甲烷的制备与性质

精品文档 1欢迎下载 甲烷的制备与性质 一 实验教学目标 1 掌握实验室制备 CH4与 CH4性质实验的操作 2 初步学会 CH4实验的演示教学方法 二 实验原理 CH3COONa NaOH Na2CO3 CH4 CH4 2O2 2H2O CO2 甲烷的物理性质 通常状况下 CH4是无色 无味 可燃和微毒 的气体 密 度比空气小 极难溶于水 甲烷的化学性质 通常情况下 CH4性质稳定 不易与强酸 强碱 卤 素单质的水溶液和强氧化剂反应 空气中燃烧产生淡蓝色火焰 甲烷中混 入氧气或空气遇明火会发生爆炸 CH4的爆炸极限体积比为 5 15 三 仪器 材料与试剂 铁架台 酒精灯 垫木 天平 大试管 锥形瓶 250ml 烧杯 100ml 200ml 研钵 水槽 坩埚钳 镊子 药匙 火柴 集气瓶 玻 璃片 30 导管 直型导管 无水 CH3COONa NaOH CaO Fe2O3 KMnO4 溴水 澄清石灰水 30 H2O2 MnO2 四 实验内容 1 CH4的制备 1 方法一 操作过程 组装实验装置如下图 从左到右 从上到下 点燃 CaO 精品文档 2欢迎下载 检查装置气密性 把导管的下端浸入水槽中 用双手紧握试管底部 也 可用热毛巾捂热或者用酒精灯微热 如果观察到导气管口有气泡逸出 证明装 置气密性良好 取 7 5g 无水 CH3COONa 2 0g NaOH 2 0 g CaO 将三者分别用研钵研 细 再混合均匀 借用纸槽加入洁净 干燥的硬质试管中 塞进单孔塞 点燃酒精灯后 先预热试管 1 2 分钟 然后集中火力由管前向试管尾 加热 用排水法收集 反应开始后 待气泡快速 均匀 连续冒出时 此时整 个装置中的空气已排尽 开始收集 当试管口冒出第一个气泡时 表示已集满 验纯 把用排水法收集的甲烷气体 用大拇指按住试管口 将试管口向 下略倾斜靠近酒精灯火焰 如果甲烷安静的燃烧或发出 噗 的一声 则说明 甲烷纯净 可以进行下面的性质实验 实验结束后 先移出导管后熄灭酒精灯 以防倒吸 实验现象 反应物在加热时融化 验纯时甲烷安静的燃烧 说明甲烷是纯 净的 注意事项 该反应是在无水的条件下进行的 所以发生装置必须干燥 研磨不同固体颗粒时一定要分别研磨 然后在混合均匀 为防止 NaOH 吸水 应将其放在最后研磨 加热时 缓缓向后移动酒精灯 加热时应将试管向下倾斜 保证充分反 应 增加甲烷产量 精品文档 3欢迎下载 甲烷在验纯时试管口应向下略倾斜 该实验中的 CaO 并不参与反应 它的作用是除去苛性钠中的水分 减 少苛性钠与玻璃的作用 防止试管炸裂 同时也使反应混合物疏松 便于甲烷 气体的逸出 实验结束后 先撤导管 后撤酒精灯 防止水倒吸 使试管炸裂 2 方法二 操作过程 组装实验装置 同方法一 检查装置气密性 把导管的下端侵入水槽中 用双手紧握试管底部 也 可用热毛巾捂热或者用酒精灯微热 如果观察到导气管口有气泡逸出 证明装 置气密性良好 取 3g CH3COONa 2 g NaOH 2g Fe2O3 将三者分别用研钵研细 再混 合均匀 借用纸槽加入硬质试管中 药品平铺在试管底部 塞进单孔塞 点燃酒精灯后 先预热试管 1 分钟 然后集中火力由管前向管尾加热 用排水法收集 甲烷极难溶于水 反应开始后 待气泡快速 均匀冒 出时 此时整个装置中的空气已排尽 开始收集 当试管口冒出第一个气泡时 表示已集满 用手捂住试管口 移除水面 验纯 把用排水法收集的一试管甲烷气体 用大拇指按住试管口 将试 管口向下略倾斜靠近酒精灯火焰 如果甲烷安静的燃烧或发出 噗 的一声 则说明甲烷纯净 可以进行下面的性质实验 收集 用排水法分别收集 1 3 体积的甲烷备用 收集完后 将弯型导管 换成直型导管 精品文档 4欢迎下载 实验现象 反应物在加热时融化 验纯时 甲烷安静的燃烧 说明甲烷是 纯净的 该反应制甲烷 产生速度比方法一快 注意事项 该实验中 Fe2O3并不参加反应 它的作用是除去苛性钠中的水分 减少 苛性钠与玻璃的作用 防止试管炸裂 同时也使反应混合物疏松 便于甲烷气 体的逸出 其次 Fe2O3有很好的传热性 所以反应预热时间短 反应快 其密度 大 对反应物有固定作用 导气管伸入发生装置内要稍露出橡皮塞 不要太长 有利于产生的气 体排出 加热时应将试管向下倾斜 实验结束后 先撤导管 后撤酒精灯 防止水倒吸 使试管炸裂 2 甲烷的性质实验 1 甲烷在空气中的燃烧 操作过程 甲烷验纯后直接在导管口点燃 然后在甲烷火焰上方倒置一个 干燥的小烧杯 最后换一个用澄清石灰水浸润的烧杯罩在甲烷火焰上方 观察 实验现象 实验现象 在导管口点燃 开始为浅蓝色火焰 几分钟后看到发出黄色火 焰 在甲烷火焰上方倒置一个干燥的小烧杯 可观察到烧杯壁上有水珠生成 换一个用石灰水浸润的烧杯罩在甲烷火焰上方 可观察到石灰水变浑浊 解释 CH4 2O2 2H2O CO2 点燃 精品文档 5欢迎下载 CO2 Ca OH 2 CaCO3 H2O 注意事项 甲烷经验纯后点燃 可看到浅蓝色火焰 但是有时会看到黄 色火焰 其中原因比较复杂 2 CH4与酸性 KMnO4溶液的反应 操作过程 将直型导管直接通入装有 3ml KMnO4的试管中 观察高锰酸钾 颜色变化 实验现象 高锰酸钾溶液不褪色 解释 CH4无不饱和键 不能与酸性 KMnO4反应使其褪色 注意事项 在空气中放置一段时间后 KMnO4也会褪色 但这是与空气中 的还原物质反应了 而并非 CH4的作用 3 CH4与溴水反应 操作过程 将直型导管直接通入装有 3ml 溴水的试管中 观察溴水的颜 色变化 实验现象 溴水不褪色 解释 CH4无不饱和键 不能与溴水反应使其褪色 注意事项 如果通入甲烷时间过长 可能会看到溴水褪色 其原因是甲 烷从液面下冒出时 对于溴水溶液中易挥发的溴具有 携带 作用 因此通气 时间稍长 也会使溴水溶液的颜色变浅或完全褪去 也可能是由于甲烷中混有 还原性气体所致 从而造成误解 4 CH4与 O2混合爆鸣实验 操作过程 以 H2O2分解法 用排水法在原来已收集的 1 3 体积的甲烷的集 气瓶中继续收集满氧气 用毛玻璃片盖住瓶口 再用抹布包住集气瓶 瓶口对 住火焰点燃 观察现象 实验现象 在火焰点燃后 可看到 火蛇 般的火焰蹿出 并伴有低沉的 爆鸣声 解释 甲烷中混入氧气遇明火会发生爆炸 精品文档 6欢迎下载 注意事项 在做甲烷的燃烧与爆鸣实验时 必须要先验纯 爆鸣时 集气瓶口应高于瓶底 集气瓶口的位置应高于酒精灯火焰 防 止爆鸣冲击力太大 打翻酒精灯 五 相关文献与重点文献综述 1 封享华 彭杰 封丽 甲烷制备实验条件优化 J 化学教学 2013 01 57 59 评价 本篇文章主要研究了多种因素对甲烷制备的影响 旨在优化甲烷制 备的实验条件 通过研究表明 甲烷制备实验主要是由 CH3COONa 与 NaOH 在熔 融时发生反应 由此解释了甲烷制备过程中 试管容易破裂的原因 并指出水 分是否存在是该实验成功与否的关键 通过阅读这篇文章 一方面可提高个人 实验技能 另一方面有利于以后从事教学时对各种实验现象的科学解释 2 秦丙昌 保护试管制备甲烷的方法 J 化学教育 2010 04 75 76 评价 在甲烷制备实验中试管易炸裂 造成资源的浪费 而本篇文章就提 出了保护试管的方法 是通过铜片制作了一种与试管相配套的船形反应器 通 过实验证实该方法不仅有效的保护了试管 而且有利于甲烷产率进一步提高 这 篇文章详细介绍了船形反应器的制作 且经过了实验证实其是行之有效的 这 为我们以后进行甲烷制备实验提供了很好的借鉴作用 3 徐春秀 高师中学化学教学论中甲烷制备实验的教学改进研究 J 江西化工 2011 02 48 51 评价 本文主要是对中学教材中的甲烷的制取实验进行了详细分析 主要 探究了不同催化剂对甲烷制备实验的催化效果 及对合适的反应物配比进行了探 究 且提出了比较适宜的实验方案 这对中学化学中甲烷制取实验有很大提高 并启发了我以后教学时要对课本已有知识进行分析改进 这样才能切实提高自 我的科学素养 4 李志富 许宁 甲烷制备方法的改进研究 J 化学教育 2004 08 52 63 评价 本篇文章对中学的甲烷制备实验做了一个系统的分析与改进 指出 传统的制备方法存在诸多不足 并提出了改进的方法 主要是从硬质试管 药 品组成 性质检验几个方面进行改进 这对甲烷制备实验的整体提高有极大的 作用 在以后从事教学时就可以从中借鉴学习 更好的完成实验的演示 精品文档 7欢迎下载 5 秦丙昌 宋正华 付小普 甲烷制备实验的探讨 J 化学教学 2003 10 12 13 评价 实验室通常采用无水乙酸钠和碱石灰共热制备甲烷 然而 碱石灰的 成分是什么 却有两种不同说法 按上述方法制备甲烷 往往存在反应慢 产率低 等问题 并且 反应过程中有大量水生成 也未得到明确解释 为了解决上述问题 该 文献对此实验进行了探讨 明确了碱石灰的成分 比较了不同制备方法的实验效 果 确定了最佳原料配比 6 刘怀乐 简析甲烷制备实验中遇到的问题 J 化学教育 1991 06 34 35 53 评价 本文以实验为依据 对甲烷制备实验中遇到的问题 谈一些认识 该 文献对于一个实验 开展如此广泛 深入 持久地研究本身 说明了两点 一是这 个实验是中学化学里的重点实验 也是难点实验 二是这个实验本身 从原理到方 法 还有一些未被认识的客观规律 需要进一步地去研究 去分析 这篇文献让我 们认识到了在甲烷制备实验中的很多问题 为我们做更好地甲烷实验提供了很 多意见 7 熊言林 用碱石灰制取甲烷实验失败原因的探讨 J 化学教学 1994 04 7 8 评价 本文介绍了现行高中化学课本中制取甲烷是采用无水醋酸钠和碱石 灰以 1 3 混合加热 导致了实验中反应速度慢 产气率低 而且副反应物多 进行性质实验不明显 以致实验失败 这写现象在我们进行实验中也有同学发 生 在化学实验中对失败的原因进行探讨时很有必要的 恰巧这篇文章对此做 了介绍 对我们解决该问题提供了很好的思路 六 实验安全与实验体会 实验安全 在甲烷制备实验过程中 为防止意外伤害事故 要佩戴护目镜 进行操作 反应物固体装入大试管前如果未衬铝箔 会导致加热过程或反应完 毕试管破裂 做 CH4与 O2相互混合点燃爆鸣实验前 要给周围人群打招呼 以 稳定情绪 实验时 瓶口勿要对人 以免喷出火焰伤人 点燃时 瓶口略向上 倾斜 对着酒精灯焰 不要下倾 以免造成事故 实验体会 在甲烷的制备与性质实验中 甲烷的性质是一个难点 在第一 次做 CH4与 O2混合爆鸣实验很恐惧 害怕会出现危险 但在做完后就觉得没想 象中的那般危险 相反还会觉得很有趣 做化学实验时虽然存在危险 但只要 我们规范操作 就能减少