中教實(shí)驗(yàn)甲烷的制備與性質(zhì)

1、中教實(shí)驗(yàn)：甲烷的制備與性質(zhì)一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)1. 掌握實(shí)驗(yàn)室制備CH4與CH4性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的操作；2. 初步學(xué)會(huì)CH4實(shí)驗(yàn)的演示教學(xué)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理CH3COONa+NaOH=2CN+CHCH4+點(diǎn)O燃=2HO+COCH4的物理性質(zhì)：通常狀況下，CH是無色、無味、可燃和微毒的氣體，密度比空氣小,極難溶于水。CH的化學(xué)性質(zhì)：通常情況下，CH性質(zhì)穩(wěn)定，不易與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、鹵素單質(zhì)的水溶液和強(qiáng)氧化劑反應(yīng)，空氣中燃燒產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，甲烷中混入氧氣或空氣遇明火 會(huì)發(fā)生爆炸（CH的爆炸極限體積比為 5%-15%。三、儀器、材料與試劑鐵架臺(tái)、酒精燈、墊木、天平、大試管、錐形瓶（250ml ）、燒杯（100ml、2

2、00ml） 研缽、水槽、坩堝鉗、鑷子、藥匙、火柴、集氣瓶、玻璃片、30導(dǎo)管、直型導(dǎo)管。無水 CHCOON、NaOH CaO FezQ、KMnO 溴水、澄清石灰水、 30%HCb、MnO=四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. CH4的制備（1）方法一 操作過程按上圖連接好實(shí)驗(yàn)裝置（從左到右，從上到下）后，檢查裝置氣密性：把導(dǎo) 管的下端浸入水槽中，用雙手緊握試管底部（也可用熱毛巾捂熱或者用酒精燈微 熱），如果觀察到導(dǎo)氣管口有氣泡逸出，證明裝置氣密性良好；取7.5g無水CHCOON，2.0g NaOH，2.0 g CaO，將三者分別用研缽研細(xì)，再混合均勻后用紙 槽加入潔凈、干燥的硬質(zhì)試管中，用單孔橡皮塞塞住試管口；再點(diǎn)

3、燃酒精燈，先預(yù)熱試管12分鐘，然后集中加熱；反應(yīng)幵始后，待氣泡快速、均勻、連續(xù)冒出 時(shí)，此時(shí)整個(gè)裝置中的空氣已排盡， 幵始收集氣體。當(dāng)試管口冒出第一個(gè)氣泡時(shí)， 表示已集滿；用排水法收集一試管甲烷氣體，用大拇指按住試管口，將試管口向 下略傾斜靠近酒精燈火焰，如果甲烷安靜的燃燒或發(fā)出“噗”的一聲，則說明甲 烷純凈，可以進(jìn)行下面的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先移出導(dǎo)管后熄滅酒精燈，以 防倒吸。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象反應(yīng)物在加熱時(shí)融化；驗(yàn)純時(shí)，甲烷安靜的燃燒，說明甲烷是純凈的。 解釋CH3COONa+NaOH=2CNOa3+CH4 注意事項(xiàng) 該反應(yīng)是在無水的條件下進(jìn)行的，所以發(fā)生裝置必須干燥；加熱時(shí)，緩緩向 后移動(dòng)酒精

4、燈，加熱時(shí)應(yīng)將試管向下傾斜，保證充分反應(yīng)，增加甲烷產(chǎn)量；甲烷 在驗(yàn)純時(shí)試管口應(yīng)向下略傾斜；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先撤導(dǎo)管，后撤酒精燈（防止水倒 吸，使試管炸裂） 。（2）方法二 操作過程 按上圖連接好實(shí)驗(yàn)裝置（從左到右，從上到下）后，檢查裝置氣密性：把導(dǎo) 管的下端侵入水槽中，用雙手緊握試管底部（也可用熱毛巾捂熱或者用酒精燈微 熱），如果觀察到導(dǎo)氣管口有氣泡逸出，證明裝置氣密性良好；取3g CH3COON、a 2g NaOH 2g FezO，將三者分別用研缽研細(xì)，再混合均勻，借用紙槽加入硬質(zhì)試管 中（藥品平鋪在試管底部） ，用單孔橡皮塞塞住試管口；點(diǎn)燃酒精燈后，先預(yù)熱試 管 1 分鐘，然后集中加熱藥品；反

5、應(yīng)開始后，待氣泡快速、均勻冒出時(shí)，此時(shí)整 個(gè)裝置中的空氣已排盡，幵始收集CH。當(dāng)試管口冒出第一個(gè)氣泡時(shí)，表示已集滿， 用手捂住試管口，移除水面；把用排水法收集的一試管甲烷氣體，用大拇指按住 試管口， 將試管口向下略傾斜靠近酒精燈火焰， 如果甲烷安靜的燃燒或發(fā)出 “噗” 的一聲，則說明甲烷純凈，可以進(jìn)行下面的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)；用排水法收集 1/3 體積的 甲烷備用。收集完后，將彎型導(dǎo)管換成直型導(dǎo)管，繼續(xù)進(jìn)行CH4的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象驗(yàn)純時(shí)，甲烷安靜的燃燒，說明甲烷是純凈的。 解釋CHCOONa+NaOH=2CO+CH 注意事項(xiàng)該實(shí)驗(yàn)中FezQ并不參加反應(yīng)，它的作用是除去苛性鈉中的水分、減少苛性鈉 與玻

6、璃的作用， 防止試管炸裂， 同時(shí)也使反應(yīng)混合物疏松， 便于甲烷氣體的逸出； 其次FeO有很好的傳熱性，所以反應(yīng)預(yù)熱時(shí)間短，反應(yīng)快；其密度大，對(duì)反應(yīng)物 有固定作用。將藥品裝入干燥潔凈的大試管，管口略向下傾斜，塞上帶導(dǎo)管橡膠 塞并固定于鐵架臺(tái)上。預(yù)熱 1min 后，再集中火力有管前向管尾加熱，約 1-2min ， 即有大量CH的生成。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先撤導(dǎo)管，后撤酒精燈（防止水倒吸，使試管 炸裂）。2甲烷的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)（1） CH與酸性KMnO溶液的反應(yīng) 操作過程取一支試管， 加入約 3ml 酸性 KMnO 4溶液，將有 CH4 生成的直型導(dǎo)管直接 通入試管中，觀察試管中顏色變化。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象KMnO 4

7、溶液不褪色。 解釋CH4性質(zhì)穩(wěn)定，不能與酸性 KMnO 4反應(yīng)使其褪色。 注意事項(xiàng)氣體通入溶液中， 為使觀瞻性更好， 溶液濃度不宜過大。 在空氣中放置一段 時(shí)間后， KMnO 4也會(huì)褪色，這是因?yàn)榕c空氣中的還原物質(zhì)反應(yīng)了，而并非 CH4 的作用。(2) CH4與溴水反應(yīng) 操作過程取一支試管， 加入約 3ml 溴水，將有 C H 4生成的直型導(dǎo)管直接通入試管中， 觀察試管中顏色變化。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 溴水不褪色。 解釋CH4性質(zhì)穩(wěn)定，不能與溴水反應(yīng)使其褪色。 注意事項(xiàng) 本實(shí)驗(yàn)中溴水不應(yīng)該褪色， 但偶爾會(huì)觀察到褪色。 可能原因是氣體將溶解度 較小的液溴吹出溶液，或者是 C H 4中混有還原性氣體所致。(

8、 3)甲烷在空氣中的燃燒 操作過程CH 4驗(yàn)純后直接在導(dǎo)管口點(diǎn)燃， 然后在甲烷火焰上方倒置一個(gè)干燥的小燒杯， 再換一個(gè)用澄清石灰水浸潤(rùn)的燒杯罩在甲烷火焰上方，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 在導(dǎo)管口點(diǎn)燃，看到淺藍(lán)色火焰，在甲烷火焰上方倒置一個(gè)干燥的小燒杯， 觀察到燒杯壁上有水珠， 換一個(gè)用石灰水浸潤(rùn)的燒杯罩在甲烷火焰上方， 觀察到 石灰水變渾濁。 解釋CH4+2O2f=2H 2O+CO2CO2+Ca(OH)2=CaCO3 +H2O可看到顯藍(lán)色火焰， 但有時(shí)看到的是黃色火焰， 其中的原因 注意事項(xiàng) 經(jīng)驗(yàn)純后點(diǎn)燃，比較復(fù)雜(4) CH與Q混合爆鳴實(shí)驗(yàn) 操作過程用HQ分解法，在原來已收集的1/3體積的甲烷

9、的集氣瓶中繼續(xù)收集滿氧氣。 用毛玻璃片蓋住瓶口，再用抹布包住集氣瓶，瓶口斜向上對(duì)住酒精燈火焰點(diǎn)燃， 觀察現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 在火焰點(diǎn)燃后，可看到“火蛇”般的火焰躥出，并伴有低沉的爆鳴聲。 解釋CH4中混入Q2遇明火會(huì)發(fā)生爆炸。 注意事項(xiàng)在做 CH4 的燃燒與爆鳴實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須要先驗(yàn)純；爆鳴時(shí)，集氣瓶瓶口應(yīng)斜 向上并高于酒精燈火焰。防止氣流沖擊力太大，打翻酒精燈。五、相關(guān)文獻(xiàn)與重點(diǎn)文獻(xiàn)綜述1 封享華 ,彭杰,封麗.甲烷制備實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化 .評(píng)價(jià)： 本篇文章主要研究了多種因素對(duì)甲烷制備的影響，旨在優(yōu)化甲烷制備的實(shí)驗(yàn)條件。研究結(jié)果表明，甲烷制備實(shí)驗(yàn)主要是在 CHCQQN與NaQH熔融情況下發(fā) 生反應(yīng)，由此

10、解釋了甲烷制備過程中，試管容易破裂的原因。得出水分在反應(yīng)物 中的存在是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，優(yōu)化后得實(shí)驗(yàn)條件能全面解決實(shí)驗(yàn)存在的問題。這 為實(shí)驗(yàn)成功提供了可行性的方法。2 秦丙昌 . 保護(hù)試管制備甲烷的方法 .評(píng)價(jià)： 本研究解決了無水乙酸鈉和氫氧化鈉、 生石灰共熱制備甲烷時(shí)反應(yīng)混合 物腐蝕試管的問題。提出了保護(hù)試管的方法：用銅片制作了一種與試管配套的船 形反應(yīng)器(小銅船) ，實(shí)驗(yàn)中將反應(yīng)物置于小銅船中，再將小銅船置于試管中，外 用酒精燈加熱。研究證明，該方法不僅保護(hù)了試管，還提高了甲烷的產(chǎn)率。這為 我們以后進(jìn)行甲烷制備實(shí)驗(yàn)提供了很好的借鑒作用。3 徐春秀 .高師中學(xué)化學(xué)教學(xué)論中甲烷制備實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改進(jìn)

11、研究 .評(píng)價(jià)：本文主要詳細(xì)分析了中學(xué)教材中的甲烷制備實(shí)驗(yàn)中存在的問題。 探究了 不同催化劑對(duì)甲烷制備實(shí)驗(yàn)的催化效果 ,并對(duì)合適的反應(yīng)物配比進(jìn)行了探究 , 針對(duì) 不同對(duì)象提出了比較適宜的實(shí)驗(yàn)方案。 在現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)教育中有一定的推廣價(jià)值， 對(duì)我們今后從事的中學(xué)教育有一定的借鑒作用。4 李志富，許寧 . 甲烷制備方法的改進(jìn)研究 .評(píng)價(jià)：本篇文章對(duì)中學(xué)的甲烷制備實(shí)驗(yàn)做了一個(gè)系統(tǒng)的分析與改進(jìn)， 指出傳統(tǒng) 的制備方法存在諸多不足， 并提出了改進(jìn)的方法。 主要是從硬質(zhì)試管、 藥品組成、 性質(zhì)檢驗(yàn)幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法不僅提高了甲烷制備的效果和產(chǎn) 氣的純度，確保了實(shí)驗(yàn)藥品和儀器合理有效地使用，而且

12、這種方法更適合于學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，保證學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的安全性，提高實(shí)驗(yàn)的效果的成功率。5 秦丙昌，宋正華，付小普 . 甲烷制備實(shí)驗(yàn)的探討 .評(píng)價(jià)：本文分析了甲烷燃燒實(shí)驗(yàn)中存在的問題：點(diǎn)燃生成的甲烷氣體 , 火焰顏 色并非淡藍(lán)色；在甲烷燃燒火焰上方所罩的燒杯，因產(chǎn)生的C02的密度比空氣大，且從火焰上方取下時(shí)有一翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，收集到的CO2氣體的量太少，較難使注入的石灰水變渾濁。并對(duì)這些問題提出改進(jìn)的方法，對(duì)我們?cè)谥袑W(xué)進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)提供 了更好的方法。6 劉懷樂 .簡(jiǎn)析甲烷制備實(shí)驗(yàn)中遇到的問題 .評(píng)價(jià)：作者在這篇文章中寫到了甲烷制備中常遇到的一些問題， 以及對(duì)這些問 題的認(rèn)識(shí)，并在最后給出了經(jīng)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)所總

13、結(jié)出的建議。在甲烷制備實(shí)驗(yàn)中確實(shí) 存在諸多問題，這對(duì)我們今后的教學(xué)不利的，但作者對(duì)此類問題做了較為系統(tǒng)的 描述和建議，對(duì)我們今后演示甲烷制備實(shí)驗(yàn)有很大借鑒作用。7 熊言林 .用堿石灰制取甲烷實(shí)驗(yàn)失敗原因的探討 . 評(píng)價(jià)：本文介紹了現(xiàn)行高中化學(xué)課本中制取甲烷是采用無水醋酸鈉和堿石灰以1:3 混合加熱，該方法導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)速度慢，產(chǎn)率低，而且副反應(yīng)物多，進(jìn)行 性質(zhì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯， 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)容易失敗。 這些現(xiàn)象在我們實(shí)驗(yàn)中也有常有發(fā)生， 文獻(xiàn)中一些失敗的經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)對(duì)我們解決這些問題提供了很好的思路。六、實(shí)驗(yàn)安全與實(shí)驗(yàn)體會(huì)1、實(shí)驗(yàn)安全CH4 的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)存在一定的安全隱患，在實(shí)驗(yàn)過程中一定要做好必要的 安全措施，如實(shí)驗(yàn)服、護(hù)目鏡、防護(hù)手套的佩戴等。在做CH4與O混合點(diǎn)燃爆鳴實(shí)驗(yàn)前，要提醒周圍同學(xué)，并在空曠的空間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)時(shí)，瓶口對(duì)著空曠的地 方，以免傷人；點(diǎn)燃時(shí)，瓶口對(duì)著酒精燈焰略向上傾斜，以免氣流過大打翻酒精 燈，引發(fā)不安全事故。2、實(shí)驗(yàn)體會(huì)本實(shí)驗(yàn)不安全因素比較多， 實(shí)驗(yàn)前一定要做好預(yù)習(xí)， 每步操作應(yīng)注意的問題都 應(yīng)提前了解。比如在制備實(shí)驗(yàn)中要確保試管和藥品都要干燥。性