实验现象：用铝箔套上的试管中气体没有明显的变化。光照的试管中气体颜色逐渐变浅，试管中有少量白雾，试管内壁中出现油状液滴，试管内的液面上升，饱和食盐水中析出固体。
实验结论：没有光照时不发生反应，CH4与Cl2在光照条件下发生化学反应，生成了不溶于水的无色油状物质，和易溶于水的无色气体。
反应的机理：甲烷分子中C—H断裂，氯气分子中Cl—Cl断裂，一个氯原子替代一个氢原子，形成C—Cl和H—Cl。依此方式，甲烷分子中的4个氢原子被氯原子逐步取代。
取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
每取代1 mol氢原子，需要消耗1 mol Cl2，同时生成1 mol HCl。
生成的一氯甲烷（CH3Cl）沸点-24.2℃，常温下是气体；二氯甲烷（CH2Cl2）沸点39.8℃、三氯甲烷（氯仿、CHCl3）沸点61.7℃、四氯甲烷（四氯化碳、CCl4）沸点76.5℃，在常温下均是无色液体，均不溶于水。三氯甲烷和四氯甲烷都是工业上重要的有机溶剂。
天然气储罐
甲烷、四氯化碳分子是正四面体，一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷分子是四面体。
其它的卤素单质，如Br2也可以与甲烷发生类似的取代反应，生成类似的有机产物和无机产物。
（3）分解反应
甲烷通常较稳定不易分解，但在高温条件下也可以分解。
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