初中化學知識點甲烷

　　在學習中，大家對知識點應該都不陌生吧？知識點也可以通俗的理解為重要的內容。為了幫助大家更高效的學習，以下是小編為大家整理的初中化學知識點甲烷，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。

　　1.甲烷的定義

　　甲烷，化學式CH4，是最簡單的烴，由一個碳和四個氫原子通過sp3雜化的方式組成，因此甲烷分子的結構為正四面體結構，四個鍵的鍵長相同鍵角相等。在標準狀態下甲烷是一無色無味氣體。一些有機物在缺氧情況下分解時所產生的沼氣其實就是甲烷。它是最簡單的有機物，是天然氣，沼氣，坑氣等的主要成分，俗稱瓦斯。從理論上說，甲烷的鍵線式可以表示為一個點“·”，但實際并沒有看到過有這種用法，可能原因是“·”號同時可以表示電子。所以在中學階段把甲烷視為沒有鍵線式。甲烷主要是作為燃料，如天然氣和煤氣，廣泛應用于民用和工業中。作為化工原料，可以用來生產乙炔、氫氣、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、四氯化碳和氫氰酸等。

　　2.甲烷性質

　　物理性質：

　　無色、無味、可燃的氣體。沸點-161.5℃，熔點-182.5℃。對空氣的重量比是0.54，比空氣約輕一半。

　　溶解度很小，在20℃、0.1千帕時，100單位體積的水，只能溶解3個單位體積的甲烷。

　　蒸汽壓53.32kPa/-168.8℃

　　飽和蒸氣壓(kPa)：53.32(-168.8℃)

　　相對密度(水=1)0.42(-164℃)

　　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

　　閃點(℃)：-188

　　引燃溫度(℃)：538

　　分子直徑0.414nm

　　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，一旦發生反應，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）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。工業上通過精餾，使混合物一一分開。以上幾個氯化產物，均是重要的溶劑與試劑。

　　2、氧化反應

　　甲烷最基本的氧化反應就是燃燒：

　　CH4+2O2→CO2+2H2O

　　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。

　　3、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的原料；炭黑是橡膠工業的原料

　　4、形成水合物

　　甲烷可以形成籠狀的水合物，甲烷被包裹在“籠”里。也就是我們常說的可燃冰。它是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等）下由水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時組成的類冰的、非化學計量的、籠形結晶化合物（碳的電負性較大，在高壓下能吸引與之相近的氫原子形成氫鍵，構成籠狀結構）。它可用mCH4·nH2O來表示，m代表水合物中的氣體分子，n為水合指數（即水分子數）。

　　可燃冰主要儲存于海底或寒冷地區的永久凍土帶，比較難以尋找和勘探。新研制的靈敏度極高的儀器，可以實地即時測出海底土壤、巖石中各種超微量甲烷、乙烷、丙烷及氫氣的精確含量，由此判斷出可燃冰資源存在與否和資源量等各種指標。

　　甲烷含量超過99%的天然氣水合物又稱為甲烷水合物。

　　3.甲烷的化學式

　　CH4

　　甲烷的知識點

　　1、讓我們一起來認識這種神奇的氣體

　　甲烷是一種無色無味，密度比空氣小，難溶于水的氣體，廣泛存在于自然界中。甲烷是有機化合物中結構組成最簡單的物質，分子中C-H原子采用SP3雜化的方式形成共價鍵。甲烷分子中的四個C-H共價鍵的能量、鍵之間的夾角、鍵的長度都相同，所以甲烷分子是一個正四面體的空間結構。

　　2、甲烷氣體會大量存在自然界的哪里地方呢？

　　甲烷是一種可燃性的氣體，大量存在于自然界，是一種重要的燃料和化工原料，廣泛應用于生活和生產領域，主要存在以下三種地方。

　　（1）深層煤和石油礦床的上方，以及天然氣的礦床里都有大量的甲烷氣體。

　　地球誕生至今，經歷了幾次大規模的地殼運動，每次運動都會將地球上的動植物埋葬在地底下。這些被深埋在泥土中的動植物遺體，經歷漫長、復雜的化學變化，最后變成了煤或石油等礦物質。在這些化石礦物層的上方有大量的可燃性氣體，其主要成分就是甲烷。

　　如果一些動植物的遺體被埋在深層密閉的泥土里，經過一系列復雜的化學反應，也會直接變成天然氣。例如在我國的西北地區的地底下就有大量的天然氣，國家為了緩和東南地區能源的短缺，將西北的天然氣通過地下管道輸送到東南沿海，這就是中國著名的“西氣東輸”工程。

　　我國科學家還在祖國的南海海底發現了，這里埋藏著大量可燃燒的“冰” — “可燃冰”。“可燃冰” 就是甲烷的水合物，是一種形似冰雪的白色透明晶體，能直接點燃。

　　（2）池塘底部的淤泥里或草地的沼澤里，都有大量的沼氣（甲烷又名沼氣）。

　　池塘底部有大量的藻類和微生物，這些生物死后就會粘附在池塘底部的淤泥表面。經過其它外力的作用就會埋入淤泥中，隨著時間的推移就會慢慢腐爛，最后這會變成其它物質，甲烷是其中的一種。還有草地的雜草在秋天枯萎后，就會附著在淤泥表面，經過風吹雨打水埋入淤泥中，同樣也會慢慢腐爛釋放出甲烷氣體。

　　（3）菜窖和下水道里也有大量的沼氣。菜窖里有腐爛的菜葉，下水道里有生活剩飯剩菜以及雜草。這些經過腐爛也會產生大量的沼氣，遇明火也會發生爆炸。所以一些年久未清理的下水道和有腐爛菜葉的菜窖附近嚴禁明火，以防沼氣發生爆炸。

　　3、甲烷作為新型清潔能源，具有其它傳統能源無法比擬的優點

　　(1)產生的熱量多：因為甲烷為氣態，在燃燒的過程中能夠與空氣充分接觸，反應更加徹底，產生的熱量多。其它的液體或固體原料，因與空氣接觸受到一定的限制，導致燃燒反應不徹底，產生的熱量就受到抑制。

　　(2)產物為水和二氧化碳無污染：甲烷作為新型清潔能源的一個重要原因就是燃燒后的產物為水和二氧化碳，沒有污染。甲烷是由碳氫兩種元素組成的最簡單的有機化合物，根據化學反應質量守恒定律可知，其燃燒的產物為水和二氧化碳氣體，或還有一氧化碳氣體。但是甲烷為氣體物質，能夠與空氣充分接觸，故燃燒更加劇烈，反應更加徹底，就不會產生一氧化碳氣體。 然而煤和石油等能源燃燒的時候，會產物大量的一氧化碳和粉塵顆粒，從而造成大氣環境污染。

　　(3)甲烷的形成周期短、成本低，不需要犧牲環境為代價。

　　甲烷的形成不需要經過漫長的歷史變遷作用，只需要經過短短的幾十天的發酵就可以產生大量的甲烷氣體。而煤和石油則需要經過幾千年甚至幾萬年漫長時間的變化，才能夠形成。農村家里的沼氣池，只需要將生活垃圾加入到發酵池里，發酵一段時間就可以產生沼氣，不需要砍伐樹木破壞環境為代價。

　　4、如何設計實驗探索甲烷的組成，這是在中考的重點。

　　如何利用自己學過的化學知識設計一個夠探索推測甲烷氣體組成的實驗呢？對于這個問題，我們可以仿照前面氫氣組成的探索實驗來進行設計，主要過程如下所示。

　　(1)驗純：甲烷為可燃性氣體，在點燃之前一定要先檢驗甲烷氣體的純度。甲烷的爆炸極限為4%~15%之間，如果甲烷的純度在其爆炸期限內，遇明火則會發生爆炸危險。

　　(2)探索甲烷組成的實驗裝置圖：

　　具體操作：在甲烷氣體的玻璃導管口罩上一個冷、干燥，并且內壁涂有澄清石灰水的燒杯。點燃甲烷氣體，仔細觀察火焰的顏色，燒杯底部有無水珠出現，內壁是否變渾濁，燒杯壁上是否發燙等現象。

　　(3)探索結論分析：根據化學反應質量守恒定律，可以推測出甲烷的組成元素中一定有碳氫兩種。再根據原子種類和數目守恒，可知甲烷中只有碳氫元素，而且原子個數比為1:4，從而可以推測出甲烷的分子結構式。

　　5、農村在利用沼氣能源的時候，如何防止甲烷氣體帶來的危害。

　　(1)遠離火源：沼氣的產生環境特別廣，比如池塘、沼澤、下水道、菜窖等有已腐爛動植物遺體的地方都會產生大量的沼氣。不管是在家里利用沼氣能源，還是在下水道或菜窖作業時一定要注意遠離明火。尤其是不能讓小孩在下水道或窨井蓋周邊玩火，或持有帶明火的玩具，否則后果不堪設想

　　(2)保持氣體的純度不在爆炸極限內。甲烷是一種特別易燃的氣體，點燃時要檢驗甲烷的純度，不能夠讓其濃度在爆炸極限內，否則在點燃的時候很容易發生爆炸。

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