氢气，一氧化碳，甲烷都具有什么性

一、氢气
1、物理性质
在通常状况下，氢气是一种没有颜色、没有气味、难溶于水的气体；在相同条件下，氢气是密度Z小的气体；在压强为1.01×105Pa，温度为－252℃时，能变成无色液体，在－259℃时，能变成雪状固体.
2、化学性质
（1）在常温下，氢气的化学性质是稳定的.在点燃或加热的条件下，氢气很容易和多种物质发生化学反应.纯净的氢气在点燃时，可安静燃烧，发出淡蓝色火焰，放出热量，有水生成.若在火焰上罩一干冷的烧杯，可以烧杯壁上见到水珠.
2H2+O22H2O
把点燃氢气的导管伸入盛满氯气的集气瓶中，氢气继续燃烧，发出苍白色火焰，放出热量，生成无色有刺激性气味的气体.该气体遇空气中的水蒸气呈雾状，溶于水得盐酸.
H2+Cl22HCl
在点燃氢气之前，一定要先检验氢气的纯度，因为不纯的氢气点燃时可能发生爆炸.实验测定，氢气中混入空气，在体积百分比为H2∶空气=75.0∶25.0~4.1∶95.8的范围内，点燃时都会发生爆炸.氢气不但能跟氧单质反应，也能跟某些化合物里的氧发生反应.例如：将氢气通过灼热的氧化铜，可得到红色的金属铜，同时有水生成.
H2+CuOCu+H2O
在这个反应里，氢气夺取了氧化铜中的氧，生成了水；氧化铜失去了氧，被还原成红色的铜，证明，氢气具有还原性，是很好的还原剂，氢气还可以还原其它一些金属氧化物，如三氧化钨(WO3)；四氧化三铁(Fe3O4)、氧化铅(PbO)、氧化锌(ZnO)等.

（2）在常温下，氢气比较不活泼，但可用合适的催化剂使之活化.在高温下，氢气是高度活泼的.它在2000K时的分解百分数仅为0.08，5000K时则为95.5.氢的氧化态为+1、-1.氢气的主要反应如下（R为烷基）：
H2+Cl22HCl
2H2+COCH3OH
H2+RCH=CH2+CORCH2CH2CHO
H2+非金属非金属氧化物
H2+活泼金属M（如Li、Na、Ca）→盐型氧化物(MH、MH2）
H2+金属氧化物→低价氧化物→金属
H2+烯、炔等不饱和烃饱和烃

（3）氢气的化学性质 ①可燃性 发热量为液化石油气的两倍半.在空气中爆炸极限为4.1~75.0%（体积）.燃烧时有浅蓝色火焰.②常温下不活动，加热时能与多种物质反应，如与活泼非金属生成气态氢化物；与碱金属、钙、铁生成固态氢化物.③还原性，能从氧化物中热还原出中等活泼或不活泼金属粉末.④与有机物中的不饱和化合物可发生加成或还原反应（催化剂，加热条件下）.

二、氧气
1、物理性质
氧气，空气主要组分之一，比空气重，标准状况（0℃和大气压强101325帕）下密度为1.429克/升.无色、无臭、无味.在水中溶解度很小.压强为101kPa时，氧气在约-183摄氏度时变为淡蓝色液体，在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体.氧分子具有顺磁性.
2、化学性质
助燃性，氧化性.
（1）与金属反应　　
与钾的反应：
4K+O2=2K2O，钾的表面变暗
2K+O2=K2O2：K+O2=加热=KO2（超氧化钾）
与钠的反应：
4Na+O2=2Na2O，钠的表面变暗
2Na+O2=加热=Na2O2，产生黄色火焰，放出大量的热，生成淡黄色粉末.
与镁的反应：2Mg+O2=点燃=2MgO，剧烈燃烧发出耀眼的强光，放出大量热，生成白色粉末状固体.
与铝的反应：4Al+3O2=点燃=2Al2O3，发出明亮的光，放出热量，生成白色固体.
与铁的反应： Fe+3O2+2xH2O=2Fe2O3·xH2O，（铁锈的形成）
3Fe+2O2=点燃=Fe3O4，红热的铁丝剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成黑色固体.
与锌的反应：2Zn+O2=点燃=2ZnO
与铜的反应：2Cu+O2=加热=2CuO，加热后亮红色的铜丝表面生成一层黑色物质.

（2）与非金属反应　　
与氢气的反应：2H2+O2=点燃=2H2O，产生淡蓝色火焰，放出大量的热，并有水生成.
与碳的反应C+O2=点燃=CO2，剧烈燃烧，发出白光，放出热量，生成使澄清石灰水变浑浊的气体.
氧气不完全时则产生一氧化碳：2C+O2=点燃=2CO
与硫的反应：S+O2=点燃=SO2，发生明亮的蓝紫色火焰（在纯氧中为蓝紫色火焰，而在空气在中为淡蓝色火焰），放出热量，生成有刺激性气味的气体，该气体也能使澄清石灰水变浑浊，且能使酸性高锰酸钾溶液或品红溶液褪色（褪色的品红溶液加热后颜色又恢复为红色）.
与红磷的反应：4P+5O2=点燃=2P2O5，发出耀眼白光，放热，生成大量白烟.
与白磷的反应：4P+5O2=2P2O5，白磷在空气中自燃，发光发热，生成白烟.
与氮气的反应：N2+O2=高温或放电=2NO
转化为臭氧的反应：3O2=放电=2O3（该反应为可逆反应）

（3）与有机物反应　　
如甲烷、乙炔、酒精、石蜡等能在氧气中燃烧生成水和二氧化碳.
气态烃类的燃烧通常发出明亮的蓝色火焰，放出大量的热，生成水和能使澄清石灰水变浑浊的气体.
甲烷：CH4+2O2=点燃=CO2+2H2O
乙烯：C2H4+3O2=点燃=2CO2+2H2O
乙炔：2C2H2+5O2=点燃=4CO2+2H2O
苯：2C6H6+15O2=点燃=12CO2+6H2O
甲醇：2CH3OH+3O2=点燃=2CO2+4H2O
乙醇：CH3CH2OH+3O2=点燃=2CO2+3H2O
碳氢氧化合物与氧气发生燃烧的通式：4CxHyOz+(4x+y-2z)O2=点燃=4xCO2+2yH2O（通式完成后应注意化简!下同）
烃的燃烧通式：4CxHy+(4x+y)O2=点燃=4xCO2+2yH2O
乙醇被氧气氧化：2CH3CH2OH+O2=铜或银催化并加热=2CH3CHO+2H2O　
此反应包含两个步骤：(1)2Cu+O2=加热=2CuO(2)CH3CH2OH+CuO=CH3CHO(乙醛)+Cu+H2O（加热）
氯仿与氧气的反应：2CHCl3+O2=2COCl2)+2HCl

三、甲烷
1、物理性质
甲烷是无色、无味的气体.甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半.甲烷溶解度很小，　在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，能溶解3个单位体积的甲烷.同时甲烷燃烧产生明亮的淡蓝色火焰. 国标编号：21007 C—H 键能：413kJ/mol ，H—C—H 键角：109°28′
分子结构：正四面体形非极性分子，一个C以sp3杂化位于正四面体ZX，4个H位于正四面体的4个顶点上
晶体类型：分子晶体
熔点：-182.5℃ 沸点：-161.5℃ 蒸汽压53.32kPa/-168.8℃ 饱和蒸气压（kPa）：53.32(-168.8℃）
相对密度（水=1）0.42(-164℃） 相对蒸气密度（空气=1）：0.5548（273.15K、101325Pa）
燃烧热：890.31KJ/mol 总发热量：55900kJ/kg（40020kJ/m3）
净热值：50200kJ/kg（35900kJ/m3） 临界温度（℃）：-82.6
临界压力（MPa）：4.59
爆炸上限%(V/V）：14.8
爆炸下限%(V/V）：5.0
闪点（℃）：-188
引燃温度（℃）：538
分子直径0.414nm
标准状况下密度为0.717g/L，极难溶于水

2、化学性质
（1）取代反应　　
把一个大试管分成五等分，或用一支有刻度的量气管，用排饱和食盐水法先收集1/5体积的甲烷，再收集4/5体积的氯气，把它固定在铁架台的铁夹上，并让管口浸没的食盐水里.然后让装置受漫射光照射.在阳光好的日子，约半小时后可以看到试管内氯气的黄绿色逐渐变淡，管壁上出现油状物，这是甲烷和氯气反应的所生成的一氯甲烷、二氯甲烷、、四氯化碳（或四氯甲烷）和少量的乙烷的混和物.试管中液面上升，这是反应中生成的氯化氢溶于水的缘故.食盐水中白色晶体析出.因为氯气极易溶于水，溶于水后增加了水中氯离子的浓度，是氯化钠晶体析出.用大拇指按住试管管口，提出液面，管口向上，向试管中滴入紫色石蕊试液或锌粒，可验证它是稀盐酸.如果在阴暗的天气需1到2小时才能观察到反应的结果.
CH4+Cl2→（光照）CH3Cl（气体）+HCl 此时，无明显反应现象.
CH3Cl+Cl2→（光照）CH2Cl2（油状物）+HCl 此时，现象为试管壁上出现油状小液滴.
CH2Cl2+Cl2→（光照）CHCl3（油状物）+HCl 此时，现象为试管内有白雾出现.
CHCl3+Cl2→（光照）CCl4（油状物）+HCl 此时，现象为黄绿色气体逐渐变无色.
Z后生成的HClZ多
注：甲烷可与溴产生类似反应.甲烷与氟的反应十分猛烈，如果先用稀有气体稀释两者才在特定的仪器内进行反应，也可得出类似反应.甲烷与碘不会直接产生反应，可以用溴化碘等代替进行碘化

（2）氧化反应　　
点燃纯净的甲烷，在火焰的上方罩一个干燥的烧杯，很快就可以看到有水蒸气在烧杯壁上凝结.倒转烧杯，加入少量澄清石灰水，振荡，石灰水变浑浊.说明甲烷燃烧生成水和二氧化碳.把甲烷气体收集在高玻璃筒内，直立在桌上，移去玻璃片，迅速把放有燃烧着的蜡烛的燃烧匙伸入筒内，烛火立即熄灭，但瓶口有甲烷在燃烧，发出淡蓝色的火焰.这说明甲烷可以在空气里安静地燃烧，但不助燃.用大试管以排水法先从氧气贮气瓶里输入氧气 2/3 体积，然后再通入1/3 体积的甲烷.用橡皮塞塞好，取出水面.将试管颠倒数次，使气体充分混和.用布把试管外面包好，使试管口稍微下倾，拔去塞子，迅速用燃着的小木条在试管口引火，即有尖锐的爆鸣声发生.这个实验虽然简单，但也容易失败.把玻璃导管口放出的甲烷点燃，把它放入贮满氯气的瓶中，甲烷将继续燃烧，发出红黄色的火焰，同时看到有黑烟和白雾.黑烟是炭黑，白雾是氯化氢气体和水蒸气形成的盐酸雾滴.
CH4+2O2=点燃=CO2+2H2O
2CH4+3O2=点燃=2CO+4H2O（不完全燃烧）
CH4 + O2 =（点燃）= C + 2H2O（极不完全燃烧）
CH4+2Cl2=点燃=C+4HCl

（3）加热分解　　
在隔绝空气并加热至1000℃的条件下，甲烷分解生成炭黑和氢气
CH4=高温=C+2H2
氢气是合成氨及汽油等工业的原料；炭黑是橡胶工业的原料

（4）甲烷的氯化　　
甲烷在紫外光或热（250～400℃）作用下，与氯反应得各种氯代烷. 如果控制氯的用量，用大量甲烷，主要得到氯甲烷；如用大量氯气，主要得到四氯化碳.工业上通 过精馏，使混合物一一分开.以上几个氯化产物，均是重要的溶剂与试剂.
甲烷氯化反应的事实是：
①在室温暗处不发生反应；
②髙于250℃发生反应；
③在室温有光作用下能发生反应；
④用光引发反应，吸收一个光子就能产生几千个氯甲烷分子；
⑤如有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存在，反应有一个诱导期，诱导期时间长短与存在这些杂质多 少有关.根据上述事实的特点可以判断，甲烷的氯化是一个自由基型的取代反应.

（5）甲烷的卤化　　
在同类型反应中，可以通过比较决定反应速率一步的活化能大小，了解反应进行的难易. 氟与甲烷反应是大量放热的，但仍需+4.2kJ/mol活化能，一旦发生反应，大量的热难以移走，破坏生成的氟甲烷，而得到碳与氟化氢，因此直接氟化的反应难以实现.碘与甲烷反应，需要大于141kJ/mol的活化能，反应难以进行.氯化只需活化能+16.7kJ/mol，溴化只需活化能+75.3kJ/mol，故卤化反应主要是氯化、溴化.氯化反应比溴化易于进行.
碘不能与甲烷发生取代反应生成，但其逆反应很容易进行.
由基链反应中加入碘，它可以使反应中止.

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可燃