Метан и его свойства

Предельные углеводороды.
Метан. Алканы.
Общая формула предельных углеводородов. CnH2n+2 где n≥1. При образовании связей атома углерода с водородом образуется четыре SP3 электрона, взаимно отталкиваясь друг от друга занимает тетраэдрическое положение в пространстве, под углом 109˚28‘, расстояние между атомами
0,154 нм.

Физические свойства.
Метан – газ, без цвета и запаха, легче воздуха (Мr = 16), малорастворим в воде.

Химические свойства.
Горит. С воздухом образует взрывчатые смеси.
СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О
При недостатке кислорода протекает неполное сгорание.
СН4 + О2 → С + 2Н2О
В присутствии катализаторов (нитрозных газов) могут образоваться метиловый спирт и формальдегид.
СН4 + О2 → Н-С=О + Н2О
│
Н
2СН4 + О2 → 2Н3С-ОН

При сильном нагревании получают сажу.
СН4 → С + 2Н2
Промежуточный продукт
2СН4 → С2Н4 + 2Н2; 2СН4 → С2Н2 + 3Н2
Ацетилен в 2 раза дешевле полученного из карбида кальция. Конверсией получают чистый водород.
Метан стоик при обычных условиях к щелочам, кислотам и окислителям. Он не способен к реакциям присоединения, зато для него характерны реакции замещения.

На свету с Cl2 или Br2 эта реакция протекает по свободно-радикальному механизму со взрывом.
Cl2 → 2Cl*
СН4 + Cl*→ СН3* + НCl
СН3*+ Cl2 → СН3Cl + Cl*
СН3Cl + Cl*→ СН2Cl* + НCl
СН2Cl* + Cl2 → СН2Cl2 + Cl*
СН2Cl2 + Cl*→ СНCl2 * + НCl
СНCl2* + Cl2 → СHCl3 + Cl*
СHCl3 + Cl*→ СCl3* + HCl
СCl3* + Cl2 → СCl4 + Cl*

Обрыв реакции.
Реакция может обрываться, если прореагирует два радикала, типа:
СН3* + СН3* → С2Н6; СН3* + Cl*→ СН3Cl;
Cl*+ Cl*→ Cl2
Хлористый метил – газ легко сжижающийся, используется как хладоагент.
Остальные жидкости применяются как растворители смол, каучуков и д.р. органических веществ. СCl4 используется в огнетушителях, там, где нельзя использовать воду.

Метан в природе.
Метан широко распространён в природе, он является главной составной частью многих природных газов. (90-98%). Образуется при сухой перегонке древесины, торфа, кокса, при крекинге нефти. Кроме метана в попутных газах есть этан, пропан, бутан и пентан.
Лабораторный способ получения метана.
CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3
Al4C3 + 12H2O → 3CH4 + 4 Al(OH)3

Синтетический способ получения метана.
Ni(1200 ˚C)
C + 2H2 → CH4;
Ni,NiCO3,Co
CO + 3H2 → CH4 + H2O; Ni,NiCO3,Co
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
Эти способы получения метана имеют промышленное значение.

Применение.
Используется как топливо, для получения водорода, этилена, ацетилена, сажи, для получения спирта и формальдегида.
Получение синтез-газа который используется в доменном процессе:
Ni,MgCO3
CH4 + H2O → CO + 3H2
H2SO4
CH4 + HNO3 → CH3- NO2 + H2O

Задачи:
Определите плотность
метана по воздуху.

ρ = 16/29=0,55

Определите массу 1 литра метана.

m = 16/22,4 = 0,715

Определите массу метана, полученного из 1м3 природного газа, содержащего 90% метана, находящимся в баллоне под давлением 40 атмосфер.