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高純甲烷

高純甲烷

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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。從理論上說,甲烷的鍵線式可以表示為一個點“·”,但實際并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,廣泛應用于民用和工業中。作為化工原料,可以用來生產乙炔 、氫氣、合成氨、碳黑、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。

含量分布

天王星的大氣層也存在甲烷和氫氣。據德國核物理研究所的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占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,并發現了其中的甲烷痕跡。

行星HD 189733b位于狐貍座,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圍繞其恒星轉一圈只需兩天。由于距離恒星太近,這顆行星表面溫度高達900℃(1650華氏度),足以把銀子熔化。

系外行星HD 189733b與其環繞的恒星模擬圖?

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)中溫度較低的恒星運轉的其它行星,“可居住區”不冷也不熱,正好適合孕育生命。

主要應用

甲烷是一種很重要的燃料,是天然氣的主要成分,約占87%。在標準壓力的室溫環境中,甲烷無色、無味;家用天然氣的特殊味道,是為了安全而添加的人工氣味,通常是使用甲硫醇或乙硫醇。在一大氣壓力的環境中,甲烷的沸點是?161 °C??諝庵械耐咚购恐灰^5%~15%就十分易燃。液化的甲烷不會燃燒,除非在高壓的環境中(通常是4~5大氣壓力)。中國國家標準規定,甲烷氣瓶為棕色,白字。

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。甲烷在自然界分布很廣,是天然氣、沼氣、坑氣的主要成分之一。它可用作燃料及制造氫、一氧化碳、炭黑、乙炔、氫氰酸及甲醛等物質的原料。甲烷用作熱水器、燃氣爐熱值測試標準燃料。生產可燃氣體報警器的標準氣,校正氣。還可用作太陽能電池,非晶硅膜氣相化學沉積的碳源。以及甲烷用作醫藥化工合成的生產原料。

除作燃料外,大量用于合成氨、尿素和炭黑,還可用于生產甲醇、氫氣、乙炔、乙烯、甲醛、二硫化碳、硝基甲烷、氫氰酸和1,4-丁二醇等。甲烷氯化可得一、二、三氯甲烷及四氯化碳。

制備方法

甲烷是一種可燃性氣體,而且可以人工制造,所以,在石油用完之后,甲烷將會成為重要的能源。它主要的來源有:

有機廢物的分解。

天然源頭(如沼澤):23%。

從化石燃料中提?。?0%。

動物(如牛)的消化過程:17%。

稻田之中的細菌:12%。

生物物質缺氧加熱或燃燒。

甲烷人工制法主要有以下幾種:

細菌分解法?

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。

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。

實驗室制法

無水醋酸鈉(CH3COONa)和堿石灰(NaOH和CaO做干燥劑)

反應方程式:CH3COONa+NaOH=Na2CO3+CH4↑

收集:排水法

特點與注意事項:

必須用無水醋酸鈉跟干燥的堿石灰反應來制取甲烷,若用醋酸鈉晶體或石灰不干燥則均幾乎不能產生甲烷氣體。

該實驗的操作注意事項與收集方法與氧氣的完全相同。




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