Để tìm ra phương trình phản ứng đúng, chúng ta hãy cùng nhau phân tích bản chất của phản ứng giữa metan và clo.

Bước 1: Phân tích đặc điểm cấu tạo của Metan (\(CH_4\))

Các em hãy nhớ lại bài học về Metan. Phân tử metan có công thức cấu tạo là một nguyên tử Cacbon ở trung tâm, liên kết với bốn nguyên tử Hiđro xung quanh bằng bốn liên kết đơn.

Đặc điểm quan trọng nhất của metan (và các ankan nói chung) là trong phân tử chỉ có các liên kết đơn C-H và C-C. Các liên kết này tương đối bền vững, nên metan khó tham gia phản ứng cộng như axetilen hay etilen.

Vậy phản ứng đặc trưng của metan là gì? Đó chính là phản ứng thế.

Bước 2: Tìm hiểu cơ chế của phản ứng thế

Phản ứng thế có nghĩa là nguyên tử của nguyên tố khác sẽ thay thế cho nguyên tử hiđro trong phân tử metan.

Trong trường hợp này, khi có ánh sáng (thường là ánh sáng khuếch tán, kí hiệu là “as”), một nguyên tử Clo sẽ thế chỗ cho một nguyên tử Hiđro trong phân tử metan.

Hãy hình dung quá trình này nhé:

– Phân tử metan (\(CH_4\)) mất đi một nguyên tử Hiđro, trở thành nhóm (\(-CH_3\)).

– Phân tử clo (\(Cl_2\)) gồm hai nguyên tử clo liên kết với nhau (Cl-Cl). Một nguyên tử Clo sẽ vào thế chỗ cho nguyên tử Hiđro vừa bị tách ra. Sản phẩm tạo thành là \(CH_3Cl\) (có tên là clometan hoặc metyl clorua).

– Nguyên tử Hiđro bị tách ra sẽ không đứng một mình, nó sẽ kết hợp với nguyên tử Clo còn lại trong phân tử \(Cl_2\) để tạo thành một hợp chất mới là \(HCl\) (khí hiđro clorua).

Bước 3: Viết phương trình hóa học hoàn chỉnh

Từ phân tích ở Bước 2, chúng ta có thể tổng hợp lại thành phương trình hóa học như sau:

Metan cộng với Clo, dưới tác dụng của ánh sáng, tạo ra Clometan và khí Hiđro clorua.

Phương trình hóa học biểu diễn đúng quá trình này là:
\[ CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{\text{ánh sáng}} CH_3Cl + HCl \]

Bước 4: Đối chiếu với các đáp án đã cho

Bây giờ, chúng ta hãy xem xét từng đáp án:

– Đáp án A: Sai. Phản ứng này tạo ra sản phẩm phụ là khí hiđro (\(H_2\)), trong khi sản phẩm đúng phải là hiđro clorua (\(HCl\)).

– Đáp án B: Đúng. Phương trình này biểu diễn chính xác phản ứng thế một nguyên tử Hiđro trong metan bằng một nguyên tử Clo, tạo ra \(CH_3Cl\) và \(HCl\).

– Đáp án C: Sai. Sản phẩm \(CH_2\) không được tạo thành trong phản ứng này. Phản ứng thế diễn ra lần lượt từng nguyên tử một, không phá vỡ phân tử metan theo cách này.

– Đáp án D: Sai. Phương trình này không cân bằng về số nguyên tử Clo và Hiđro. Tương tự đáp án A, sản phẩm phụ là \(H_2\) cũng là sai.

Kết luận cuối cùng:

Dựa trên những phân tích trên, phản ứng biểu diễn đúng sự thế nguyên tử hiđro trong metan bằng nguyên tử clo là phương trình ở đáp án B.

Vậy, đáp án đúng là B.

Các em hãy ghi nhớ nhé, phản ứng thế với halogen (như clo, brom) dưới điều kiện ánh sáng là phản ứng hóa học đặc trưng của metan và các ankan. Chúc các em học tốt!