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甲烷化學性質

甲烷化學性質:

通常情況下,甲烷比較穩定,與高錳酸鉀等強氧化劑不反應,與強酸、強堿也不反應。但是在特定條件下,甲烷也會發生某些反應。

1、取代反應

甲烷的鹵化中,主要有氯化、溴化。甲烷與氟反應是大量放熱的,壹旦發生反應,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難以實現,需用稀有氣體稀釋。碘與甲烷反應需要較高的活化能,反應難以進行。因此,碘不能直接與甲烷發生取代反應生成碘甲烷。但它的逆反應卻很容易進行。

以氯化為例:可以看到試管內氯氣的黃綠色氣體逐漸變淡,有白霧生成,試管內壁上有油狀液滴生成,這是甲烷和氯氣反應的所生成的壹氯甲烷、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)的混合物。

2、氧化反應

甲烷最基本的氧化反應就是燃燒

甲烷的含氫量在所有烴中是最高的,達到了25%,因此相同質量的氣態烴完全燃燒,甲烷的耗氧量最高。

點燃純凈的甲烷,在火焰的上方罩壹個幹燥的燒杯,很快就可以看到有水蒸汽在燒杯壁上凝結。倒轉燒杯,加入少量澄清石灰水,震蕩,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裏安靜地燃燒,但不助燃。用大試管以排水法先從氧氣貯氣瓶裏輸入氧氣2/3體積,然後再通入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。

3、加熱分解

在隔絕空氣並加熱至1000℃的條件下,甲烷分解生成炭黑和氫氣

氫氣是合成氨及汽油等工業的原料;炭黑是橡膠工業的原料。

鹽水中白色晶體析出,這是反應中生成的氯化氫溶於水的緣故。因為氯化氫極易溶於水,溶於水後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。工業上通過精餾,使混合物壹壹分開。以上幾個氯化產物,均是重要的溶劑與試劑。

特點:①在室溫暗處不發生反應;

②高於250℃發生反應;

③在室溫有光作用下能發生反應;

④用光引發反應,吸收壹個光子就能產生幾千個氯甲烷分子;

⑤如有氧或有壹些能捕捉自由基的雜質存在,反應有壹個誘導期,誘導期時間長短與存在這些雜質多 少有關。