甲烷和水反应:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)。甲烷是具有正四面体结构的非极性分子,是最简单的有机物。甲烷作为常规天然气、页岩气、可燃冰等的主要组成成分,是非常重要的碳基资源。它是一种最主要的非CO2温室气体,在大气的平流层,甲烷会被分解为水蒸气(云),从而导致臭氧层被破坏。
在正常气压下,甲烷的爆炸下限(LEL)为5-6%,爆炸上限(UEL)为15-16%;甲烷在空气中的浓度达到9.5%时,就会发生最强烈的爆炸。其中,氧浓度降低时爆炸下限变化不大,而爆炸上限明显降低;当氧浓度低于12%时,混合气体就失去爆炸性。
(1)既不与高锰酸钾等强氧化剂反应,也不与强酸、强碱反应。
(2)甲烷可与氯气发生取代反应
CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl
CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl
CHCl3+Cl2 CCl4+HCl
(3)可火焰燃烧和催化燃烧
CH4+2O2 CO2+2H2O
催化剂一般贵金属催化剂中使用Pd基催化剂、Pt基催化剂、Au基催化剂或Pd-Pt、Pd-Rh、Pd-Au和Pd-Pt-Rh等多组分贵金属催化剂。
非贵金属催化剂有金属氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石催化剂和六铝酸盐催化剂等。
燃料:甲烷是最简单的有机物,具有高能量密度,因此常用作燃料。在工业、家庭和交通运输领域都有广泛的应用。例如,在工业方面,甲烷被用作燃料,用于加工化学品、生产电力和发电,其燃烧产生的热量非常高,同时排放的二氧化碳和其他有害气体相对较少,因此被认为是一种比较清洁的燃料。在家庭方面,甲烷常用作煤气灶的燃料,是一种安全、干净、高效的能源。在交通运输方面,甲烷可以作为交通运输燃料,被广泛应用于公交车、出租车和私人汽车。
化工原料:甲烷还可以作为化工原料用于生产乙炔、合成氨、四氯化碳等。这些化学品在工业生产中有广泛的应用,如乙炔用于合成橡胶,四氯化碳用作溶剂等。
此外,甲烷还是非常重要的碳基资源,其分子结构为正四面体形的非极性分子,密度小于空气,不溶于水,微溶于乙醇和乙醚。在化学性质方面,甲烷通常很稳定,不易发生化学反应,但在特定条件下可以与强酸、强碱和高锰酸钾等强氧化剂发生反应。
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