甲烷的物理化學(xué)性質(zhì)
甲烷在自然界的分布很廣，甲烷是最簡單的有機(jī)物，是天然氣，沼氣，坑氣等的主要成分，俗稱瓦斯。接下來學(xué)習(xí)啦小編為你整理了甲烷的物理化學(xué)性質(zhì)，一起來看看吧。
甲烷的物理性質(zhì)
| 顏色 | 無色 |
| 氣味 | 無味 |
熔點
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-182.5℃ |
| 沸點 | -161.5℃ |
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溶解度（常溫常壓）
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0.03
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分子結(jié)構(gòu)
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正四面體形非極性分子
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| 分子直徑 | 0.414nm |
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蒸汽壓
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53.32kPa/-168.8℃ |
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飽和蒸氣壓（kPa）
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53.32(-168.8℃） |
| 相對密度（水=1） | 0.42(-164℃） |
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相對密度（空氣=1）
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0.5548（273.15K、101325Pa） |
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臨界溫度（℃）
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-82.6 |
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臨界壓力（MPa）
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4.59 |
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爆炸上限%(V/V）
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15.4 |
| 爆炸下限%(V/V） | 5.0 |
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閃點（℃）
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-188 |
| 引燃溫度（℃） | 538 |
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燃燒熱
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890.31KJ/mol |
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總發(fā)熱量（產(chǎn)物液態(tài)水）
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55900kJ/kg（40020kJ/m3） |
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凈熱值（產(chǎn)物氣態(tài)水）
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50200kJ/kg（35900kJ/m3） |
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H—C—H 鍵角
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109°28′ |
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C—H 鍵
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413kJ/mol |
| 晶體類型 | 分子晶體 |
| 國標(biāo)編號 | 21007 |
| IUPAC名 | methane |
| 別名 | 天然氣，沼氣，生物氣 |
| CAS號 | 74-82-8 |
| SMILES | C |
| InChI | 1/CH4/h1H4 |
| 溶解性（水） | 3.5 mg/100 mL (17 °C) |
| 摩爾質(zhì)量 | 16.0425 g·mol |
| 警示術(shù)語 | R：R12 |
| 安全術(shù)語 | S：S2-S9-S16-S33 |
| 密度（標(biāo)準(zhǔn)情況） | 0.717g/L |
| 特殊性質(zhì) | 極難溶于水 |
甲烷的化學(xué)性質(zhì)
通常情況下，甲烷比較穩(wěn)定，與高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑不反應(yīng)，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿也不反應(yīng)。但是在特定條件下，甲烷也會發(fā)生某些反應(yīng)。
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。
CH4+Cl2→(光照)CH3Cl(氣體)+HCl
CH3Cl+Cl2→(光照)CH2Cl2(油狀物)+HCl
CH2Cl2+Cl2→(光照)CHCl3(油狀物)+HCl
CHCl3+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。因為氯化氫極易溶于水，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。以上幾個氯化產(chǎn)物，均是重要的溶劑與試劑。
特點：①在室溫暗處不發(fā)生反應(yīng);
②髙于250℃發(fā)生反應(yīng);
?、墼谑覝赜泄庾饔孟履馨l(fā)生反應(yīng);
?、苡霉庖l(fā)反應(yīng)，吸收一個光子就能產(chǎn)生幾千個氯甲烷分子;
?、萑缬醒趸蛴幸恍┠懿蹲阶杂苫碾s質(zhì)存在，反應(yīng)有一個誘導(dǎo)期，誘導(dǎo)期時間長短與存在這些雜質(zhì)多 少有關(guān)。
根據(jù)上述事實的特點可以判斷，甲烷的氯化是一個自由基型的取代反應(yīng)。如圖。[3]
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(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。這個實驗雖然簡單，但也容易失敗。把玻璃導(dǎo)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(xù)燃燒，發(fā)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。
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
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
甲烷的健康危害
甲烷對人基本無毒，但濃度過高時，使空氣中氧含量明顯降低，使人窒息。當(dāng)空氣中甲烷達(dá)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(jì)失調(diào)。若不及時遠(yuǎn)離，可致窒息死亡。皮膚接觸液化的甲烷，可致凍傷。