甲烷（CH4）与氯气（Cl2）的反应是有机化学中的一个经典反应，它展示了卤素在有机化合物上的取代反应。这类反应广泛存在于实验室和工业过程中，并且对于合成多种化学品至关重要。

反应过程

在光照或加热条件下，甲烷与氯气会发生一系列的取代反应，生成一氯甲烷（CH3Cl）、二氯甲烷（CH2Cl2）、三氯甲烷（CHCl3）以及四氯化碳（CCl4）。这些产物的生成是一个逐步的过程，每一步都涉及一个氯原子取代甲烷分子中的一个氢原子。具体来说：

- 第一步：在光照或加热条件下，氯气分子分解产生氯自由基（Cl·），这个过程称为链引发。

- 第二步：产生的氯自由基与甲烷反应，生成一氯甲烷和一个氢自由基（H·），这个步骤称为链传播。

- 第三步：生成的氢自由基可以继续与剩余的氯气分子反应，形成新的氯自由基，从而启动新一轮的反应循环。

这个过程会持续进行，直到所有的氯气被消耗完或者甲烷中的氢原子全部被取代为止。值得注意的是，在实际操作中，由于不同产物的稳定性不同，产物的比例会受到反应条件的影响。

应用价值

甲烷与氯气的反应在工业上有重要的应用。例如，一氯甲烷是一种重要的化工原料，用于生产甲基纤维素、染料、香料等。二氯甲烷是一种优良的溶剂，广泛应用于涂料、油墨等行业。三氯甲烷（氯仿）曾作为麻醉剂使用，尽管现在其毒性限制了它的应用范围。四氯化碳在过去曾用作灭火剂和清洁剂，但由于其对环境的危害，现已很少使用。

总之，甲烷与氯气的反应不仅展示了有机化学中卤素取代反应的基本原理，而且在工业生产和科学研究中具有广泛的应用前景。