國中化學知識點甲烷
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。從理論上説，甲烷的鍵線式可以表示為一個點“·”，但實際並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，廣泛應用於民用和工業中。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
總髮熱量：55900kJ/kg(40020kJ/m3)
淨熱值：50200kJ/kg（35900kJ/m3）
臨界温度(℃)：-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
引燃温度(℃)：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、強鹼也不反應。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
試管中液麪上升，食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，提出液麪，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。點燃純淨的甲烷，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，振盪，石灰水變渾濁。説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，迅速把放有燃燒着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。這説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，迅速用燃着的小木條在試管口引火，即有尖鋭的爆鳴聲發生。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
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”裏。也就是我們常説的可燃冰。它是在一定條件（合適的温度、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温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）。
可燃冰主要儲存於海底或寒冷地區的永久凍土帶，比較難以尋找和勘探。新研製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
