Phản ứng oxy hóa hoàn toàn (Phản ứng cháy)

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

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

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

2H2 + O2 → 2H2O

Cuối cùng, CO bị oxy 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.

2CO + O2 → 2CO2

Phản ứng oxy hóa không hoàn toàn

Được dùng trong sản xuất formaldehyd, 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}}}

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

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 methan:

Methan bị nhiệt phân bằng cách nung nóng nhanh methan với 1 lượng nhỏ oxy 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 methan, cung cấp thêm nhiệt cho phản ứng.

Hoạt hóa Hydro

Liên kết cộng hóa trị giữa C-H trong methan thuộc loại bền nhất trong hydrocarbon. Tuy nhiên, methan 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 methan và các alkan bậc thấp khác là một lĩnh vực nghiên cứu khá quan trọng trong công nghiệp.

Phản ứng thế halogen

Methan phản ứng với Halogen cho ra dẫn xuất halogen của methan và hydro halide.

Ví dụ: Methan phản ứng với chlor 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

Methan có thể bị phân hủy ở nhiệt độ trên 1000oC [14]:

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 [15]:

CH4 + 2Cl2 → C + 4HCl