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CH₄[CH₄]是什么 关于CH₄[CH₄]的详细介绍

CH4化学名称为甲烷,是最简单的有机物,可作为燃料,是石油,天然气,沼气,坑气等的主要成分,俗称瓦斯。也是含碳量最小(含氢量最大)的烃,也是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。它可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。

百科名片

甲烷在自然界分布很广,是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。它可用作燃料及制造氢气、碳黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。化学符号为CH₄。

来源

可燃冰结构

可燃冰结构

甲烷是最简单的有机物,也是含碳量最小(含氢量最大)的烃,是沼气,天然气,坑道气和油田气的主要成分。可燃冰种也含有大量甲烷,以十水合一甲烷的形式存在。

甲烷物理性质

甲烷是无色、无味、可燃和微毒的气体。甲烷对空气的重量比是0.54,比空气约轻一半。甲烷溶解度很小, 在20℃、0.1千帕时,100单位体积的水,只能溶解3个单位体积的甲烷。同时甲烷燃烧产生明亮的蓝色火焰,然而有可能会偏绿,因为燃甲烷要用玻璃导管,玻璃在制的时候含有钠元素,所以呈现黄色的焰色,甲烷烧起来是蓝色,所以混合看来是绿色。

熔点:-182.5℃

沸点:-161.5℃

蒸汽压53.32kPa/-168.8℃

饱和蒸气压(kPa):53.32(-168.8℃)

相对密度(水=1)0.42(-164℃)

相对蒸气密度(空气=1):0.55

燃烧热:890.31KJ/mol

总发热量:55900kJ/kg(40020kJ/m³)

净热值:50200kJ/kg(35900kJ/m³)

临界温度(℃):-82.6

临界压力(MPa):4.59

爆炸上限%(V/V):15

爆炸下限%(V/V):5.3

闪点(℃):-188

引燃温度(℃):538

分子直径0.414nm

甲烷化学性质

化学品中文名称:甲烷

别名:天然气,沼气,甲基氢化物

英文名称:methane

技术说明书编码:51

马来文:metana

CASNo.:74-82-8

分子式:CH₄

分子量:16.04

国标编号:21007

分类:有机物

C—H 键能:413kJ/mol

H—C—H 键角:109°28′

分子结构:正四面体形非极性分子,一个C以sp³杂化位于正四面体中心,4个H位于正四面体的4个顶点上

晶体类型:分子晶体

化学性质

把制得的甲烷气体通入盛有高锰酸钾溶液(加几滴稀硫酸)的试管里,没有变化。再把甲烷气体通入溴水,溴水不褪色。

取代反应

把一个大试管分成五等分,或用一支有刻度的量气管,用排饱和食盐水法先收集1/5体积的甲烷,再收集4/5体积的氯气,把它固定在铁架台的铁夹上,并让管口浸没的食盐水里。然后让装置受漫射光照射。在阳光好的日子,约半小时后可以看到试管内氯气的黄绿色逐渐变淡,管壁上出现油状物,这是甲烷和氯气反应的所生成的一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和少量的乙烷的混和物。试管中液面上升,这是反应中生成的氯化氢溶于水的缘故。食盐水中白色晶体析出。因为氯气极易溶于水,溶于水后增加了水中氯离子的浓度,是氯化钠晶体析出。用大拇指按住试管管口,提出液面,管口向上,向试管中滴入紫色石蕊试液或锌粒,可验证它是稀盐酸。如果在阴暗的天气需1到2小时才能观察到反应的结果。

CH₄+Cl₂=光=CH₃Cl+HCl  

CH₃Cl+Cl₂=光=CH₂Cl₂+HCl

CH₂Cl₂+Cl=光=CHCl₃+HCl

CHCl₃+HCl=光=CCl₄+HCl

氧化反应

点燃纯净的甲烷,在火焰的上方罩一个干燥的烧杯,很快就可以看到有水蒸气在烧杯壁上凝结。倒转烧杯,加入少量澄清石灰水,振荡,石灰水变浑浊。说明甲烷燃烧生成水和二氧化碳。把甲烷气体收集在高玻璃筒内,直立在桌上,移去玻璃片,迅速把放有燃烧着的蜡烛的燃烧匙伸入筒内,烛火立即熄灭,但瓶口有甲烷在燃烧,发出淡蓝色的火焰。这说明甲烷可以在空气里安静地燃烧,但不助燃。用大试管以排水法先从氧气贮气瓶里输入氧气 2/3 体积,然后再通入1/3 体积的甲烷。用橡皮塞塞好,取出水面。将试管颠倒数次,使气体充分混和。用布把试管外面包好,使试管口稍微下倾,拔去塞子,迅速用燃着的小木条在试管口引火,即有尖锐的爆鸣声发生。这个实验虽然简单,但也容易失败。把玻璃导管口放出的甲烷点燃,把它放入贮满氯气的瓶中,甲烷将继续燃烧,发出红黄色的火焰,同时看到有黑烟和白雾。黑烟是炭黑,白雾是氯化氢气体和水蒸气形成的盐酸雾滴。

CH₄+2O₂=点燃=CO₂+2H₂O

CH₄+2Cl₂=点燃=C+4HCl

加热分解

用125毫升集气瓶,收集一瓶纯净的甲烷。集气瓶口配有穿过两根粗铜电极(在瓶内约为瓶高的二分之一处)和直角玻管的橡皮塞,塞紧(如有孔隙,可涂上一薄层熔化的石蜡),并与盛有溴水的洗气瓶连接(由于反应过程中会有一定量乙炔气体生成)。电极通过感应圈与电源相连。实验时,先放松导管上的夹子,接通6伏电源,铜电极间发生电火花放电,瓶壁上可以看到有炭黑产生,说明甲烷已经分解。稍等片刻,在导管的尖嘴处点火,并用于冷的烧杯罩在火焰上方,可以看到烧杯内壁变得模糊,并有水蒸气凝结,说明有氢气生成

甲烷制造

甲烷是一种可燃性气体,而且可以人工制造,所以,在石油用完之后,甲烷将会成为重要的能源。

甲烷完全燃烧化学方程式: CH₄+ 2O₂=点燃=CO₂ + 2H₂O

甲烷人工制法:

1 、甲烷菌分解法:

将有机质放入沼气池中,控制好温度和湿度,甲烷菌迅速繁殖,将有机质分解成甲烷、二氧化碳、氢、硫化氢、一氧化碳等,其中甲烷占60%-70%。经过低温液化,将甲烷提出,可制得廉价的甲烷。

2、合成法:

将二氧化碳与氢在催化剂作用下,生成甲烷和氧,再提纯。

CO₂+2H₂=CH₄+O₂  将碳蒸汽直接与氢反应,同样可制得高纯的甲烷。

3、实验室制甲烷的方法:

无水醋酸钠(CH₃COONa)和碱石灰(NaOH和CaO做干燥剂)

反应方程式:CH₃COONa+NaOH===Na₂CO₃+CH₄↑

收集: 排水法或向下排空气法

4、甲烷的受热分解:

在隔绝空气并加热至1000℃的条件下,甲烷分解生成炭黑和氢气

CH₄=高温=C+2H₂

氢气是合成氨及汽油等工业的原料;炭黑是橡胶工业的原料

5、关于甲烷的取代反应

CH₄+Cl₂=光照=CH₃Cl+HCl

CH₃Cl+Cl₂=光照=CH₂Cl₂+HCl

CH₂Cl₂+Cl₂=光照=CHCl₃+HCl

CHCl₃+Cl₂=光照=CCl₄+HCl

【注】甲烷的四种氯代产物都不溶于水,在常温下,CH₃Cl 是气体,而CH₂Cl₂,CHCl₃,CCl₄则都是无色油状液体。

甲烷可与溴产生类似反应。甲烷与氟的反应十分猛烈,如果先用稀有气体稀释两者才在特定的仪器内进行反应,也可得出类似反应。甲烷与碘不会直接产生反应,可以用溴化碘等代替进行碘化

自然中的甲烷

据德国核物理研究所的科学家经过试验发现,植物和落叶都产生甲烷,而生成量随着温度和日照的增强而增加。另外,植物产生的甲烷是腐烂植物的10到100倍。他们经过估算认为,植物每年产生的甲烷占到世界甲烷生成量的10%到30%   。行星中发现甲烷据国外媒体报道,美国天文学家19日宣布,他们首次在太阳系外一颗行星的大气中发现了甲烷,这是科学家首次在太阳系外行星探测到有机分子,从而增加了确认 太阳系外存在生命的希望。该小组还证实了先前的猜测,即这颗名叫HD 189733b的行星的大气中有水   。

甲烷是创造适合生命存在的条件中,扮演重要角色的有机分子。美国宇航局喷气推进实验室的天文学家,利用绕轨运行的“哈勃”太空望远镜得到了一张行星大气的红外线分光镜图谱,并发现了其中的甲烷痕迹,相关发现刊登在3月20日出版的英国《自然》杂志上。

行星HD 189733b位于狐狸座,距地球63光年,是一类叫做“热木星”大行星,其表面灼热,不可能存在液态水。HD 189733b围绕其恒星转一圈只需两天。由于距离恒星太近,这颗行星表面温度高达900℃(1650华氏度),足以把银子熔化。

不过,值得注意的是探测到甲烷。这种方法可以沿用到环绕所谓的“可居住区” (Goldilocks Zone)中温度较低的恒星运转的其它行星,“可居住区”不冷也不热,正好适合孕育生命。

喷气推进实验室领导这项研究的马克-斯万说:“这对最终辨别在可能存在生命的行星上生命起源前的分子是一块至关重要的垫脚石。这一发现证明,光谱学最终可以应用到一颗温度更低、可能适合居住、围绕更暗淡的红色侏儒型恒星运行的类地行星上。”

自13年前探测到第一颗系外行星以来,天文学家已在太阳系外发现了270多颗行星。尽管行星的数量在稳步增长,但对其化学成分的详情知之甚少,而这正是确认是否存在生命的关键所在。

去年5月的一天,斯万的小组利用“哈勃”携带的强大的NICMOS光谱照相机拍下HD 189733b从其恒星和地球之间直线穿过时的照片。来自那颗恒星的光经过HD 189733b的大气,带来泄露实情的化学成分痕迹,但主要的任务是在一堆波长中发现了这些针。这些观测结果还证实了水分子的存在,美国宇航局的“斯皮策”太空望远镜先前曾提到过这一点。

亚利桑那大学行星科学家亚当-肖曼在一篇评论中表示,这一成果朝着了解系外行星迈进了一大步。如今,“哈勃”和“斯皮策”太空望远镜已逐渐老去,但新一代更强大的轨411爱的是让当事人道平台正在构建之中。肖曼在《自然》杂志上说:“我们现在看到了一场革命的开始,这场革命将拓宽人类有关太阳系外行星世界的知识。”

相关标准

职业接触限值

中国MAC(mg/m³):250

前苏联MAC(mg/m³):300

美国 车间卫生标准 窒息性气体

TLVTN:ACGIH窒息性气体

TLVWN:未制定标准

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