8甲烷

[jiǎwán]更多图片(10张)甲烷在自然界的分布很广，甲烷是最简单的有机物，是天然气，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。中文名：甲烷外文名：methane相对分子质量：16.04276化学品类别：有机物-烷烃结构简式：CH4管制类型：不管制分享到...简介甲烷，化学式CH4，是最简单的烃，由一个碳和四个氢原子通过sp3杂化的方式组成，因此甲烷分子的结构为分子结构图正四面体结构，四个键的键长相同键角相等。在标准状态下甲烷是一无色无味气体。一些有机物在缺氧情况下分解时所产生的沼气其实就是甲烷。从理论上说，甲烷的键线式可以表示为一个点“·”，但实际并没有看到过有这种用法，可能原因是“·”号同时可以表示电子。所以在中学阶段把甲烷视为没有键线式。甲烷主要是作为燃料，如天然气和煤气，广泛应用于民用和工业中。作为化工原料，可以用来生产乙炔、氢气、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、四氯化碳和氢氰酸等。含量分布天王星的大气层也存在甲烷和氢气。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HD189733b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。行星HD189733b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。HD189733b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”(GoldilocksZone）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。2系外行星HD189733b与其环绕的恒星模拟图物理性质颜色无色气味无味熔点-182.5℃沸点-161.5℃查看完整表格化学性质与反应通常情况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。但是在特定条件下，甲烷也会发生某些反应。取代反应甲烷的卤化中，主要有氯化、溴化。甲烷与氟反应是大量放热的，一旦发生反应，大量的热难以移走，破坏生成的氟甲烷，只得到碳和氟化氢。因此直接的氟化反应难以实现，需用稀有气体稀释。碘与甲烷反应需要较高的活化能，反应难以进行。因此，碘不能直接与甲烷发生取代反应生成碘甲烷。但它的逆反应却很容易进行。以氯化为例：可以看到试管内氯气的黄绿色气体逐渐变淡，有白雾生成，试管内壁上有油状液滴生成，这是甲烷和氯气反应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）、氯化氢和少量的乙烷（杂质）的混合物。CH4+Cl2→（光照）CH3Cl（气体）+HClCH3Cl+Cl2→（光照）CH2Cl2（油状物）+HClCH2Cl2+Cl2→（光照）CHCl3（油状物）+HClCHCl3+Cl2→（光照）CCl4（油状物）+HCl试管中液面上升，食盐水中白色晶体析出，这是反应中生成的氯化氢溶于水的缘故。因为氯化氢极易溶于水，溶于水后增加了水中氯离子的浓度，使氯化钠晶体析出。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。如果控制氯的用量，用大量甲烷，主要得到氯甲烷；如用大量氯气，主要得到四氯化碳。工业上通过精馏，使混合物一一分开。以上几个氯化产物，均是重要的溶剂与试剂。特点：①在室温暗处不发生反应；②髙于250℃发生反应；③在室温有光作用下能发生反应；④用光引发反应，吸收一个光子就能产生几千个氯甲烷分子；⑤如有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存在，反应有一个诱导期，诱导期时间长短与存在这些杂质多少有关。根据上述事实的特点可以判断，甲烷的氯化是一个自由基型的取代反应。如图。氧化反应甲烷最基本的氧化反应就是燃烧：CH4+2O2→CO2+2H2O甲烷的含氢量在所有烃中是最高的，达到了25%，因此相同质量的气态烃完全燃烧，甲烷的耗氧量最高。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。加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=（1000℃）=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形成水合物甲烷可以形成笼状的水合物，甲烷被包裹在“笼”里。也就是我们常说的可燃冰。它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键，构成笼状结构）。它可用mCH4·nH2O来表示，m代表水合物中的气体分子，n为水合指数（即水分子数）。可燃冰主要储存于海底或寒冷地区的永久冻土带，比较难以寻找和勘探。新研制的灵敏度极高的仪器，可以实地即时测出海底土壤、岩石中各种超微量甲烷、乙烷、丙烷及氢气的精确含量，由此判断出可燃冰资源存在与否和资源量等各种指标。甲烷含量超过99%的天然气水合物又称为甲烷水合物。主要应用甲烷是一种很重要的燃料，是天然气的主要成分，约占87%。在标准压力的室温环境中，甲烷无色、无味；家用天然气的特殊味道，是为了安全而添加的人工气味，通常是使用甲硫醇或乙硫醇。在一大气压力的环境中，甲烷的沸点是−161°C。空气中的瓦斯含量只要超过5%～15%就十分易燃。液化的甲烷不会燃烧，除非在高压的环境中（通常是4～5大气压力）。中国国家标准规定，甲烷气瓶为棕色，白字。甲烷高温分解可得炭黑，用作颜料、油墨、油漆以及橡胶的添加剂等；氯仿和CCl4都是重要的溶剂。甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、坑气的主要成分之一。它可用作燃料及制造氢、一氧化碳、炭黑、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。甲烷用作热水器、燃气炉热值测试标准燃料。生产可燃气体报警器的标准气，校正气。还可用作太阳能电池，非晶硅膜气相化学沉积的碳源。以及甲烷用作医药化工合成的生产原料。45除作燃料外,大量用于合成氨、尿素和炭黑,还可用于生产甲醇、氢、乙炔、乙烯、甲醛、二硫化碳、硝基甲烷、氢氰酸和1,4-丁二醇等。甲烷氯化可得一、二、三氯甲烷及四氯化碳。6制备方法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。它主要的来源有：有机废物的分解。天然源头（如沼泽）：23%。从化石燃料中提取：20%。动物（如牛）的消化过程：17%。稻田之中的细菌：12%。生物物质缺氧加热或燃烧。甲烷人工制法主要有以下几种：细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。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。实验室制法无水醋酸钠（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（不能用向下排空气法收集）特点与注意事项：必须用无水醋酸钠跟干燥的碱石灰反应来制取甲烷，若用醋酸钠晶体或石灰不干燥则均几乎不能产生甲烷气体。该实验的操作注意事项与收集方法与氧气的完全相同。安全性健康危害甲烷对人基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息。当空气中甲烷达25%-30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调。若不及时远离，可致窒息死亡。皮肤接触液化的甲烷，可致冻伤。环境影响甲烷也是一种温室气体。GWP的分析显示，以单位分子数而言，甲烷的防甲烷防毒面具温室效应要比二氧化碳大上25倍。这是因为大气中已经具有相当多的二氧化碳，以至於许多波段的辐射早已被吸收殆尽了；因此大部分新增的二氧化碳只能在原有吸收波段的边缘发挥其吸收效应。相反地，一些数量较少的温室气体(包括甲烷在内)，所吸收的是那些尚未被有效拦截的波段，所以每多一个分子都会提供新的吸收能力。78毒理学资料毒性：属剧毒类。允许气体安全地扩散到大气中或当作燃料使用。有单纯性窒息作用，在高浓度时因缺氧窒息而引起中毒。空气中达到25～30%出现头昏、呼吸加速、运动失调。急性毒性：小鼠吸入2%浓度×60分钟，麻醉作用；兔吸入2%浓度×60分钟，麻醉作用。危险特性：易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与五氟化溴、氯气、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其它强氧化剂接触反应剧烈。燃烧（分解）产物：碳（极不完全燃烧）、一氧化碳（不完全燃烧，有害）、二氧化碳和水（完全燃烧）。注意事项运输危险货物编号：21007UN编号：1971甲烷运输包装：包装类别：O52包装方法：钢质气瓶。运输注意事项：采用钢瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放，并应将瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超过车辆的防护栏板，并用三角木垫卡牢，防止滚动。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置，禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。严禁与氧化剂等混装混运。夏季应早晚运输，防止日光曝晒。中途停留时应远离火种、热源。公路运输时要按规定路线行驶，勿在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。储存储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与氧化剂等分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。工程控制：生产过程密闭，全面通风。其它有害作用：该物质对环境可能有危害，对鱼类和水体要给予特别注意。还应特别注意对地表水、土壤、大气和饮用水的污染。操作密闭操作，全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂接触。在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。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：未制定标准身体保护呼吸系统防护：一般不需要特殊防护，但建议特殊情况下，佩带自吸过滤式防毒面具（半面罩）。甲烷防毒面具眼睛防护：