【试剂课堂】甲烷与乙烷

行星HD 189733b位于狐狸座，距地球63光年，是一类叫做“热木星”大行星，其表面灼热，不可能存在液态水。HD 189733b围绕其恒星转一圈只需两天。由于距离恒星太近，这颗行星表面温度高达900℃(1650华氏度)，足以把银子熔化。
　　不过，值得注意的是探测到甲烷。这种方法可以沿用到环绕所谓的“可居住区” (Goldilocks Zone)中温度较低的恒星运转的其它行星，“可居住区”不冷也不热，正好适合孕育生命。
　　喷气推进实验室领导这项研究的马克-斯万说：“这对最终辨别在可能存在生命的行星上生命起源前的分子是一块至关重要的垫脚石。这一发现证明，光谱学最终可以应用到一颗温度更低、可能适合居住、围绕更暗淡的红色侏儒型恒星运行的类地行星上。”
　　自13年前探测到第一颗系外行星以来，天文学家已在太阳系外发现了270多颗行星。尽管行星的数量在稳步增长，但对其化学成分的详情知之甚少，而这正是确认是否存在生命的关键所在。
　　去年5月的一天，斯万的小组利用“哈勃”携带的强大的NICMOS光谱照相机拍下HD 189733b从其恒星和地球之间直线穿过时的照片。来自那颗恒星的光经过HD 189733b的大气，带来泄露实情的化学成分痕迹，但主要的任务是在一堆波长中发现了这些针。这些观测结果还证实了水分子的存在，美国宇航局的“斯皮策”太空望远镜先前曾提到过这一点。
　　亚利桑那大学行星科学家亚当-肖曼在一篇评论中表示，这一成果朝着了解系外行星迈进了一大步。如今，“哈勃”和“斯皮策”太空望远镜已逐渐老去，但新一代更强大的轨道平台正在构建之中。肖曼在《自然》杂志上说：“我们现在看到了一场革命的开始，这场革命将拓宽人类有关太阳系外行星世界的知识。”

物质的理化常数
　　化学品中文名称：甲烷
　　英文名称 methane
　　技术说明书编码：51
　　马来文metana
　　CASNo.：74-82-8
　　分子式：CH₄
　　分子量：16.04
　　国标编号 21007
　　分类：有机物
　　分子式 CH₄
　　C—H 键能413kJ/mol
　　H—C—H 键角109°28′
　　外观与性状 无色无嗅气体
　　分子结构： 甲烷分子是正四面体形分子、非极性分子。
　　晶体类型：分子晶体（sp3杂化）
　　分子量 16.04
　　蒸汽压 53.32kPa/-168.8℃
　　闪点：-188℃
　　熔 点 -182.5℃
　　沸点：-161.5℃
　　密 度 相对密度(水=1)0.42(-164℃)
　　相对蒸气密度(空气=1)：0.55
　　饱和蒸气压(kPa)：53.32(-168.8℃)
　　燃烧热 890kj/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)：15
　　爆炸下限%(V/V)：5.3
　　闪点(℃)：-188
　　引燃温度(℃)：538
　　分子直径0.414nm。

对环境的影响
　　健康危害
　　侵入途径：吸入。
　　健康危害：甲烷对人基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息。当空气中甲烷达25%-30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调。若不及时远离，可致窒息死亡。皮肤接触液化的甲烷，可致冻伤。
　　毒理学资料及环境行为
　　毒性：属微毒类。允许气体安全地扩散到大气中或当作燃料使用。有单纯性窒息作用，在高浓度时因缺氧窒息而引起中毒。空气中达到25～30%出现头昏、呼吸加速、运动失调。
　　急性毒性：小鼠吸入42%浓度×60分钟，麻醉作用；兔吸入42%浓度×60分钟，麻醉作用。
　　危险特性：易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与五氧化溴、氯气、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其它强氧化剂接触反应剧烈。
　　燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳和水。
实验室监测方法
　　气相色谱法《空气中有害物质的测定方法》(第二版)，杭士平编
　　可燃溶剂所显色法；容量分析法《水和废水标准检验法》第20版(美)
环境标准
　　职业接触限值
　　中国MAC(mg/m3)：未制定标准
　　前苏联MAC(mg/m3)：300
　　美国 车间卫生标准 窒息性气体
　　TLVTN：ACGIH窒息性气体
　　TLVWN：未制定标准

应急处理处置方法
　　泄漏应急处理
　　迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。如有可能，将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。也可以将漏气的容器移至空旷处，注意通风。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。
　　防护措施
　　呼吸系统防护：一般不需要特殊防护，但建议特殊情况下，佩带自吸过滤式防毒面具(半面罩)。
　　眼睛防护：一般不需要特别防护，高浓度接触时可戴安全防护眼镜。
　　身体防护：穿防静电工作服。
　　手防护：戴一般作业防护手套。
　　其它：工作现场严禁吸烟。避免长期反复接触。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护。
　　急救措施
　　皮肤接触：若有冻伤，就医治疗。
　　眼睛接触：
　　吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
　　灭火方法：切断气源。若不能立即切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂：雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉
　　环境危害
　　燃爆危险：本品易燃，具窒息性。
　　有害燃烧产物：一氧化碳、二氧化碳。

操作处置与储存运输
　　操作注意事项：
　　密闭操作，全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂接触。在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。
　　储存注意事项：
　　储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与氧化剂等分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。
　　工程控制：生产过程密闭，全面通风。
　　其它有害作用：该物质对环境可能有危害，对鱼类和水体要给予特别注意。还应特别注意对地表水、土壤、大气和饮用水的污染。
　　废弃处置
　　废弃处置方法：处置前应参阅国家和地方有关法规。建议用焚烧法处置。
　　运输信息
　　危险货物编号：21007
　　UN编号：1971
　　包装标志：
　　包装类别：O52
　　包装方法：钢质气瓶。
　　运输注意事项：采用刚瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放，并应将瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超过车辆的防护栏板，并用三角木垫卡牢，防止滚动。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置，禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。严禁与氧化剂等混装混运。夏季应早晚运输，防止日光曝晒。中途停留时应远离火种、热源。公路运输时要按规定路线行驶，勿在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。
法规信息
　　化学危险物品安全管理条例(1987年2月17日国务院发布)，化学危险物品安全管理条例实施细则(化劳发[1992]677号)，工作场所安全使用化学品规定([1996]劳部发423号)等法规，针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等方面均作了相应规定；常用危险化学品的分类及标志(GB13690-92)将该物质划为第2.1类易燃气体。

甲烷——21世纪的主要能源
　　甲烷是一种可燃性气体，而且可以人工制造，所以，在石油用完之后，甲烷将会成为重要的能源。
　　甲烷人工制法：
　　1 、甲烷菌分解法
　　将有机质放入沼气池中，控制好温度和湿度，甲烷菌迅速繁殖，将有机质分解成甲烷、二氧化碳、氢、硫化氢、一氧化碳等，其中甲烷占60%-70%。经过低温液化，将甲烷提出，可制得廉价的甲烷
　　2、合成法
　　将二氧化碳与氢在催化剂作用下，生成甲烷和氧，再提纯。
　　CO₂+2H₂= CH₄+O₂
　　将碳蒸汽直接与氢反应，同样可制得高纯的甲烷。
　　甲烷分子结构特征
　　甲烷是正四面体结构,碳原子位于该空间图形的中心,4个氢原子位于正四面体的4个顶点上
　　实验室制甲烷的方法：
　　无水醋酸钠（CH3COONa）和碱石灰（NaOH和CaO【做干燥剂】）
　　反应方程式：CH3COONa+NaOH=Na2CO3+CH4↑
　　装置：
　　收集： 排水法或向下排空气法
　　3.甲烷的受热分解
　　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
　　高温
　　CH₄ → 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

乙烷





乙烷（ethane） 烷烃同系列中第二个成员，为最简单的含碳-碳单的烃。分子式CH3CH3。乙烷在某些天然气中的含量为5％～10％，仅次于甲烷；并以溶解状态存在于石油中。

基本资料
　　中文名称： 乙烷
　　英文名称： ethane
　　CAS No.： 74-84-0
　　分子式： C₂H6
　　分子结构： C原子以sp3杂化轨道成键、分子为非极性分子。
　　分子量： 30.07

乙烷生产工艺
　　生产工艺： 本品存在于石油气、天然气、焦炉气及石油裂解气中，经分离而得。
　　l·从油田气分离 油田气或天然气除主要含甲烷以外，还含有少量乙烷、丙烷或其他更多碳原子的烃[1]，在天然气中的含量约5%一10%，仅次于甲烷，经分离可得乙烷。由天然气深冷分离而得的液析液，是以乙烷、丙烷。丁烷为主要组分的轻质烃类混合物，其组成与天然气的来源及分离加工温度、压力条件有关，典型组成(P)为:乙烷37·6%、丙烷35·9%、丁烷11·6%、异丁烷3·9%、正戊烷3.1%、其他7·9%。
　　2·从炼厂气分离 在各炼厂石油加工气体中，除含有甲烷以外，还含有乙烷、丙烷以及碳四和碳五烃等，经分离可得乙烷。
　　3·从裂解气分离 用深冷法可以分出乙烷
　　乙烷燃烧化学方程式:2C₂H6 + 7O₂=点燃=4CO₂ + 6H₂O
　　乙烷的构像
　　乙烷的C-C单键可以自由旋转,如果乙烷中的一个C原子不动,另一个饶C-C单键自由旋转,则一个C原子上的3个H相对于另一个C原子上的3个H可以有无数的空间排列,这种由于单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的不同排列形式叫做构象,每一个个构象就叫做一个构象异构体,由于C-C单键自由旋转,乙烷可以有无数种构象,乙烷的优势构象是交叉式 这个时候2个C原子上的H距离最远,相互间的排斥力最小,因而分子内能最低 也最稳定,内能最高的是重叠式.这时2个C上的H两两相对,相互见的排斥力最大,内能最高最不稳定,其他的构象内能节育这两者之间。在旋转过程中，由于两个甲基上的氢原子的相对位置不断发生变化，这就形成了许多不同的空间排列方式。其中一种是一个甲基的氢原子正好处在另一个甲基的两个氢原子之间的中线上。这种排布方式叫做交叉式构像。
　　另一种是两个碳原子上的各个氢原子正好处在相互对映的位置上。这种排布方式叫重叠构像。交叉式和重叠式是乙烷无数构像中的两种极端情况。
　　乙烷单键的旋转也并不是完全自由的。可以把这个能垒看作是克服氢原子的斥力，以及很可能还有由于碳氢原键电子云之间的斥力所需要的能量。重叠式由于前后两个氢原子相距最近，以及碳氢键间8电子云斥力最大，所以能量最高，交叉式中C-H相距最远，斥力最小，能量最低，是乙烷最有利的构像。

危险性概述
　
　　健康危害： 高浓度时，有单纯性窒息作用。空气中浓度大于 6％时，出现眩晕、轻度恶心、麻醉症状；达40％以上时，可引起惊厥，甚至窒息死亡。
　　
　　燃爆危险： 本品易燃，具窒息性。

急救措施
　
　 吸入： 迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
　　食入：
消防措施
　　危险特性： 易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。
　　有害燃烧产物： 一氧化碳、二氧化碳。
　　灭火方法： 切断气源。若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂：雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉。