Phản ứng oxi hóa hoàn toàn (Phản ứng cháy)

Trong phản ứng cháy của metan có một số bước. Trước tiên, mêtan tạo ra gốc metyl (CH3), gốc này phản ứng với ôxy sinh ra formaldehyde (HCHO) cho gốc formyl (HCO) để tạo thành cacbon monoxit. Quá trình này được gọi là sự nhiệt phân ôxi hoá:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O (ΔH = −891 kJ/mol ở 25oC, 1 atm)

Sau đó, hidro bị ôxi hóa tạo ra H2O và giải phóng nhiệt. Quá trình này diễn ra rất nhanh, thường chưa tới một phần nghìn giây.

H2 + ½ O2 → H2O

Cuối cùng, CO bị ôxi hóa tạo thành CO2, và giải phóng thêm nhiệt. Quá trình này chậm hơn quá trình trên và thường mất vài phần nghìn giây để phản ứng.

CO + ½ O2 → CO2

Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn

Được dùng trong sản xuất fomanđehit, bột than, khí đốt,...

CH 4 + O 2 → 200 a t m , 300 o C HCHO + H 2 O {\displaystyle {\ce {CH4 + O2 ->[200atm, 300oC] HCHO + H2O}}}

CH 4 + 1 2 O 2 → 500 o C , N i CO + 2 H 2 {\displaystyle {\ce {CH4 + 1/2O2 ->[500oC,Ni]CO + 2H2}}}

CH 4 + O 2 ⟶ C + H 2 O {\displaystyle {\ce {CH4 + O2 -> C + H2O}}} (đốt trong điều kiện thiếu không khí)

Phản ứng nhiệt phân metan:

Metan bị nhiệt phân bằng cách nung nóng nhanh metan với 1 lượng nhỏ oxi ở nhiệt độ khoảng 1500oC:

2 CH 4 ⟶ C 2 H 2 + 3 H 2 {\displaystyle {\ce {2CH4 -> C2H2 + 3H2}}} (ΔH = 397kJ/mol)

Oxi được dùng để đốt cháy 1 phần metan, cung cấp thêm nhiệt cho phản ứng.

Hoạt hóa Hydro

Liên kết cộng hóa trị giữa C-H trong metan thuộc loại bền nhất trong hydrocacbon. Tuy nhiên, metan vẫn là nguyên liệu khởi đầu chính trong sản xuất Hydro. Việc tìm kiếm các xúc tác có tác dụng thúc đẩy dễ dàng sự hoạt hóa Hydro trong metan và các ankan bậc thấp khác là một lĩnh vực nghiên cứu khá quan trọng trong công nghiệp.

Phản ứng thế halogen

Mêtan phản ứng với Halogen cho ra dẫn xuất halogen của metan và hidro halogenua.

Ví dụ: Metan phản ứng với Clo trong ánh sáng khuếch tán theo nhiều giai đoạn:

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HClCH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HClCH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HClCHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

Phản ứng phân hủy

Metan có thể bị phân hủy ở nhiệt độ trên 1000oC [8]:

CH4 → C + 2H2

hoặc khi tác dụng với Cl2 khi đun nóng hoặc Flo ở điều kiện thường, tạo thành muội than và khí axit [9]:

CH4 + 2Cl2 → C + 4HCl