甲烷的分子结构与性质

甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分（天然气中甲烷的体积分数为80%～98%），它是一种无色、无味的气体，密度是0.717g/L（标准状况），比空气轻，极难溶于水。科学实验证明，甲烷分子里的1个碳原子和4个氢原子不在同一平面上，而是形成一个正四面体的立体结构。碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子分别位于正四面体的四个顶点上，如图8-2-1所示。

图8-2-1　甲烷的分子结构与模型

在通常情况下，甲烷比较稳定，一般不跟强酸、强碱或KMnO4等强氧化剂发生反应。但在一定条件下，甲烷也会发生某些反应。

1.甲烷的氧化反应

纯净的甲烷能在空气中安静地燃烧，发出淡蓝色的火焰，生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。

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天然气

天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，目前世界上有20%的能源需求是由天然气提供的。我国是世界上最早利用天然气作燃料的国家。我国的天然气主要分布在中西部的四川、重庆、青海、甘肃、新疆等地。特别是新疆塔里木盆地，天然气资源量有8万多亿立方米，占全国天然气资源总量的22%（体积分数），该盆地天然气的发现，使我国成为继俄罗斯、卡塔尔、沙特阿拉伯等国之后的天然气大国。

为改善我国东部的能源结构、发展清洁能源，2002年启动的拉开西部大开发序幕的标志性建设工程——“西气东输”，就是将新疆塔里木盆地的天然气通过管道东输到豫皖江浙沪地区的天然气输送工程，干线全长4200 km。

实施“西气东输”工程，有利于促进我国能源结构的调整，改善长江三角洲及管道沿线地区的居民生活质量，对推动和加快新疆及西部地区的经济发展具有重大的战略意义。

甲烷是一种优良的气体燃料，产生的热量高。但要注意，如果点燃甲烷跟氧气或空气的混合物（甲烷的体积分数为5%～15.4%），就可能会发生爆炸。煤矿中的瓦斯爆炸多数是甲烷气体爆炸引发的。家用燃气或沼气点火时应“火等气”。

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沼　气(www.xing528.com)

沼气最初是从一些沼池底部冒出的气泡中发现的，所以称为沼气。沼气又名瓦斯。沼气的主要成分是甲烷。它是一种无色无味、易燃易爆的气体。

农村把秸秆、杂草、树叶、人畜粪便等废弃物质放在密闭的沼气池中发酵，从而制得沼气。沼气可以用于照明，用作燃料，沼气的残渣还可以喂鱼、喂猪。沼气的综合利用对于解决农村的燃料问题，改善农村的环境卫生，提高肥料的质量以及对农业的可持续发展都有重要意义。

图8-2-2　甲烷的取代反应

2.甲烷的取代反应

在室温和黑暗处，甲烷不与氯气发生反应。但在光照或加热的条件下，甲烷可与氯气发生反应，使氯气的黄绿色逐渐变淡。

生成的一氯甲烷可与氯气进一步反应，依次生成二氯甲烷（CH2Cl2）、三氯甲烷（CHCl3）、四氯甲烷（CCl4），俗称四氯化碳。反应表示如下：

上述反应中，甲烷分子中的4个氢原子被氯原子逐一替代，生成了4种不同的取代产物。这种有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应，称为取代反应。被卤原子取代的反应称为卤代反应。

■实践活动

生活中，我们见过冰（H2O）；化学上，还学过干冰（固体CO2）。但是，你知道还有一种能燃烧的冰吗？这就是“可燃冰”，它被科学家们称作“属于未来的能源”。请以“可燃冰”为关键词，查阅资料，围绕可燃冰的组成、性质、成因、用途等方面，写一篇文章，同学之间进行交流。