甲烷是最簡(jiǎn)單的有機(jī)物，在自然界的分布很廣，那么你知道甲烷的化學(xué)式是怎么寫的嗎?不知道也沒關(guān)系，今天小編在這給大家整理了甲烷的化學(xué)式以及相關(guān)資料，接下來隨著小編一起來看看吧!

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甲烷的化學(xué)式以及簡(jiǎn)介

甲烷物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)

甲烷的取代反應(yīng)

甲烷的氧化反應(yīng)

●甲烷的化學(xué)式以及簡(jiǎn)介

甲烷，化學(xué)式CH4，是最簡(jiǎn)單的烴，由一個(gè)碳和四個(gè)氫原子通過sp3雜化的方式組成，因此甲烷分子的結(jié)構(gòu)為正四面體結(jié)構(gòu)，四個(gè)鍵的鍵長(zhǎng)相同鍵角相等。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷是一無色無味氣體。一些有機(jī)物在缺氧情況下分解時(shí)所產(chǎn)生的沼氣其實(shí)就是甲烷。從理論上說，甲烷的鍵線式可以表示為一個(gè)點(diǎn)“·”，但實(shí)際并沒有看到過有這種用法，可能原因是“·”號(hào)同時(shí)可以表示電子。所以在中學(xué)階段把甲烷視為沒有鍵線式。甲烷主要是作為燃料，如天然氣和煤氣，廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)中。作為化工原料，可以用來生產(chǎn)乙炔 、氫氣、合成氨、碳黑、硝氯基甲烷、二硫化碳、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氫氰酸等。

●甲烷物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)

物理性質(zhì)：

甲烷在自然界分布很廣，是天然氣、沼氣、油田氣及煤礦坑道氣的主要成分，化學(xué)符號(hào)為CH?。

甲烷為無色、無臭、易燃?xì)怏w。分子量16.04，沸點(diǎn)-161.49℃,蒸氣密度0.55g/L,飽和空氣濃度100%,爆炸極限4.9%～16%,水中溶解度極小為0.0024g%(20℃)。

化學(xué)性質(zhì)：

甲烷具有極大的化學(xué)穩(wěn)定性，不與酸、堿、氧化劑、還原劑起作用。但甲烷中的氫原子可被鹵素取代而生成鹵代烷烴。

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●甲烷的取代反應(yīng)

甲烷的鹵化中，主要有氯化、溴化。甲烷與氟反應(yīng)是大量放熱的，一旦發(fā)生反應(yīng)，大量的熱難以移走，破壞生成的氟甲烷，只得到碳和氟化氫。因此直接的氟化反應(yīng)難以實(shí)現(xiàn)，需用稀有氣體稀釋。碘與甲烷反應(yīng)需要較高的活化能，反應(yīng)難以進(jìn)行。因此，碘不能直接與甲烷發(fā)生取代反應(yīng)生成碘甲烷。但它的逆反應(yīng)卻很容易進(jìn)行。以氯化為例：可以看到試管內(nèi)氯氣的黃綠色氣體逐漸變淡，有白霧生成，試管內(nèi)壁上有油狀液滴生成，這是甲烷和氯氣反應(yīng)的所生成的一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿(或三氯甲烷)、四氯化碳(或四氯甲烷)、氯化氫和少量的乙烷(雜質(zhì))的混合物。

化學(xué)方程式

CH4+Cl2→(光照)CH3Cl(氣體)+HClCH3Cl+Cl2→(光照)CH2Cl2(油狀物)+HClCH2Cl2+Cl2→(光照)CHCl3(油狀物)+HClCHCl3+Cl2→(光照)CCl4(油狀物)+HCl

試管中液面上升，食鹽水中白色晶體析出，這是反應(yīng)中生成的氯化氫溶于水的緣故。因?yàn)槁然瘹錁O易溶于水，溶于水后增加了水中氯離子的濃度，使氯化鈉晶體析出。用大拇指按住試管管口，提出液面，管口向上，向試管中滴入紫色石蕊試液或鋅粒，可驗(yàn)證它是稀鹽酸。如果控制氯的用量，用大量甲烷，主要得到氯甲烷;如用大量氯氣，主要得到四氯化碳。工業(yè)上通過精餾，使混合物一一分開。以上幾個(gè)氯化產(chǎn)物，均是重要的溶劑與試劑。

特點(diǎn)：①在室溫暗處不發(fā)生反應(yīng);②髙于250℃發(fā)生反應(yīng);③在室溫有光作用下能發(fā)生反應(yīng);④用光引發(fā)反應(yīng)，吸收一個(gè)光子就能產(chǎn)生幾千個(gè)氯甲烷分子;⑤如有氧或有一些能捕捉自由基的雜質(zhì)存在，反應(yīng)有一個(gè)誘導(dǎo)期，誘導(dǎo)期時(shí)間長(zhǎng)短與存在這些雜質(zhì)多 少有關(guān)。根據(jù)上述事實(shí)的特點(diǎn)可以判斷，甲烷的氯化是一個(gè)自由基型的取代反應(yīng)。

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●甲烷的氧化反應(yīng)

甲烷最基本的氧化反應(yīng)就是燃燒：CH4+2O2→CO2+2H2O

甲烷的含氫量在所有烴中是最高的，達(dá)到了25%，因此相同質(zhì)量的氣態(tài)烴完全燃燒，甲烷的耗氧量最高。點(diǎn)燃純凈的甲烷，在火焰的上方罩一個(gè)干燥的燒杯，很快就可以看到有水蒸氣在燒杯壁上凝結(jié)。倒轉(zhuǎn)燒杯，加入少量澄清石灰水，振蕩，石灰水變渾濁。說明甲烷燃燒生成水和二氧化碳。把甲烷氣體收集在高玻璃筒內(nèi)，直立在桌上，移去玻璃片，迅速把放有燃燒著的蠟燭的燃燒匙伸入筒內(nèi)，燭火立即熄滅，但瓶口有甲烷在燃燒，發(fā)出淡藍(lán)色的火焰。這說明甲烷可以在空氣里安靜地燃燒，但不助燃。用大試管以排水法先從氧氣貯氣瓶里輸入氧氣 2/3 體積，然后再通入1/3 體積的甲烷。用橡皮塞塞好，取出水面。將試管顛倒數(shù)次，使氣體充分混和。用布把試管外面包好，使試管口稍微下傾，拔去塞子，迅速用燃著的小木條在試管口引火，即有尖銳的爆鳴聲發(fā)生。這個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然簡(jiǎn)單，但也容易失敗。把玻璃導(dǎo)管口放出的甲烷點(diǎn)燃，把它放入貯滿氯氣的瓶中，甲烷將繼續(xù)燃燒，發(fā)出紅黃色的火焰，同時(shí)看到有黑煙和白霧。黑煙是炭黑，白霧是氯化氫氣體和水蒸氣形成的鹽酸霧滴。

加熱分解在隔絕空氣并加熱至1000℃的條件下，甲烷分解生成炭黑和氫氣：CH4=(1000℃)=C+2H2。

其中，氫氣是合成氨及汽油等工業(yè)的原料;炭黑是橡膠工業(yè)的原料，形成水合物甲烷可以形成籠狀的水合物，甲烷被包裹在“籠”里。也就是我們常說的可燃冰。它是在一定條件(合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等)下由水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時(shí)組成的類冰的、非化學(xué)計(jì)量的、籠形結(jié)晶化合物(碳的電負(fù)性較大，在高壓下能吸引與之相近的氫原子形成氫鍵，構(gòu)成籠狀結(jié)構(gòu))。它可用mCH4·nH2O來表示，m代表水合物中的氣體分子，n為水合指數(shù)(即水分子數(shù))?？扇急饕獌?chǔ)存于海底或寒冷地區(qū)的永久凍土帶，比較難以尋找和勘探。新研制的靈敏度極高的儀器，可以實(shí)地即時(shí)測(cè)出海底土壤、巖石中各種超微量甲烷、乙烷、丙烷及氫氣的精確含量，由此判斷出可燃冰資源存在與否和資源量等各種指標(biāo)。甲烷含量超過99%的天然氣水合物又稱為甲烷水合物。

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