甲烷（有机物）

甲烷（有机物）

甲烷 （有机物） 次浏览 | 2022.09.22 09:30:59 更新 来源 ：互联网 精选百科 本文由作者推荐 甲烷有机物

甲烷是结构最简单的碳氢化合物。广泛存在于天然气、沼气、煤矿坑井气之中，是优质气体燃料，也是制造合成气和许多化工产品的重要原料。从分子的层面上来说，甲烷是一种比二氧化碳更加活跃的温室气体，但它在大气中数量较少。

中文名

甲烷

外文名

methane

别名

碳烷

化学式

CH4

分子量

16.0425

熔点

-182.5 °C（91 K）℃

沸点

-161.6℃

水溶性

3.5 mg/100 mL (17 °C)

密度

0.717 kg/m3 (气)

外观

无色气体

闪点

-188℃

安全性描述

S9；S16；S33

危险性符号

R12

UN危险货物编号

号1971

SMILES

c

主要危害

易燃易爆

简介甲烷分子结构示意图

甲烷，化学式CH4，是最简单的烃（tīng,碳氢化合物），分子是正四面体空间构型，C—H键能413kJ/mol，H—C—H键角109°28′。甲烷的结构式只是表示分子里各原子的连接情况，并不能真实表示各原子的空间相对位置。

在标准状态下甲烷是一种无色、可燃、无毒的气体。甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、坑气及煤气的主要成分之一。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。

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。

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。[1]

物理性质

蒸汽压53.32kPa/-168.8℃ 

甲烷分子结构图

饱和蒸气压(kPa)：53.32(-168.8℃) 

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 

引燃温度(℃)：538 

分子直径：0.414nm

化学性质

甲烷化学性质比较稳定，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份，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合物。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→(光照)CH3Cl+HCl 

CH3Cl+Cl2→(光照)CH2Cl2+HCl 

CH2Cl2+Cl2→(光照)CHCl3+HCl 

CHCl3+Cl2→(光照)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。

来源甲烷工业来源

工业用甲烷主要来自天然气、烃类裂解气、炼焦时副产的焦炉煤气及炼油时副产的炼厂气，煤气化产生的煤气也提供一定量的甲烷。

生物分解

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。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%。

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]

有机物在无氧环境中，经腐败菌分解后，再经甲烷菌作用，即有甲烷生成。如纤维素在湖沼污泥中腐败分解生成的脂肪酸、醇，以及共存的二氧化碳和氢等，都能在甲烷菌作用下最终生成甲烷。其生成反应中较主要的有：

CH3COOH─→CH4+CO2

4CH3OH─→3CH4+CO2+2H2O

CO2+4H2─→CH4+2H2O

化学合成

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。 

无水醋酸钠（CH3COONa）和碱石灰（NaOH和CaO做干燥剂） 反应：CH3COONa+NaOH===Na2CO3+CH4↑ 　收集： 排水法或向下排空气法。

危害

甲烷对人基本无毒，但浓度过高时，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。若不及时脱离，可致窒息死亡。

皮肤接触液化甲烷，可致冻伤。

危险性

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。与五氧化溴、氯气、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其他强氧化剂接触剧烈反应。

应急处理泄漏应急处理

迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。如有可能，将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。也可以将漏气的容器移至空旷处，注意通风。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。

防护措施

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)。

眼睛防护：一般不需要特别防护，高浓度接触时可戴安全防护眼镜。

身体防护：穿防静电工作服。

手防护：戴一般作业防护手套。

其他：工作现场严禁吸烟。避免长期反复接触。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护。

急救措施

皮肤接触：若有冻伤，就医治疗。

吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。

灭火方法：切断气源。若不能立即切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂：雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉。

用途用作燃料

以甲烷为主要成分的天然气，用作优质气体燃料，已有悠久的历史。现代化的勘探、采输技术促进了天然气的大规模利用，使之成为世界第三能源。发达国家已大规模铺设天然气输气管网，将天然气用作城市煤气。天然气加压液化所得的液化天然气，热值比航空煤油高15％，用于汽车、海上快艇和超音速飞机，不但能提高速度，而且可节省燃料消耗。

用作化工原料

富含甲烷的干性或湿性天然气中的甲烷组分，是生产一系列化工产品的重要原料。现代的天然气化工，其主要内容就是甲烷的化工利用。甲烷经蒸汽转化可制得合成气；经热裂解可生产乙炔或炭黑；经氯化可制得甲烷氯化物；经硫化可制得二硫化碳；经硝化可制得硝基烷烃；加氨氧化可制得氢氰酸；直接催化氧化可得甲醛。

高纯甲烷可用于非晶硅太阳电池制造,用于大规模集成电路干法刻蚀或等离子刻蚀气的辅助添加气。也是制造氨、炭黑、甲基化合物、二硫化碳、氢氰酸等的原料。

参考资料