甲烷的取代反应是指甲烷分子中的氢原子被氯原子或其他卤素原子所取代的过程。这种反应通常在光照条件下进行，涉及以下反应方程式：
1. CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
2. CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl
3. CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
4. CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl
这些反应中，甲烷（CH4）作为反应基质，氯气（Cl2）作为进攻试剂，生成的氯化氢（HCl）作为离去基团。反应过程中，甲烷分子中的氢原子被氯原子取代，生成不同氯代烷烃（如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4）和氯化氢气体。
实验操作上，可以通过排饱和食盐水的方法收集甲烷和氯气，并在光照下进行反应。观察试管壁是否有液滴出现，可以判断反应是否进行以及生成物的存在。
需要注意的是，甲烷的取代反应是一个逐步取代的过程，随着反应的进行，氯气逐渐被消耗，生成的氯代烷烃和氯化氢也会逐渐增加。此外，实验室制取氯气还可以利用高锰酸钾和浓盐酸的反应，通过氧化浓盐酸制取氯气。
总结来说，甲烷的取代反应是一个在光照条件下进行的逐步取代过程，生成不同氯代烷烃和氯化氢。实验操作中可以通过观察试管壁液滴的出现来判断反应的进行和生成物的存在。