甲烷

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甲烷在自然界分佈很廣,是天然氣、沼氣、油田氣及煤礦坑道氣的主要成分。它可用作燃料及製造氫氣、碳黑、氧化、乙炔、氫氰酸甲醛物質的原料。化學符號為CH₄。

甲烷的來源

  甲烷是最簡單的有機物,也是含碳量最小(含氫量最大)的烴,是沼氣,天然氣,坑道氣和油田氣的主要成分。目前我國上海等地區天然氣很大部分由新疆地區供應,即西氣東輸。

甲烷物理性質

  甲烷是無色、無味、可燃和微毒的氣體。甲烷對空氣重量比是0.54,比空氣約輕一半。甲烷溶解度很

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。同時甲烷燃燒產生明亮的藍色火焰,然而有可能會偏綠,因為燃甲烷要用玻璃導管,玻璃在制的時候含有鈉元素,所以呈現黃色的焰色,甲烷燒起來是藍色,所以混合看來是綠色。   熔點:-182.5℃   沸點:-161.5℃   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):0.5548(273.15K、101325Pa)   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):15.0   爆炸下限%(V/V):5.0   閃點(℃):-188   引燃溫度(℃):538   分子直徑0.414nm   標準狀況下密度為0.717g/L,極難溶於水

化學性質

  化學品中文名稱:甲烷   別名:天然氣,沼氣,甲基氫化物

英文名稱:methane   技術說明書編碼:51   馬來文:metana   CASNo.:74-82-8   EINECS號: 200-812-7[1]   分子式:CH4   分子量:16.04   國標編號:21007

分類:有機物   C—H 鍵能:413kJ/mol   H—C—H 鍵角:109°28′   分子結構:正四面體形非極性分子,一個C以sp3雜化位於正四面體中心,4個H位於正四面體的4個頂點上   晶體類型:分子晶體

還原反應

  把制得的甲烷氣體通入盛有高錳酸鉀溶液(加幾滴稀硫酸)的試管里,沒有變化。再把甲烷氣體通入溴水,溴水不褪色。甲烷可以發生氧化反應(燃燒反應)。

取代反應

  把一個大試管分成五等分,或用一支有刻度的量氣管,用排飽和食鹽水法先收集1/5體積的甲烷,再收集4/5體積的氯氣,把它固定在鐵架台的鐵夾上,並讓管口浸沒的食鹽水裡。然後讓裝置受漫XX光照XX。在陽光好的日子,約半小時后可以看到試管內氯氣的黃綠色逐漸變淡,管壁上出現油狀物,這是甲烷和氯氣反應的所生成的一氯甲烷二氯甲烷三氯甲烷四氯化碳(或四氯甲烷)和少量的乙烷的混和物。試管中液面上升,這是反應中生成的氯化氫溶於水的緣故。食鹽水中白色晶體析出。因為氯氣極易溶於水,溶於水后增加了水中氯離子濃度,是氯化鈉晶體析出。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,可驗證它是鹽酸。如果在陰暗天氣需1到2小時才能觀察到反應的結果。   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   最後生成的HCl最多

氧化反應

  點燃純凈的甲烷,在火焰的上方罩一個乾燥的燒杯,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

氧化反應

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。用布把試管外麵包好,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。   CH4+2O2=點燃=CO2+2H2O   2CH4+3O2=點燃=2CO+4H2O(不完全燃燒)   CH4 + O2 =(點燃)= C + 2H2O(極不完全燃燒)   CH4+2Cl2=點燃=C+4HCl

加熱分解

  在隔絕空氣並加熱至1000度的條件下,甲烷分解生成炭黑和氫氣。   CH4==高溫==C+2H2

燃料

  天然氣的主要成分是甲烷,可直接用作氣體燃料

化工原料

  甲烷高溫分解可得炭黑,用作顏料、油墨、油漆以及橡膠的添加劑等;氯仿和CCl4都是重要的溶劑

沼氣

甲烷在自然界分佈很廣,是天然氣、沼氣、坑氣及煤氣的主要成分之一。它可用作燃料及製造氫、一氧化碳、炭黑、乙炔、氫氰酸及甲醛等物質的原料。

環境的影響

健康危害

  侵入途徑:吸入。   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。當空氣中甲烷達25%-30%時,可引起頭痛頭暈乏力注意力不集中、呼吸心跳加速、共濟失調。若不及時遠離,可致窒息死亡。皮膚接觸液化的甲烷,可致凍傷

毒理學資料及環境行為

  毒性:屬微毒類。允許氣體安全地擴散到大氣中或當作燃料使用。有單純性窒息作用,在高濃度時因缺氧窒息而引起中毒。空氣中達到25~30%出現頭昏、呼吸加速、運動失調。   急性毒性小鼠吸入42%濃度×60分鐘,麻醉作用;兔吸入42%濃度×60分鐘,麻醉作用。   危險特性:易燃,與空氣混合能形成爆炸性混合物,遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。與五氧化溴、氯氣、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其它強氧化劑接觸反應劇烈。   燃燒(分解)產物:碳(極不完全燃燒)、一氧化碳(不完全燃燒)、二氧化碳和水(完全燃燒)。

實驗室監測方法

  氣相色譜法《空氣中有害物質的測定方法》(第二版),杭士平編   可燃溶劑所顯色法;容量分析法《水和廢水標準檢驗法》第20版(美)

相關標準

  職業接觸限值   中國MAC(mg/m3):250    前蘇聯MAC(mg/m3):300   美國 車間衛生標準 窒息性氣體   TLVTN:ACGIH窒息性氣體   TLVWN:未制定標準

應急處理處置方法

泄漏應急處理

  迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,並進行隔離,嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿消防防護服。盡可能切斷泄漏源。合理通風,加速擴散。噴霧狀水稀釋、溶解。構築圍堤或挖坑收容產生的大量廢水。如有可能,將漏出氣用排風機送至空曠地方或裝設適當噴頭燒掉。也可以將漏氣的容器移至空曠處,注意通風。漏氣容器要妥善處理,修復、檢驗后再用。

防護措施

  呼吸系統防護:一般不需要特殊防護,但建議特殊情況下,佩帶自吸過濾式防毒面具(半面罩)。   眼睛防護:一般不需要特別防護,高濃度接觸時可戴安全防護眼鏡。   身體防護:穿防靜電工作服。   手防護:戴一般作業防護手套。   其它:工作現場嚴禁吸煙。避免長期反覆接觸。XX罐、限制性空間或其它高濃度區作業,須有人監護。

急救措施

  皮膚接觸:若有凍傷,就醫治療。   眼睛接觸:   吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。   滅火方法:切斷氣源。若不能立即切斷氣源,則不允許熄滅正在燃燒的氣體。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑:霧狀水、泡沫、二氧化碳、乾粉

危害

  燃爆危險:本品易燃,具窒息性。   空氣中的甲烷含量在5%~15.4%的體積範圍內時,遇火花將發生爆炸。因此點燃甲烷時要檢驗純度,礦井內要通風良好。   有害燃燒產物:一氧化碳。

操作處置與儲存運輸

操作注意事項

  密閉操作,全面通風。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。遠離火種、熱源,工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風系統和設備。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑接觸。在傳送過程中,鋼瓶和容器必須接地和跨接,防止產生靜電。搬運時輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。

儲存注意事項

  儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。應與氧化劑等分開存放,切忌混儲。採用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有泄漏應急處理設備。   工程式控制制:生產過程密閉,全面通風。   其它有害作用:該物質對環境可能有危害,對魚類和水體要給予特別注意。還應特別注意對地表水、土壤、大氣和飲用水的污染。

廢棄處置

  廢棄處置方法:處置前應參閱國家和地方有關法規。建議用焚燒法處置。

運輸信息

  危險貨物編號:21007   UN編號:1971

包裝標誌:   包裝類別:O52   包裝方法:鋼質氣瓶。   運輸注意事項:採用剛瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放,並應將瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超過車輛的防護欄板,並用三角木墊卡牢,防止滾動。運輸時運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材。裝運該物品的車輛排氣管必須配備阻火裝置,禁止使用易產生火花的機械設備和工具裝卸。嚴禁與氧化劑等混裝混運。夏季應早晚運輸,防止日光曝曬。中途停留時應遠離火種、熱源。公路運輸時要按規定路線行駛,勿在居民區和人口稠密區停留。鐵路運輸時要禁止溜放。

法規信息

  化學危險物品安全管理條例(1987年2月17日國務院發布),化學危險物品安全管理條例實施細則(化勞發[1992]677號),工作場所安全使用化學品規定([1996]勞部發423號)等法規,針對化學危險品的安全使用、生產、儲存、運輸、裝卸等方面均作了相應規定;常用危險化學品的分類及標誌(GB13690-92)將該物質划為第2.1類易燃氣體。

甲烷製造

  甲烷是一種可燃性氣體,而且可以人工製造,所以,在石油用完之後,甲烷將會成為重要的能源。   甲烷完全燃燒化學方程式: CH4+ 2O2=點燃=CO2 + 2H2O   甲烷人工製法:   1 、甲烷菌分解法:   將有機質放入沼氣池中,控制好溫度和濕度,甲烷菌迅速繁殖,將有機質分解成甲烷、二氧化碳、氫、硫化氫、一氧化碳等,其中甲烷占60%-70%。經過低溫液化,將甲烷提出,可制得廉價的甲烷。   2、合成法:   將二氧化碳與氫在催化劑作用下,生成甲烷和氧,再提純。   CO2+2H2=CH4+O2 將碳蒸汽直接與氫反應,同樣可制得高純的甲烷。   3、實驗室制甲烷的方法:   無水醋酸鈉CH3COONa)和鹼石灰(NaOH和CaO做乾燥劑)   反應方程式:CH3COONa+NaOH===Na2CO3+CH4↑   收集: 排水法或向下排空氣法   4、甲烷的受熱分解:   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   CH4=高溫=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   5、關於甲烷的取代反應   CH4+Cl2→(光照)CH3Cl+HCl   CH3Cl+Cl2→(光照)CH2Cl2+HCl   CH2Cl2+Cl2→(光照)CHCl3+HCl   CHCl3+Cl2→(光照)CCl4+HCl   【注】甲烷的四種氯代產物都不溶於水,在常溫下,CH3Cl 是氣體,而CH2Cl2,CHCl3,CCl4則都是無色油狀液體。   甲烷可與溴產生類似反應。甲烷與氟的反應十分猛烈,如果先用稀有氣體稀釋兩者才在特定的儀器內進行反應,也可得出類似反應。甲烷與碘不會直接產生反應,可以用溴化碘等代替進行碘化。

自然中的甲烷

  據德國核物理研究所科學家經過試驗發現,植物和落葉都產生甲烷,而生成量隨著溫度和日照的增強而增加。另外,植物產生的甲烷是腐爛植物的10到100倍。他們經過估算認為,植物每年產生的甲烷佔到世界甲烷生成量的10%到30%。行星中發現甲烷據國外媒體報道,美國天文學家19日宣布,他們首次在太陽系外一顆行星的大氣中發現了甲烷,這是科學家首次在太陽系外行星探測到有機分子,從而增加了確認 太陽系外存在生命的希望。該小組還證實了先前的猜測,即這顆名叫HD 189733b的行星的大氣中有水。   甲烷是創造適合生命存在的條件中,扮演重要角色的有機分子。美國宇航局噴氣推進實驗室的天文學家,利用繞軌運行的「哈勃」太空望遠鏡得到了一張行星大氣的紅外線分光鏡圖譜,並發現了其中的甲烷痕跡,相關發現刊登在3月20日出版的英國《自然》雜誌上。   行星HD 189733b位於狐

狸座,距地球63光年,是一類叫做「熱木星」大行星,其表面灼熱,不可能存在液態水。HD 189733b圍繞其恆星轉一圈只需兩天。由於距離恆星太近,這顆行星表面溫度高達900℃(1650華氏度),足以把銀子熔化。   不過,值得注意的是探測到甲烷。這種方法可以沿用到環繞所謂的「可居住區」 (Goldilocks Zone)中溫度較低的恆星運轉的其它行星,「可居住區」不冷也不熱,正好適合孕育生命。   噴氣推進實驗室領導這項研究的馬克-斯萬說:「這對最終辨別在可能存在生命的行星上生命起源前的分子是一塊至關重要的墊腳石。這一發現證明,光譜學最終可以應用到一顆溫度更低、可能適合居住、圍繞更暗淡的紅色侏儒型恆星運行的類地行星上。」   自13年前探測到第一顆系外行星以來,天文學家已在太陽系外發現了270多顆行星。儘管行星的數量在穩步增長,但對其化學成分的詳情知之甚少,而這正是確認是否存在生命的關鍵所在。   去年5月的一天,斯萬的小組利用「哈勃」攜帶的強大的NICMOS光譜照相機拍下HD 189733b從其恆星和地球之間直線穿過時的照片。來自那顆恆星的光經過HD 189733b的大氣,帶來泄露實情的化學成分痕跡,但主要的任務是在一堆波長中發現了這些針。這些觀測結果還證實了水分子的存在,美國宇航局的「斯皮策」太空望遠鏡先前曾提到過這一點。   亞利桑那大學行星科學家亞當-肖曼在一篇評論中表示,這一成果朝著了解系外行星邁進了一大步。如今,「哈勃」和「斯皮策」太空望遠鏡已逐漸老去,但新一代更強大的軌411愛的是讓當事人道平台正在構建之中。肖曼在《自然》雜誌上說:「我們現在看到了一場革命的開始,這場革命將拓寬人類有關太陽系外行星世界的知識。」

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