甲烷的制備與性質(zhì)

1、甲烷的制備與性質(zhì)一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)掌握實(shí)驗(yàn)室制備CH4及CH4性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的操作；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CH4制備的主反響：CH3COONa+NaOHfNa2CQ+CHd?CH4制備的副反響：CH4在空氣中的燃燒點(diǎn)燃CH4+2O22H2O+CO2CH的物理性質(zhì)：俗名天然氣、沼氣、坑氣、瓦斯.通常狀況下,CH4無色、無味、極難溶于水(17c時(shí),3.5mg*100mL-1),密度比空氣小(標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.717g*L-1),結(jié)構(gòu)為正四面體非極性分子,是有機(jī)物中最簡(jiǎn)單的分子.CH4的化學(xué)性質(zhì)：通常情況下,CH4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)氧化劑反響,特定條件下會(huì)發(fā)

2、生一些反響.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(CH4的爆炸極限體積比為5%-15%),引燃溫度為538C0三、實(shí)驗(yàn)用品與儀器鐵架臺(tái)、酒精燈、火柴、大試管、單孔橡膠塞、120°,300玻璃導(dǎo)氣管、研缽、水槽、集氣瓶、玻璃片、電子天平、地竭鉗、鋁箔、藥匙、玻璃棒、錐形瓶.無水CH3COONa(L.R.)、堿石灰(L.R.)、NaOHL.R.)、CaO(L.R.)、Fe2O3(L.R.)、0.1%酸性KMnO4(aq)、澄清Ca(OH)2(aq)、30%H2O2(aq)、MnO2(L.R.).四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.CH4的制取與收集(1)方法1實(shí)驗(yàn)操作過程及現(xiàn)象：檢

3、查裝置氣密性：然后稱取取7.5g處理過的無水CH3COONa、2.0gNaOH、2.0gCaO,再將它們分別在研缽內(nèi)研成粉末后混合均勻后放入已剪好的鋁箔中,將裝有藥品的鋁箔推入潔凈、枯燥的大試管,管口略向下傾斜,預(yù)防加熱時(shí)反響產(chǎn)生的水倒流入高溫加熱部,使試管破裂塞進(jìn)單孔塞；根據(jù)從左到右,從上到下的原那么組裝儀器裝置如下列圖;點(diǎn)燃酒精燈后,先預(yù)熱試管中后部位12分鐘切勿預(yù)熱到鐵夾處,然后集中在試管的藥品前部加熱,一段時(shí)間后當(dāng)出氣量減弱時(shí)在集中于試管底部加熱.大試管的傾斜角度要適度,以預(yù)防生成的氣體將前面的藥品帶出堵住試管口；導(dǎo)氣管剛開始有氣泡冒出時(shí)不接收,待氣泡快速、均勻、冒出時(shí),表示管中空氣排

4、盡.取支試管,其中裝滿水,用大拇指堵住試管口,倒置于盛有水的水槽中,開始收集CH4當(dāng)所需的CH4收集完畢,先要取出導(dǎo)管在撤離酒精燈,以防倒吸.撤除裝置,處理藥品,清洗儀器.考前須知：該反響是在無水條件下進(jìn)行的,因此發(fā)生裝置必須枯燥；.2研磨不同固體顆粒時(shí)一定要分開研磨,然后再均勻混合.為預(yù)防NaOH吸收空氣中的水分,應(yīng)將NaOH的研磨放在最后；O3CaO并不參與反響,它的作用是除去苛性鈉中的水分,減少苛性鈉與玻璃的作用,分散和固定液相,降低液面的流動(dòng)性,減弱或預(yù)防試管腐蝕和破裂,同時(shí)也使反響物混合疏松,利于CH4氣體的逸出. 驗(yàn)純：把用排水法收集的甲烷氣體,用大拇指按住試管口,將試管口向下略傾

5、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,那么說明甲烷純潔,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：反響物在加熱時(shí)融化,驗(yàn)純時(shí)甲烷安靜的燃燒,說明甲烷是純潔的.考前須知：該反響是在無水的條件下進(jìn)行的,所以發(fā)生裝置必須枯燥；研磨不同固體顆粒時(shí)一定要分別研磨,然后在混合均勻.為預(yù)防NaOH吸水,應(yīng)將其放在最后研磨；加熱時(shí),緩緩向后移動(dòng)酒精燈,加熱時(shí)應(yīng)將試管向下傾斜,保證充分反響,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；該實(shí)驗(yàn)中的CaO并不參與反響,它的作用是除去苛性鈉中的水分、減少苛性鈉與玻璃的作用,預(yù)防試管炸裂,同時(shí)也使反響混合物疏松,

6、便于甲烷氣體的逸出；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,先撤導(dǎo)管,后撤酒精燈預(yù)防水倒吸,使試管炸裂.方法二操作過程：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,證實(shí)裝置氣密性良好；取3gCH3COONa、2gNaOH、2gF及O3,將三者分別用研缽研細(xì),再混合均勻,借用紙槽參加硬質(zhì)試管中藥品平鋪在試管底部,塞進(jìn)單孔塞；點(diǎn)燃酒精燈后,先預(yù)熱試管1分鐘,然后集中火力由管前向管尾加熱；用排水法收集甲烷極難溶于水,.反響開始后,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,開始收集.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

7、面； 驗(yàn)純：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,那么說明甲烷純潔,可以進(jìn)行下面的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)； 收集：用排水法分別收集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.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：反響物在加熱時(shí)融化；驗(yàn)純時(shí),甲烷安靜的燃燒,說明甲烷是純潔的；該反響制甲烷,產(chǎn)生速度比方法一快.考前須知： 該實(shí)驗(yàn)中Fe2O3并不參加反響,它的作用是除去苛性鈉中的水分、減少苛性鈉與玻璃的作用,預(yù)防試管炸裂,同時(shí)也使反響混合物疏松,便于甲烷氣體的逸出；其次FeO3有很好的傳熱性,所以反響預(yù)熱時(shí)間短,反響快；其密度大,對(duì)反響物有固定作

8、用. 導(dǎo)氣管伸入發(fā)生裝置內(nèi)要稍露出橡皮塞(不要太長(zhǎng))有利于產(chǎn)生的氣體排出；加熱時(shí)應(yīng)將試管向下傾斜；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,先撤導(dǎo)管,后撤酒精燈(預(yù)防水倒吸,使試管炸裂).2.甲烷的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)(1) 甲烷在空氣中的燃燒操作過程：甲烷驗(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)枯燥的小燒杯；最后換一個(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,開始為淺藍(lán)色火焰,幾分鐘后看到發(fā)出黃色火焰；在甲烷火焰上方倒置一個(gè)枯燥的小燒杯,可觀察到燒杯壁上有水珠生成；換一個(gè)用石灰水浸潤(rùn)的燒杯罩在甲烷火焰上方,可觀察到石灰水變渾濁.解釋：點(diǎn)燃CH4+2O22H2O+CO2CO2+Ca(OH)

9、2CaCO3+H2O考前須知：甲烷經(jīng)驗(yàn)純后點(diǎn)燃,可看到淺藍(lán)色火焰,但是有時(shí)會(huì)看到黃色火焰,其中原因比擬復(fù)雜.(2) CH4與酸性KMnO4溶液的反響操作過程：將直型導(dǎo)管直接通入裝有3mlKMnO4的試管中,觀察高銳酸鉀顏色變化.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：高鈕酸鉀溶液不褪色.解釋：CH4無不飽和鍵,不能與酸性KMnO4反響使其褪色.考前須知：在空氣中放置一段時(shí)間后,KMnO4也會(huì)褪色,但這是與空氣中的復(fù)原物質(zhì)反響了,而并非CH4的作用.(3) CH4與澳水反響操作過程：將直型導(dǎo)管直接通入裝有3ml濱水的試管中,觀察澳水的顏色變化.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：澳水不褪色解釋：CH4無不飽和鍵,不能與澳水反響使其褪色考前須知：如果通

10、入甲烷時(shí)間過長(zhǎng),可能會(huì)看到濱水褪色,其原因是甲烷從液面下冒出時(shí),對(duì)于濱水溶液中易揮發(fā)的澳具有“攜帶作用,因此通氣時(shí)間稍長(zhǎng),也會(huì)使濱水溶液的顏色變淺或完全褪去,也可能是由于甲烷中混有復(fù)原性氣體所致,從而造成誤解.(4) CH4與O2混合爆鳴實(shí)驗(yàn)操作過程：以H2O2分解法,用排水法在原來已收集的1/3體積的甲烷的集氣瓶中繼續(xù)收集滿氧氣.用毛玻璃片蓋住瓶口,再用抹布包住集氣瓶,瓶口對(duì)住火焰點(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,并伴有消沉的爆鳴聲.解釋：甲烷中混入氧氣遇明火會(huì)發(fā)生爆炸.考前須知： 在做甲烷的燃燒與爆鳴實(shí)驗(yàn)時(shí),必須要先驗(yàn)純； 爆鳴時(shí),集氣瓶口應(yīng)高于瓶底,集氣瓶

11、口的位置應(yīng)高于酒精燈火焰.預(yù)防爆鳴沖擊力太大,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J.化學(xué)教學(xué),2021,(01):57-59.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.通過研究說明,甲烷制備實(shí)驗(yàn)主要是由CH3COONa與NaOH在熔融時(shí)發(fā)生反響,由此解釋了甲烷制備過程中,試管容易破裂的原因.并指出水分是否存在是該實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵.通過閱讀這篇文章,一方面可提升個(gè)人實(shí)驗(yàn)技能,另一方面有利于以后從事教學(xué)時(shí)對(duì)各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的科學(xué)解釋.2 .秦丙昌.保護(hù)試管制備甲烷的方法J.化學(xué)教育,2021,(04):75-76.

12、評(píng)價(jià)：在甲烷制備實(shí)驗(yàn)中試管易炸裂,造成資源的浪費(fèi).而本篇文章就提出了保護(hù)試管的方法,是通過銅片制作了一種與試管相配套的船形反響器.通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)該方法不僅有效的保護(hù)了試管,而且有利于甲烷產(chǎn)率進(jìn)一步提升.這篇文章詳細(xì)介紹了船形反響器的制作,且經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)證實(shí)其是行之有效的.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)改良研究J.江西化工,2021,(02):48-51.評(píng)價(jià)：本文主要是對(duì)中學(xué)教材中的甲烷的制取實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)分析.主要探究了不同催化劑對(duì)甲烷制備實(shí)驗(yàn)的催化效果,及對(duì)適宜的反響物配比進(jìn)行了探究且提出了比擬適宜的實(shí)驗(yàn)方案.這對(duì)中學(xué)化學(xué)

13、中甲烷制取實(shí)驗(yàn)有很大提升,并啟發(fā)了我以后教學(xué)時(shí)要對(duì)課本已有知識(shí)進(jìn)行分析改良,這樣才能切實(shí)提升自我的科學(xué)素養(yǎng).4 .李志富,許寧.甲烷制備方法的改良研究J.化學(xué)教育,2004,(08):52,63.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)的分析與改良,指出傳統(tǒng)的制備方法存在諸多缺乏,并提出了改良的方法.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)行改良,這對(duì)甲烷制備實(shí)驗(yàn)的整體提升有極大的作用,在以后從事教學(xué)時(shí)就可以從中借鑒學(xué)習(xí),更好的完成實(shí)驗(yàn)的演示.5 .秦丙昌,宋正華,付小普.甲烷制備實(shí)驗(yàn)的探討J.化學(xué)教學(xué),2003,(10):12-13.評(píng)價(jià)：實(shí)驗(yàn)室通常采用無水乙酸鈉和堿石灰共熱制備

14、甲烷.然而,堿石灰的成分是什么,卻有兩種不同說法；按上述方法制備甲烷,往往存在反響慢、產(chǎn)率低等問題,并且,反響過程中有大量水生成,也未得到明確解釋.為了解決上述問題,該文獻(xiàn)對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探討,明確了堿石灰的成分,比擬了不同制備方法的實(shí)驗(yàn)效果,確定了最正確原料配比.6 .劉懷樂.簡(jiǎn)析甲烷制備實(shí)驗(yàn)中遇到的問題J.化學(xué)教育,1991,(06):34-35,53.評(píng)價(jià)：本文以實(shí)驗(yàn)為依據(jù),對(duì)甲烷制備實(shí)驗(yàn)中遇到的問題,談一些熟悉.該文獻(xiàn)對(duì)于一個(gè)實(shí)驗(yàn),開展如此廣泛、深入、持久地研究本身,說明了兩點(diǎn)：一是這個(gè)實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)里的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn),也是難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)；二是這個(gè)實(shí)驗(yàn)本身,從原理到方法,還有一些未被熟悉的客觀規(guī)律,需要進(jìn)一步地去研究,去分析.這篇文獻(xiàn)讓我們熟悉到了在甲烷制備實(shí)驗(yàn)中的很多問