khởi động và công thức được được ra có sự khác nhau: Các hidro trong hình 33.2 không nằm trên cùng 1 mặt phẳng

- Phân tử này chứa các liên kết đơn.

- Gọi metan là hidrocacbon no vì: các nguyên tử của các nguyên tố trong metan liên kết với nhau bằng liên kết đơn.

2. Tính chất vật lý, hóa học

- Quan sát thí nghiệm thử tính chất hóa học của metan, từ đó rút ra các kết luận về tính chất vật lý, hóa học của metan, viết PTHH của phản ứng xảy ra

Thí nghiệm: sgk trang 11

Trả lời:

3. Trạng thái tự nhiên và ứng dụng

- Đọc thông tin dưới đây và trả lời câu hỏi

Thông tin: Sgk trang 11

* Câu hỏi: Hãy cho biết, trong tự nhiên, metan có ở những nguồn nào, ứng dụng của metan là gì?

Trả lời:

- Trong tự nhiên, metan có ở các mỏ khí, mỏ dầu, mỏ than, bùn ao, khí biogas, ...

- Ứng dụng của metan: Dùng làm nhiên liệu, sản xuất hidro, bột than ...

C. Hoạt động luyện tập

Câu 1: Trang 12 khoa học tự nhiên 9 tập 2

Nhận định nào dưới đây không đúng về metan?

A. Metan có phản ứng thế với clo khi chiếu ánh sáng

B. Ứng dụng chủ yếu của metan là dùng làm nhiên liệu

C. Metan là chất khí, không màu nặng hơn không khí, ít tan trong nước

D. Đốt cháy hoàn toàn 1 thể tích khí metan sinh ra một thể tích CO2 và 2 thể tích hơi nước

Trả lời:

=> Chọn: C

Câu 2: Trang 12 khoa học tự nhiên 9 tập 2

Khi đốt 100 lít khí thiên nhiên chứa 96% $CH_4$, 2% $N_2$, 2% $CO_2$ (về số mol). Thể tích khí $CO_2$ thải vào không khí là:

A. 94 lít

B. 96 lít

C. 98 lít

D. 100 lít

Trả lời:

* Ta có, tỉ lệ về số mol cũng bằng tỉ lệ về thể tích. Do đó, thể tích của các khí trong hỗn hợp ban đầu là:

$V_{CH_4}$ = 96 (lít)

$V_{N_2}$ = 2 (lít)

$V_{CO_2}$ = 2 (lít)

Trong hỗn hợp khí trên, chỉ có khí metan tham gia phản ứng cháy.

Phương trình phản ứng cháy của metan:

$CH_4 + 2O_2 \to CO_2 + 2H_2$

Từ phương trình phản ứng, suy ra cứ 1 thể tích khí metan tạo ra một thể tích khí $CO_2$

96 lít metan tạo ra 96 lít $CO_2$.

Vậy, thể tích $CO_2$ thải vào không khí là: $V_{CO_2} = V_{CO_{2} dopucháy} + V_{CO_{2} cósẵn}$ = 96 + 2 = 98$ (lít)

=> Chọn: C

Câu 3: Trang 12 khoa học tự nhiên 9 tập 2

Trong những khí sau: metan, hidro, clo, oxi.

a) Những cặp khí nào tác dụng được với nhau ở điều kiện thích hợp?

b) Hai khí nào khi trộn với nhau có thể tạo ra hỗn hợp nổ?

Trả lời:

a) Những cặp khí tác dụng được với nhau ở điều kiện thích hợp: metan và clo, metan và oxi, hidro và clo, hidro và oxi

b) Hai khí khi trộn với nhau có thể tạo ra hỗn hợp nổ: hidro và oxi, metan và oxi

Câu 4: Trang 12 khoa học tự nhiên 9 tập 2

Bằng phương pháp hóa học, hãy trình bày cách:

a) Nhận biết các khí sau đây: $CO_2;CH_4;N_2;SO_2$

b) Tinh chế khí metan có lẫn khí: $H_2S,SO_2$

Trả lời:

a)

+ Bước 1: Dùng cánh hoa hồng cho vào trong bình chứa mỗi khí, bình nào làm mất màu cánh hoa hồng là $SO_2$

+ Bước 2: Sục các khí còn lại vào dung dịch nước vôi trong, bình nào làm nước vôi trong vẩn đục là $CO_2$

+ Bước 3: Đốt hai khí còn lại, khí nào cháy với ngọn lửa màu xanh là $CH_4$, còn lại là $N_2$ (không có phản ứng cháy)

b) Dẫn hỗn hợp khí qua dung dịch nước vôi trong dư, $SO_2;H_2S$ tạo thành kết tủa bị giữ lại.

PTHH:

$SO_2 + Ca(OH)_2 \to CaSO_3 + H_2O$

$H_2S + Ca(OH)_2 \to CaS + 2H_2O$

Câu 5: Trang 12 khoa học tự nhiên 9 tập 2

Đốt cháy một lượng hỗn hợp X gồm metan và propan ($C_3H_8$) ta thu được khí $CO_2$ và hơi nước theo tỉ lệ thể tích 3:5 (đo ở cùng điều kiện). Tính thành phần phần trăm theo thể tích của metan trong X.

Trả lời:

- Giả sư, trong hỗn hợp X có x (mol) metan và y (mol) propan.

PTHH:

$CH_4 + 2O_2 \to CO_2 + 2H_2O$

x                                x                 x

$C_3H_8 + 5O_2 \to 3CO_2 + 4H_2O$

y                                3y                 4y

- Tỉ lệ về số mol chính là tỉ lệ về thể tích, suy ra: $\frac{V_{CH_4}}{V_{C_3H_8}} = \frac{x}{y}$

- Theo bài ra: $\frac{V_{CO_2}}{V_{H_2O}} = \frac{3}{5} = \frac{x+3y}{2x+4y} \Rightarrow \frac{x}{y} = 3$

$\Rightarrow $ $\frac{V_{CH_4}}{V_{C_3H_8}} = \frac{x}{y} = 3$

Vậy, metan chiếm %$V_{CH_4} = \frac{3}{3+1} \times 100% = 75$% theo thể tích trong hỗn hợp X

Câu 6: Trang 12 khoa học tự nhiên 9 tập 2

Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol khí CH4 là 890 kJ. Để đun sôi 1 lít nước từ 20∘C cần 33,6 kJ và nhiệt thất thoát là 10%. Tính thể tích khí biogas (chứa 60% metan) cần dùng để đun sôi 2 lít nước như trên.

Trả lời:

+ Nhiệt lượng thất thoát là 10% nên hiệu suất là 90%

+ Nhiệt lượng thực tế cần để đun sôi 1 lít nước là: $33,6 : 90% \approx  37,33 kJ$

+ Nhiệt lượng thực tế cần để đun sôi 2 lít nước là: $37,3 \times 2 \approx  74,66 kJ$

1 mol khí $CH_4$ sinh ra 890 kJ. Vậy 74,66 kJ được tạo thành từ số mol $CH_4$ là:

$n = \frac{74,6}{890} \approx  0,084$ mol

+ Thể tích khí metan cần dùng là: $V_{metan} \approx  22,4 \times 0,084 \approx  1,8816$ (lít)

+ Thể tích khí biogas cần dùng là: $V_{biogas} \approx  1,8816 : 60$ (lít)

E. Hoạt động tìm tòi, mở rộng

Trong hóa học hữu cơ, các chất có cấu tạo tương tự nhau và thành phần phân tử hơn kém nhau một hay nhiều nhóm $−CH_2$ được gọi là đồng đẳng. Metan và các đồng đẳng của nó có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và trong đời sống. Khí gas dùng trong bếp gas ở các hộ gia đình là hỗn hợp các khí đồng đẳng của metan. Tìm hiểu thông tin và trả lời câu hỏi.

* Câu hỏi:

Câu 1. Em có biết thành phần chính của gas trong bình gas sử dụng để đun nấu là khí nào? Tại sao metan và các khí trong bình gas để đun nấu đều là chất không mùi mà khi bật bếp gas (lúc gas chưa cháy) thường thấy có mùi rất khó chịu? Mùi khó chịu đó là chất gì? Tại sao người ta phải cho chất đó vào khí gas cũng như khí thiên nhiên khi sử dụng chúng làm nhiên liệu?

Trả lời:

- Thành phần chính của gas là propan ($C_3H_8$) và butan ($C_{4}H_{10}$)

- Khi bật bếp gas thường có mùi vì người ta thêm một số chất phụ gia có mùi để cảnh báo khi gas bị rò rỉ.

- Phụ gia tạo mùi là các hợp chất mercaptan chứa lưu huỳnh vào để người sử dụng dễ phát hiện.

- Người ta thêm các chất đó để người sử dụng có thể dễ nhận biết khí gas khi bị rò rỉ, giảm thiểu thiệt hại.

Câu 2. Trong trường hợp bị rò rỉ khí gas chúng ta nên xử lí như thế nào?

Trả lời:

+ Khi ngửi thấy mùi gas trong nhà (phát hiện có rò gas), tuyệt đối không động đến bất kỳ thiết bị nào có thể phát sinh tia lửa điện, không bật tắt công tắt đèn, quạt, đóng cắt mạch điện, kể cả điện thoại di động.

+ Lập tức khoá van bình.

+ Sử dụng các phương tiện thông gió thủ công, ví dụ quạt nan hoặc mảnh bìa cactong để quạt tản khí đi. Nếu quạt máy đang chạy thì vẫn để nguyên.

+ Mở hết các cửa ở phía trên bếp (không phải là các cửa ngang bếp) để tạo đối lưu lên trên, khi nào gần hết mùi mới được mở hết các cửa nhà.

Câu 3. Trên một số phương tiện thông tin đại chúng có đề cập đến vấn đề san gas từ các bình gas gia đình sang các bình gas mini. Đây là việc làm gây nguy hiểm cho người sử dụng. Vậy thành phần các khí trong bình gas gia đình và bình gas mini có gì khác nhau? Tại sao việc làm đó lại gây nguy hại cho người sử dụng

Trả lời:

Do áp lực của bình gas gia đình và bình gas mini là khác nhau, nên hàm lượng propan và butan trong hai loại khí gas này là khác nhau do đó việc san gas từ bình gas gia đình sang bình gas mini không đảm bảo an toàn.

D. Hoạt động vận dụng

- Hiện nay nhiều nơi sử dụng mô hình hầm biogas để thu lấy nhiên liệu dùng để đun nấu, chạy máy phát điện nhỏ, ... phục vụ cuộc sống. Bằng kiến thức hóa học, hãy giải thích tại sao có thể sử dụng khí biogas như vậy.

- Tìm hiểu thêm về thành phần khí biogas, quá trình hình thành biogas, nguyên liệu có thể sử dụng để tạo khí biogas và chia sẻ, và đánh giá lợi ích của mô hình này với người thân trong gia đình em.

Trả lời:

Thành phần chính của khí biogas là metan, metan cháy tỏa nhiều nhiệt nên khí biogas được dùng làm nhiên liệu.