化学教育——甲烷的安全性与制备

　　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。

　　环境影响

　　甲烷也是一种温室气体。GWP的分析显示，以单位分子数而言，甲烷的温室效应要比二氧化碳大上25倍。这是因为大气中已经具有相当多的二氧化碳，以至於许多波段的辐射早已被吸收殆尽了；因此大部分新增的二氧化碳只能在原有吸收波段的边缘发挥其吸收效应。相反地，一些数量较少的温室气体(包括甲烷在内)，所吸收的是那些尚未被有效拦截的波段，所以每多一个分子都会提供新的吸收能力。

　　毒理学资料

　　毒性：急性中毒，甲烷毒性甚低，接触高浓度甲烷时引起的“甲烷中毒”，实际上是因空气氧含量相对降低造成的缺氧窒息。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2%浓度×60分钟，麻醉作用；兔吸入2%浓度×60分钟，麻醉作用。本品只有在极高浓度时由于空气被置换，氧分压降低而产生窒息。空气中甲烷浓度87%使小鼠窒息，90%时呼吸停止。甲烷80%和氧20%的混合气体，能引起人头痛。当空气中甲烷达25%～30%时，人出现窒息前症状，如头晕、呼吸加速、心率增加、注意力不集中、乏力、共济失调，甚至窒息。皮肤接触液化的甲烷可引起冻伤，甲烷主要通过呼吸道进入体内，大部分以原形呼出，少量在体内可氧化为二氧化碳和水。因其与蛋白质结合的能力极低，故麻醉作用相当弱。

　　人处于甲烷浓度达25%～30%的空气中即可出现缺氧的一系列临床表现，如头晕、头痛、注意力不集中、气促、无力、共济失调、窒息等；如浓度很高，患者可迅速死亡。曾有观察发现甲烷中毒患者均有不同程度的中毒性脑病，中毒严重的患者可能有神经系统后遗症。煤矿生产中甲烷的最大危害在于与空气混合后起火爆炸。

　　皮肤接触液体甲烷时，因其迅速挥发，可造成冻伤。

　　慢性中毒 目前尚无慢性甲烷中毒方面的临床资料。

　　诊断与鉴别诊断 根据现场存在高浓度甲烷，患者出现明显缺氧窒息的临床表现，与其他类似的气体中毒或疾病鉴别后，可诊断为急性甲烷中毒。

　　真正的急性甲烷中毒较少，诊断时尤需注意和其他气体中毒相鉴别。

　　急救与治疗 急性甲烷中毒无特效解毒药，可按缺氧的处理原则进行对症治疗，如立即将患者移至空气新鲜处、平卧、保暖、保持呼吸道通畅和吸氧等。吗啡和巴比妥类药物有抑制呼吸作用，应忌用。呼吸、心跳停止时需立即进行心肺脑复苏，注意防治可能出现的脑水肿，必要时作高压氧治疗。

　　液化甲烷污染皮肤时可造成冻伤，若冻伤处皮肤仍未解冻，可用42℃左右温水浸洗，并按外科原则处理。 [6]

　　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。与五氟化溴、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：碳（极不完全燃烧）、一氧化碳（不完全燃烧，有害）、二氧化碳和水（完全燃烧）。

　　制备方法

　　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。它主要的来源有：

　　有机废物的分解。

　　天然源头（如沼泽）：23%。

　　从化石燃料中提取：20%。

　　动物（如牛）的消化过程：17%。

　　稻田之中的细菌：12%。

　　生物物质缺氧加热或燃烧。

　　甲烷人工制法主要有以下几种：

　　细菌分解法

　　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。

　　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。

　　实验室制法

　　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↑

　　收集：排水法

　　特点与注意事项：

　　必须用无水醋酸钠跟干燥的碱石灰反应来制取甲烷，若用醋酸钠晶体或石灰不干燥则均几乎不能产生甲烷气体。

　　该实验的操作注意事项与收集方法与氧气的完全相同。