甲烷制备与性质实验的改进.doc

甲烷制备与性质实验的改进一、 文献综述甲烷的传统制备方法是用无水醋酸钠、 氢氧化钠与碱石灰的混合物加热 。该方法存在着反应速度慢、 产气量少、 试管易破裂等缺陷。而甲烷与氯气的取代反应原始实验存在实验现象不明显，成功率低，氯气易泄漏等不足，致使在教学实践中，许多老师不愿意做这个演示实验，而是课堂上分析，讲解实验，学生缺乏感性认识。任有良,张国春,鄢焕荣在文献甲烷制备实验的新方法采用在反应物中掺入 CuO 或 MnO2 等其它金属氧化物或其它的手段来改进这个实验。虽然这些改进方法行之有效,但改进的不够彻底,有的甚至产生了新的问题 .根据以上问题，我们设计出了安全点燃装置，是一种集洗气、防爆、安全点燃为一体的多功能简易装置，使用它不仅增强实验效果，而且确保了实验安全。同时针对甲烷稳定性实验中存在的问题进行了实验装置的改进。二、 实验目的1、 掌握CH4的实验室制法。2、 验证CH4的可燃性、取代反应。三、 实验原理制备反应：燃烧反应：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O取代反应：四、 实验用品及装置实验仪器：铁架台、酒精灯、试管、锥形瓶、锥形瓶、水槽、注射器实验药品：无水醋酸钠、氢氧化钠、铜粉、氧化铜粉末、NaOH溶液、KMnO4溶液制备CH4的实验装置图：制备Cl2的装置图：CH4与Cl2取代反应装置图：五、实验步骤1、分别称取无水醋酸钠3g,氢氧化钠3g,放入研钵中迅速研细、混匀;再称取铜粉9g掺入其中。2、将上述反应混合物放于一片铝箔上，再将其装入试管中，并按上图连接好实验装置。3、加热装有反应物的试管23min后,便有大量的甲烷气体生成。即可进行甲烷的收集和性质试验。六、实验改进1、防试管破裂的改进：用铝箔将反应混合物与试管隔开，这样做有以下的优点：（1）可以避免试管在高温下与NaOH直接接触而受到的严重腐蚀；（2）反应混合物受热均匀，减少了某些副反应的发生；（3）反应结束后，试管不易破裂，易清洗。一方面，残渣易及时倒出；另一方面，铝箔与试管管壁没有粘结，再加上铝箔的良好导热性和大面积存在，大大缩小了试管玻璃内外的温差，这就是说，即使残渣不及时倒出让其同试管一起自然冷却试管也不会破裂。 2、在反应物中掺入适量的铜粉,是为了增加传热性,防止局部过热而发生副反应,同时使生成的气体容易逸出,进一步减少副反应的发生。3、甲烷燃烧火焰颜色观察的改进：本实验在加热过程中会有很多副产物，而它们的存在会影响甲烷气体的颜色观察，并且玻璃器皿（试管）中可能含有杂质离子（如钾离子，钠离子）会影响实验现象。所以本实验将产品气体先后通过水，高锰酸钾溶液，最后用排水法收集于针管中，推出气体来验纯及燃烧。4、防爆炸实验：采用更为安全的针管方法，将针头靠近酒精灯，将气体推出火焰呈蓝色。采用该方法产生甲烷气流比较平稳，燃烧时火焰不间断也不会一下子出来很多，同时点燃时也较安全，较适用于学生的操作。5、取代反应光源的改进（1）装置改进：用导管形成封闭装置，防止氯气与水较大面积接触发生反应和逸出。（2）条件改进：在距离装置15厘米处，点燃镁条进行照射，反应在约2-3分钟内完成，这样容易达到反应所需的亮度。（3）原料比例改进：甲烷与氯气体积比由1:1改为1:4。七、实验注意事项1、药品和仪器要干燥。2、装置的气密性要好，气密性不好会导致漏气。3、点燃甲烷前一定要验纯。4、CH4和Cl2纯度必须高，不要混入空气。CH4和Cl2的体积比为1:4，且要混合均匀。5、甲烷与氯气的反应中光照要适度。八、结论与思考 甲烷的制备实验的产物较多，除甲烷外，还有大量副产物如丙酮、水蒸气、二氧化碳、氢气、乙烯，可能还有未被发现的副反应与副产物的存在，且在已知副产物中，氢气很难除去，这个反应的机理有待进一步研究，用排水法收集时，水和氢气很难除去。用排空气法收集的话，甲烷何时收满很难确定，且有空气混入，易导致不纯。在做甲烷与氯气的取代反应时（本应观察到的现象为：试管内氯气的黄绿色气体逐渐变淡，有白雾生成，试管内壁上有油状液滴生成，这是甲烷和氯气反应的所生成的一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿（或三氯甲烷）、四氯化碳（或四氯甲烷）、氯化氢和少量的乙烷（杂质）的混合物。试管中液面上升，食盐水中白色晶体析出，这是反应中生成的氯化氢溶于水的缘故。因为氯化氢极易溶于水，溶于水后增加了水中氯离子的浓度，使氯化钠晶体析出。）但在实验过程中，只观察到试管内壁有少量的油滴生成,导管中的液面上升速度很慢。据我分析可能导致实验现象不明显的原因有以下几点：（1）制备的甲烷气体纯度不高；（2）制备的氯气纯度不高等。九、参考文献1 任有良,张国春,鄢焕荣, 甲烷制备实验的新方法J 教学仪器与实验，2007,23(9)2任有良，石启英,甲烷制备实验中有关副反应的探究J纺织高校基础科学学报，2003，（02）。3任有良 ,李晓霞,邓忠朝, 甲烷制备实验中两个问题的探讨J商洛师范专科学院学报，2004,18（4）4金仲鸣，甲烷的实验室制备及性质J 教学仪器与实验，2015,31(6)5 任有良，石启英,周春生，甲烷制备实验中掺入物的选择J教学仪器与实验，2005,（11）6秦丙昌,宋正华,付小普,甲烷制备实验的探讨J 实验与创新思维,2003（10）7陈才元，龚楚儒，吴秋生，甲烷的小量化制备和燃烧实验的改进 J高等函授学报（自然科学版），2000,（05）8 任有良，张国