甲烷（有機物）

甲烷（有機物）

甲烷 （有機物） 次瀏覽 | 2022.09.22 09:30:59 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 甲烷有機物

甲烷是結構最簡單的碳氫化合物。廣泛存在于天然氣、沼氣、煤礦坑井氣之中，是優質氣體燃料，也是制造合成氣和許多化工產品的重要原料。從分子的層面上來說，甲烷是一種比二氧化碳更加活躍的溫室氣體，但它在大氣中數量較少。

中文名

甲烷

外文名

methane

別名

碳烷

化學式

CH4

分子量

16.0425

熔點

-182.5 °C（91 K）℃

沸點

-161.6℃

水溶性

3.5 mg/100 mL (17 °C)

密度

0.717 kg/m3 (氣)

外觀

無色氣體

閃點

-188℃

安全性描述

S9；S16；S33

危險性符號

R12

UN危險貨物編號

號1971

SMILES

c

主要危害

易燃易爆

簡介甲烷分子結構示意圖

甲烷，化學式CH4，是最簡單的烴（tīng,碳氫化合物），分子是正四面體空間構型，C—H鍵能413kJ/mol，H—C—H鍵角109°28′。甲烷的結構式只是表示分子里各原子的連接情況，并不能真實表示各原子的空間相對位置。

在標準狀態下甲烷是一種無色、可燃、無毒的氣體。甲烷在自然界分布很廣，是天然氣、沼氣、坑氣及煤氣的主要成分之一。它可用作燃料及制造氫、一氧化碳、炭黑、乙炔、氫氰酸及甲醛等物質的原料。

含量分布

天王星的大氣層也存在甲烷和氫氣。據德國核物理研究所的科學家經過試驗發現，植物和落葉都產生甲烷，而生成量隨著溫度和日照的增強而增加。另外，植物產生的甲烷是腐爛植物的10到100倍。他們經過估算認為，植物每年產生的甲烷占到世界甲烷生成量的10%到30%。行星中發現甲烷據國外媒體報道，美國天文學家19日宣布，他們首次在太陽系外一顆行星的大氣中發現了甲烷，這是科學家首次在太陽系外行星探測到有機分子，從而增加了確認?太陽系外存在生命的希望。該小組還證實了先前的猜測，即這顆名叫HD?189733b的行星的大氣中有水。

甲烷是創造適合生命存在的條件中，扮演重要角色的有機分子。美國宇航局噴氣推進實驗室的天文學家，利用繞軌運行的“哈勃”太空望遠鏡得到了一張行星大氣的紅外線分光鏡圖譜，并發現了其中的甲烷痕跡。

行星HD?189733b位于狐貍座，距地球63光年，是一類叫做“熱木星”大行星，其表面灼熱，不可能存在液態水。HD?189733b圍繞其恒星轉一圈只需兩天。由于距離恒星太近，這顆行星表面溫度高達900℃（1650華氏度），足以把銀子熔化。

不過，值得注意的是探測到甲烷。這種方法可以沿用到環繞所謂的“可居住區”?(Goldilocks?Zone）中溫度較低的恒星運轉的其它行星，“可居住區”不冷也不熱，正好適合孕育生命。[1]

物理性質

蒸汽壓53.32kPa/-168.8℃?

甲烷分子結構圖

飽和蒸氣壓(kPa)：53.32(-168.8℃)?

相對蒸氣密度(空氣=1)：0.55?

燃燒熱：890.31KJ/mol?

總發熱量：55900kJ/kg(40020kJ/m3)?

凈熱值：50200kJ/kg（35900kJ/m3）?

臨界溫度(℃)：-82.6?

臨界壓力(MPa)：4.59?

爆炸上限%(V/V)：15?

爆炸下限%(V/V)：5.3?

引燃溫度(℃)：538?

分子直徑：0.414nm

化學性質

甲烷化學性質比較穩定，把制得的甲烷氣體通入盛有高錳酸鉀溶液（加幾滴稀硫酸）的試管里，沒有變化。再把甲烷氣體通入溴水，溴水不褪色。

取代反應

把一個大試管分成五等份，或用一支有刻度的量氣管，用排飽和食鹽水法先收集1/5體積的甲烷，再收集4/5體積的氯氣，把它固定在鐵架臺的鐵夾上，并讓管口浸沒的食鹽水里。然后讓裝置受漫射光照射。在陽光好的日子，約半小時后可以看到試管內氯氣的黃綠色逐漸變淡，管壁上出現油狀物，這是甲烷和氯氣反應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。試管中液面上升，這是反應中生成的氯化氫溶于水的緣故。食鹽水中白色晶體析出。因為氯氣極易溶于水，溶于水后增加了水中氯離子的濃度，是氯化鈉晶體析出。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，可驗證它是稀鹽酸。如果在陰暗的天氣需1到2小時才能觀察到反應的結果。?

CH4+Cl2→(光照)CH3Cl+HCl?

CH3Cl+Cl2→(光照)CH2Cl2+HCl?

CH2Cl2+Cl2→(光照)CHCl3+HCl?

CHCl3+Cl2→(光照)CCl4+HCl

氧化反應

點燃純凈的甲烷，在火焰的上方罩一個干燥的燒杯，很快就可以看到有水蒸氣在燒杯壁上凝結。倒轉燒杯，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，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，燭火立即熄滅，但瓶口有甲烷在燃燒，發出淡藍色的火焰。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生。這個實驗雖然簡單，但也容易失敗。把玻璃導管口放出的甲烷點燃，把它放入貯滿氯氣的瓶中，甲烷將繼續燃燒，發出紅黃色的火焰，同時看到有黑煙和白霧。黑煙是炭黑，白霧是氯化氫氣體和水蒸氣形成的鹽酸霧滴。?

CH4+2O2=點燃=CO2+2H2O?

CH4+2Cl2=點燃=C+4HCl

加熱分解

用125毫升集氣瓶，收集一瓶純凈的甲烷。集氣瓶口配有穿過兩根粗銅電極（在瓶內約為瓶高的二分之一處）和直角玻管的橡皮塞，塞緊（如有孔隙，可涂上一薄層熔化的石蠟），并與盛有溴水的洗氣瓶連接（由于反應過程中會有一定量乙炔氣體生成）。電極通過感應圈與電源相連。實驗時，先放松導管上的夾子，接通6伏電源，銅電極間發生電火花放電，瓶壁上可以看到有炭黑產生，說明甲烷已經分解。稍等片刻，在導管的尖嘴處點火，并用于冷的燒杯罩在火焰上方，可以看到燒杯內壁變得模糊，并有水蒸氣凝結，說明有氫氣生成。

來源甲烷工業來源

工業用甲烷主要來自天然氣、烴類裂解氣、煉焦時副產的焦爐煤氣及煉油時副產的煉廠氣，煤氣化產生的煤氣也提供一定量的甲烷。

生物分解

植物和落葉都產生甲烷，而生成量隨著溫度和日照的增強而增加。另外，植物產生的甲烷是腐爛植物的10到100倍。經過估算認為，植物每年產生的甲烷占到世界甲烷生成量的10%到30%。

將有機質放入沼氣池中，控制好溫度和濕度，甲烷菌迅速繁殖，將有機質分解成甲烷、二氧化碳、氫、硫化氫、一氧化碳等，其中甲烷占60%-70%。經過低溫液化，將甲烷提出，可制得廉價的甲烷。[2]

有機物在無氧環境中，經腐敗菌分解后，再經甲烷菌作用，即有甲烷生成。如纖維素在湖沼污泥中腐敗分解生成的脂肪酸、醇，以及共存的二氧化碳和氫等，都能在甲烷菌作用下最終生成甲烷。其生成反應中較主要的有：

CH3COOH─→CH4+CO2

4CH3OH─→3CH4+CO2+2H2O

CO2+4H2─→CH4+2H2O

化學合成

將二氧化碳與氫在催化劑作用下，生成甲烷和氧，再提純。?CO2+2H2=CH4+O2?

將碳蒸汽直接與氫反應，同樣可制得高純的甲烷。?

無水醋酸鈉（CH3COONa）和堿石灰（NaOH和CaO做干燥劑）?反應：CH3COONa+NaOH===Na2CO3+CH4↑?　收集：?排水法或向下排空氣法。

危害

甲烷對人基本無毒，但濃度過高時，空氣中氧含量明顯降低，使人窒息。

當空氣中甲烷達25％～30％時，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共濟失調。若不及時脫離，可致窒息死亡。

皮膚接觸液化甲烷，可致凍傷。

危險性

易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。與五氧化溴、氯氣、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其他強氧化劑接觸劇烈反應。

應急處理泄漏應急處理

迅速撤離泄漏污染區人員至上風處，并進行隔離，嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿消防防護服。盡可能切斷泄漏源。合理通風，加速擴散。噴霧狀水稀釋、溶解。構筑圍堤或挖坑收容產生的大量廢水。如有可能，將漏出氣用排風機送至空曠地方或裝設適當噴頭燒掉。也可以將漏氣的容器移至空曠處，注意通風。漏氣容器要妥善處理，修復、檢驗后再用。

防護措施

呼吸系統防護：一般不需要特殊防護，但建議特殊情況下，佩帶自吸過濾式防毒面具(半面罩)。

眼睛防護：一般不需要特別防護，高濃度接觸時可戴安全防護眼鏡。

身體防護：穿防靜電工作服。

手防護：戴一般作業防護手套。

其他：工作現場嚴禁吸煙。避免長期反復接觸。進入罐、限制性空間或其它高濃度區作業，須有人監護。

急救措施

皮膚接觸：若有凍傷，就醫治療。

吸入：迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫。

滅火方法：切斷氣源。若不能立即切斷氣源，則不允許熄滅正在燃燒的氣體。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑：霧狀水、泡沫、二氧化碳、干粉。

用途用作燃料

以甲烷為主要成分的天然氣，用作優質氣體燃料，已有悠久的歷史。現代化的勘探、采輸技術促進了天然氣的大規模利用，使之成為世界第三能源。發達國家已大規模鋪設天然氣輸氣管網，將天然氣用作城市煤氣。天然氣加壓液化所得的液化天然氣，熱值比航空煤油高15％，用于汽車、海上快艇和超音速飛機，不但能提高速度，而且可節省燃料消耗。

用作化工原料

富含甲烷的干性或濕性天然氣中的甲烷組分，是生產一系列化工產品的重要原料。現代的天然氣化工，其主要內容就是甲烷的化工利用。甲烷經蒸汽轉化可制得合成氣；經熱裂解可生產乙炔或炭黑；經氯化可制得甲烷氯化物；經硫化可制得二硫化碳；經硝化可制得硝基烷烴；加氨氧化可制得氫氰酸；直接催化氧化可得甲醛。

高純甲烷可用于非晶硅太陽電池制造,用于大規模集成電路干法刻蝕或等離子刻蝕氣的輔助添加氣。也是制造氨、炭黑、甲基化合物、二硫化碳、氫氰酸等的原料。

參考資料