甲烷的制法与性质

甲烷的制法与性质甲烷的制法与性质 一 实验原理 掌握甲烷的实验室制法 了解甲烷的性质 练习不同的实验教学方法 CH3COONa NaOH Na2CO3 CH4 CH4 2O2 2H2O CO2 CH4 2Cl2 4HCl C 由于该实验用的是固 固反应 因此 反应装置可用前面学过的制备 O2的装置 而收集装置用向下排空气法或排水法 二 实验操作过程与实验现象 1 试剂的预处理 由于无水醋酸钠极易吸水 使用前必须先放在蒸发皿中加热灼烧 其现象为 熔化 凝固 再熔化 至变为灰色即停止加热 此过程一直要用玻璃棒搅拌 使受热均匀 用坩埚钳将蒸发皿从三角架上移至石棉网上冷却 再用改锥起 出醋酸钠 转移至研钵 研细备用 一般样品处理有老师提前一天完成 将碱石灰加热灼烧除湿后 放于研钵研细备用 2 甲烷的制取 传统 操作 称取 4 5g 处理过的醋酸钠和 1 2g 氢氧化钠和 1 2g 氧化钙 混合均匀 后装入预先卷成筒状的铝箔内 用纸槽也可以 再装入试管 可避免加热 时试管的破裂 将仪器如制 O2装置一样装好 如下图所示 先均匀预热 再集中火力由管前向管尾加热 用试管收集气体应先验纯 CH4 的爆炸极限的体积比为 5 15 后收集或点燃 现象 试管内的试剂在产生气流的作用下发生移动 水槽中的导管口有气泡 冒出 3 甲烷制取的改进 方法 1 取 2 药匙 约 3g 无水醋酸钠 1 药匙 约 2g NaOH 1 药匙 约 2g Fe2O3 分别研细混匀 将药品装入干燥试管 管口略向下倾斜 塞上带导管 橡皮塞并固定于铁架台上 预热 1min 后 再对试管底部加热 约 1 2min 即有大量 CH4生成 点燃 火焰高度达 4 5cm 5min 可收集 CH4 该反应不 需烘干药品 产气快 气流稳 气量多 火焰大 节省时间 操作简便 方法 2 按堆量 药匙量取 CH3COONa CaO NaOH 2 3 1 CaO 的量可以较 随意 多一些试管腐蚀较轻 少一些腐蚀较重 取好后当即将三者研细混匀 随即使用 本次实验用方法一来制取甲烷 4 甲烷的性质 1 甲烷与酸性高锰酸钾溶液反应 操作 取一支试管 加入约 3mL 酸性高锰酸钾溶液 通入甲烷 观察颜色变 化 现象 无现象 高锰酸钾溶液不退色 2 甲烷与溴水反应 用排水法收集满一试管甲烷 然后再加入约 3mL 溴水 塞上塞子振荡 观察 颜色变化 3 甲烷在空气中的燃烧 操作及现象 甲烷经验纯后点燃 可看到浅蓝色火焰 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 说明有 CO2生成 反应 CH4 2O2 2H2O CO2 CO2 Ca OH 2 CaCO3 H2O 4 甲烷与氯气的取代反应 将一瓶甲烷与一瓶氯气瓶口相对 上下翻倒几次 使其混合均匀 然后在两瓶口间插入两块磨砂玻璃片 分开两瓶 盖好瓶口 放在光亮处 不可使阳光直射 一会儿 可看到瓶内颜色逐渐变浅 用玻璃棒 蘸取浓氨水接近瓶口 立即有白烟生成 NH4Cl 5 甲烷与氧气混合爆鸣实验 方法一 以 KMnO4为原料 用排水法收集 2 3 体积的氧气 再收集 1 3 体积的 甲烷 盖好瓶口 用抹布包住集气瓶 瓶口对住火焰点燃 发生爆鸣 方法二 上述容器还可改用试管进行 以消除实验者的恐惧心理 方法三 将两种气体用同一塑料瓶收集 VO2 VCH4 2 1 满后给瓶口塞一带 导管的塞子 然后将混合气体向肥皂液中挤压 吹出肥皂泡后 再用火柴燃 之 发出 叭叭 的爆鸣声 三 实验应注意的事项 1 此实验成功与否的关键取决于药品是否无水 即使是新购回的无水醋酸钠 亦应事先干燥后再使用 2 碱石灰是苛性钠和生石灰的混合物 1 1 市售碱石灰中加有粉红色指示 剂 使用前应先烘炒至白色后再用 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 3 该实验所需的氯气常温下可用 KMnO4和盐酸 8mol L 1 制取 收集氯气用排 饱和食盐水法来进行 四 相关文献与重点文献综述 甲烷制备实验的探讨 J 中 对中实验室制备甲烷的方法进行了探究 三种 制备方法中 单用碱石灰与无水乙酸钠反应 反应时间很长 甲烷产率较低 效果差这显然与碱石灰的主要成分为氢氧化钙有关 由于氢氧化钙在高温时容 易发生分解反应生成氧化钙和水 所以 无水乙酸钠和碱石灰共热 同时发生 了如下两个反应 2CH3COONa NaOHCH4 Na2CO3 Ca OH 2CaO O 即真正与无水乙酸钠起反应生成甲烷的 仅是碱石灰的次要成分氢氧化钠 而 碱石灰的要成分氢氧化钙及受热后分解出的氧化钙 虽然减小了氢氧化钠与试 管的接触面 起到了保护试管的作用 但是 它们也大大减小了氢氧化钠与无 水乙酸钠的接触面 冲稀了反应物浓度 再加上氢氧化钙分解生成的水也不利 于生成甲烷的反应 于是 就导致这种制备方法反应时间长 产率低 效果不 好 用碱石灰 氢氧化钠代替碱石灰与无水乙酸钠反应 虽然产率仍不太高 但反应时间大大缩短 效果明显好转 这显然与氢氧化钠在反应物中所占份额 增大 与无水乙酸钠接触面增大有关 而氢氧化钙分解生成的水对反应不利 所以产率不太高 第三种方法 用无水乙酸钠和氢氧化钠 生石灰共热制备甲 烷 反应快 产率高 并且原料便宜易得 是较理想的实验方法 其中 无水乙 酸钠和氢氧化钠起反应物的作用 生石灰主要起保护试管的作用 最佳原料配 比为 质量比 无水乙酸钠 氢氧化钠 生石灰 1 0 75 0 4 0 8 甲烷实验室制法的改进中 对催化剂种类的选择 还有用量的选择都做了 试验进行了比较 也对反应物配比的选择进行了试验 最后从数据讨论得出了 结果 甲烷的实验室制法 在中师化学教材中均采用无水醋酸钠和碱石灰共热 来制取 可此法操作繁琐 成功率低 且无水醋酸钠和碱石灰易吸水受潮使反 应速率减慢 生成物减少 难以完成教学任务 为了克服这些缺点 笔者做了 多次试验 发现用无水醋酸钠和氢氧化钠作反应物 选择铁粉和氯化钠作催化 剂 试验效果较为理想 五 参考文献 1 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 2 李秀琴 陈峰 甲烷实验室制法的改进 J 固原师专学报 2000 03 3 李君 唐静 甲烷实验室制法的改进 J 零陵师范高等专科学校学报2001 03 4 周渊 实验室制取甲烷的最佳条件探讨 J 内蒙古教育学院学报 1999 04 5 李道敏 甲烷实验室传统制