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初中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)甲烷
在學(xué)習(xí)中，大家對(duì)知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該都不陌生吧？知識(shí)點(diǎn)也可以通俗的理解為重要的內(nèi)容。為了幫助大家更高效的學(xué)習(xí)，以下是小編為大家整理的初中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)甲烷，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。
1.甲烷的定義
甲烷，化學(xué)式CH4，是最簡(jiǎn)單的烴，由一個(gè)碳和四個(gè)氫原子通過(guò)sp3雜化的方式組成，因此甲烷分子的結(jié)構(gòu)為正四面體結(jié)構(gòu)，四個(gè)鍵的鍵長(zhǎng)相同鍵角相等。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷是一無(wú)色無(wú)味氣體。一些有機(jī)物在缺氧情況下分解時(shí)所產(chǎn)生的沼氣其實(shí)就是甲烷。它是最簡(jiǎn)單的有機(jī)物，是天然氣，沼氣，坑氣等的主要成分，俗稱瓦斯。從理論上說(shuō)，甲烷的鍵線式可以表示為一個(gè)點(diǎn)“·”，但實(shí)際并沒(méi)有看到過(guò)有這種用法，可能原因是“·”號(hào)同時(shí)可以表示電子。所以在中學(xué)階段把甲烷視為沒(méi)有鍵線式。甲烷主要是作為燃料，如天然氣和煤氣，廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)中。作為化工原料，可以用來(lái)生產(chǎn)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(zhì)
物理性質(zhì)：
無(wú)色、無(wú)味、可燃的氣體。沸點(diǎn)-161.5℃，熔點(diǎn)-182.5℃。對(duì)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?xí)r，100單位體積的水，只能溶解3個(gè)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(duì)密度(水=1)0.42(-164℃)
相對(duì)蒸氣密度(空氣=1)：0.55
燃燒熱：890.31KJ/mol
總發(fā)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(diǎn)(℃)：-188
引燃溫度(℃)：538
分子直徑0.414nm
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(huì)發(fā)生某些反應(yīng)。
1、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(shí)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?yàn)槁然瘹錁O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(yàn)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(guò)精餾，使混合物一一分開(kāi)。以上幾個(gè)氯化產(chǎn)物，均是重要的溶劑與試劑。
2、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(diǎn)燃純凈的甲烷，在火焰的上方罩一個(gè)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(shuō)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(shuō)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(gè)實(shí)驗(yàn)雖然簡(jiǎn)單，但也容易失敗。把玻璃導(dǎo)管口放出的甲烷點(diǎn)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(shí)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(yè)的原料；炭黑是橡膠工業(yè)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(shuō)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(shí)組成的類冰的、非化學(xué)計(jì)量的、籠形結(jié)晶化合物（碳的電負(fù)性較大，在高壓下能吸引與之相近的氫原子形成氫鍵，構(gòu)成籠狀結(jié)構(gòu)）。它可用mCH4·nH2O來(lái)表示，m代表水合物中的氣體分子，n為水合指數(shù)（即水分子數(shù)）。
可燃冰主要儲(chǔ)存于海底或寒冷地區(qū)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(shí)地即時(shí)測(cè)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(biāo)。
甲烷含量超過(guò)99%的天然氣水合物又稱為甲烷水合物。
3.甲烷的化學(xué)式
CH4
甲烷的知識(shí)點(diǎn)
1、讓我們一起來(lái)認(rèn)識(shí)這種神奇的氣體
甲烷是一種無(wú)色無(wú)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(jī)化合物中結(jié)構(gòu)組成最簡(jiǎn)單的物質(zhì)，分子中C-H原子采用SP3雜化的方式形成共價(jià)鍵。甲烷分子中的四個(gè)C-H共價(jià)鍵的能量、鍵之間的夾角、鍵的長(zhǎng)度都相同，所以甲烷分子是一個(gè)正四面體的空間結(jié)構(gòu)。
2、甲烷氣體會(huì)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(yīng)用于生活和生產(chǎn)領(lǐng)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(jīng)歷了幾次大規(guī)模的地殼運(yùn)動(dòng)，每次運(yùn)動(dòng)都會(huì)將地球上的動(dòng)植物埋葬在地底下。這些被深埋在泥土中的動(dòng)植物遺體，經(jīng)歷漫長(zhǎng)、復(fù)雜的化學(xué)變化，最后變成了煤或石油等礦物質(zhì)。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(dòng)植物的遺體被埋在深層密閉的泥土里，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，也會(huì)直接變成天然氣。例如在我國(guó)的西北地區(qū)的地底下就有大量的天然氣，國(guó)家為了緩和東南地區(qū)能源的短缺，將西北的天然氣通過(guò)地下管道輸送到東南沿海，這就是中國(guó)著名的“西氣東輸”工程。
我國(guó)科學(xué)家還在祖國(guó)的南海海底發(fā)現(xiàn)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(diǎn)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(huì)粘附在池塘底部的淤泥表面。經(jīng)過(guò)其它外力的作用就會(huì)埋入淤泥中，隨著時(shí)間的推移就會(huì)慢慢腐爛，最后這會(huì)變成其它物質(zhì)，甲烷是其中的一種。還有草地的雜草在秋天枯萎后，就會(huì)附著在淤泥表面，經(jīng)過(guò)風(fēng)吹雨打水埋入淤泥中，同樣也會(huì)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(jīng)過(guò)腐爛也會(huì)產(chǎn)生大量的沼氣，遇明火也會(huì)發(fā)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(yán)禁明火，以防沼氣發(fā)生爆炸。
3、甲烷作為新型清潔能源，具有其它傳統(tǒng)能源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)
(1)產(chǎn)生的熱量多：因?yàn)榧淄闉闅鈶B(tài)，在燃燒的過(guò)程中能夠與空氣充分接觸，反應(yīng)更加徹底，產(chǎn)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(dǎo)致燃燒反應(yīng)不徹底，產(chǎn)生的熱量就受到抑制。
(2)產(chǎn)物為水和二氧化碳無(wú)污染：甲烷作為新型清潔能源的一個(gè)重要原因就是燃燒后的產(chǎn)物為水和二氧化碳，沒(méi)有污染。甲烷是由碳?xì)鋬煞N元素組成的最簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)質(zhì)量守恒定律可知，其燃燒的產(chǎn)物為水和二氧化碳?xì)怏w，或還有一氧化碳?xì)怏w。但是甲烷為氣體物質(zhì)，能夠與空氣充分接觸，故燃燒更加劇烈，反應(yīng)更加徹底，就不會(huì)產(chǎn)生一氧化碳?xì)怏w。 然而煤和石油等能源燃燒的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)物大量的一氧化碳和粉塵顆粒，從而造成大氣環(huán)境污染。
(3)甲烷的形成周期短、成本低，不需要犧牲環(huán)境為代價(jià)。
甲烷的形成不需要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的歷史變遷作用，只需要經(jīng)過(guò)短短的幾十天的發(fā)酵就可以產(chǎn)生大量的甲烷氣體。而煤和石油則需要經(jīng)過(guò)幾千年甚至幾萬(wàn)年漫長(zhǎng)時(shí)間的變化，才能夠形成。農(nóng)村家里的沼氣池，只需要將生活垃圾加入到發(fā)酵池里，發(fā)酵一段時(shí)間就可以產(chǎn)生沼氣，不需要砍伐樹(shù)木破壞環(huán)境為代價(jià)。
4、如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探索甲烷的組成，這是在中考的重點(diǎn)。
如何利用自己學(xué)過(guò)的化學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)夠探索推測(cè)甲烷氣體組成的實(shí)驗(yàn)?zāi)�？�?duì)于這個(gè)問(wèn)題，我們可以仿照前面氫氣組成的探索實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要過(guò)程如下所示。
(1)驗(yàn)純：甲烷為可燃性氣體，在點(diǎn)燃之前一定要先檢驗(yàn)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(nèi)，遇明火則會(huì)發(fā)生爆炸危險(xiǎn)。
(2)探索甲烷組成的實(shí)驗(yàn)裝置圖：
具體操作：在甲烷氣體的玻璃導(dǎo)管口罩上一個(gè)冷、干燥，并且內(nèi)壁涂有澄清石灰水的燒杯。點(diǎn)燃甲烷氣體，仔細(xì)觀察火焰的顏色，燒杯底部有無(wú)水珠出現(xiàn)，內(nèi)壁是否變渾濁，燒杯壁上是否發(fā)燙等現(xiàn)象。
(3)探索結(jié)論分析：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)質(zhì)量守恒定律，可以推測(cè)出甲烷的組成元素中一定有碳?xì)鋬煞N。再根據(jù)原子種類和數(shù)目守恒，可知甲烷中只有碳?xì)湓�，而且原子個(gè)數(shù)比為1:4，從而可以推測(cè)出甲烷的分子結(jié)構(gòu)式。
5、農(nóng)村在利用沼氣能源的時(shí)候，如何防止甲烷氣體帶來(lái)的危害。
(1)遠(yuǎn)離火源：沼氣的產(chǎn)生環(huán)境特別廣，比如池塘、沼澤、下水道、菜窖等有已腐爛動(dòng)植物遺體的地方都會(huì)產(chǎn)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(yè)時(shí)一定要注意遠(yuǎn)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(shè)想
(2)保持氣體的純度不在爆炸極限內(nèi)。甲烷是一種特別易燃的氣體，點(diǎn)燃時(shí)要檢驗(yàn)甲烷的純度，不能夠讓其濃度在爆炸極限內(nèi)，否則在點(diǎn)燃的時(shí)候很容易發(fā)生爆炸。
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