甲烷与氯气反应

现象描述

实验室中，将甲烷和氯气混合在一起，经过一段时间后，会发生如下反应： CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

其中，产物为氯甲烷和氢氯酸。在反应中，氯气分子和甲烷分子发生碰撞，使得其中的氢原子来到氯原子附近，而剩余的化学键则组成氯甲烷分子。同时，甲烷中的碳原子失去一个氢原子，与氧化状态为-1的氯原子结合，形成氯离子，并与氢离子结合形成氢氯酸。整个反应放出热量，所以是一个放热反应。

反应机理

在此反应中，氯气是一种强氧化剂，而甲烷则容易被氯气氧化。在反应过程中，氯气分子与甲烷分子发生碰撞，使得氯分子中的部分电子被转移给甲烷分子，产生自由基。这些自由基接着与其他甲烷分子发生反应，生成氯甲烷和再生氯气自由基，反应不断进行。其中的反应机理比较复杂，可以描述成以下步骤：

1. Cl₂ → 2 Cl 自由基产生
2. CH₄ + Cl → CH₃ + HCl
3. CH₃ + Cl₂ → CH₃Cl + Cl
4. Cl + CH₄ → HCl + CH₃

应用

氯甲烷是一种重要的有机化学品，广泛应用于助焊剂、药品和杀菌剂等方面。此外，氯气和甲烷的混合气体也是目前最流行的工业用消毒剂。