在有机化学中，甲烷（CH₄）和氯气（Cl₂）的反应是一个经典的取代反应案例。当甲烷气体与氯气混合并暴露在光照条件下时，会发生一系列的化学变化。这个过程是自由基链式反应的一个典型例子。

首先，在光照的作用下，氯气分子会分解成氯原子。这一阶段被称为引发步骤：

\[ Cl_2 \xrightarrow{\text{光}} 2Cl \]

接下来，这些活性很高的氯原子会攻击甲烷分子中的氢原子，形成氯化氢和一氯甲烷。这是一个链增长的过程：

\[ CH_4 + Cl \rightarrow CH_3 + HCl \]

\[ CH_3 + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + Cl \]

随着反应继续进行，可以生成二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）以及四氯化碳等产物。每一个新的中间体都会再次参与反应，直到所有的氢原子被氯原子取代。这一系列反应最终停止是因为消耗了所有可利用的反应物或生成了稳定的终产物。

值得注意的是，在实际操作过程中，控制反应条件对于获得特定比例的产品非常重要。例如，通过调整温度、压力以及反应时间等因素，可以影响不同卤代烃的比例。

此外，由于该反应会产生多种副产品，并且涉及到有毒物质如氯气和某些卤代烃本身具有毒性，因此在实验室或工业生产中必须采取适当的安全措施来处理这些危险材料。

总之，甲烷与氯气之间的反应展示了如何利用简单原料制备复杂化合物的基本原理，同时也提醒我们在进行此类实验时需要谨慎对待潜在风险。