在化学领域中，甲烷（CH₄）和氯气（Cl₂）之间的反应是一个经典的自由基取代反应案例。这种反应通常发生在光照条件下，生成一系列不同的氯代甲烷产物。

首先，氯气分子在光的作用下分解成氯原子：

\[ Cl_2 \xrightarrow{光} 2Cl\]

随后，这些氯原子会与甲烷发生反应，逐步取代甲烷中的氢原子，形成一氯甲烷（CH₃Cl）、二氯甲烷（CH₂Cl₂）、三氯甲烷（CHCl₃）以及四氯化碳（CCl₄）。在这个过程中，每一步都会产生一个新的氯原子，从而继续参与后续的反应。

具体反应可以表示为以下几步：

1. \( CH_4 + Cl \rightarrow CH_3Cl + H \)

2. \( CH_3Cl + Cl \rightarrow CH_2Cl_2 + H \)

3. \( CH_2Cl_2 + Cl \rightarrow CHCl_3 + H \)

4. \( CHCl_3 + Cl \rightarrow CCl_4 + H \)

最终，剩余的氢原子可能会进一步与氯原子结合形成氯化氢（HCl），直到所有的氯原子都被消耗完。

需要注意的是，这个反应是不可控的，意味着它不会停留在某一阶段，而是倾向于完全取代甲烷中的所有氢原子。因此，在实际操作中，通常需要控制条件以获得特定比例的目标产物。

此外，由于涉及到自由基的存在，该反应也具有一定的危险性，需谨慎处理。通过了解这一基本原理，我们可以更好地掌握此类有机化学反应的特点及其应用价值。