甲烷的制备与性质实验报告.docx
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甲烷的制备与性质实验报告.docx
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甲烷的制备与性质
一、实验原理
甲烷是无色、无味的气体,密度比空气小,极难溶于水。
甲烷具有可燃性,甲烷燃烧时产生明亮的蓝色火焰;甲烷不能使高锰酸钾溶液和溴水褪色;在光照条件下可以和氯气发生取代反应。
二、实验操作过程与实验现象
1.甲烷制取的改进
方法一:
①组装实验装置如右图:
②实验步骤:
a、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;
b、取1.5gCH3COONa、0.5gNaOH、0.5gCaO,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;
c、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管尾加热;
d、用排水法收集(甲烷极难溶于水,且排水法易于验满)。
反应开始后,待气泡快速、均匀、连续冒出时开始收集,此时整个装置中的空气已排尽,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;
e、验纯:
把用排水法收集一试管甲烷气体,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。
f、实验结束后,先撤导管,后撤酒精灯。
③实验现象:
a、观察到反应物在加热时融化;
b、验纯时,甲烷安静的燃烧,说明甲烷是纯净的。
④关键操作:
a、加热时,缓缓向后移动酒精灯,保证充分反应,增加甲烷产量;
b、甲烷在验纯时试管口应向下略倾斜。
⑤注意事项:
a、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;
b、加热时应将试管向下倾斜;
c、实验结束后,先撤导管,后撤酒精灯(防止水倒吸,使试管炸裂)。
方法二:
①组装实验装置:
(同方法一)
②实验步骤:
a、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;
b、取3gCH3COONa、2gNaOH、2gFe2O3,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;
c、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;
d、用排水法收集(甲烷极难溶于水,且排水法易于验满)。
反应开始后,待气泡快速、均匀冒出时开始收集,此时整个装置中的空气已排尽,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;
e、验纯:
把用排水法收集一试管甲烷气体,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。
f、收集:
用排水法分别收集1/3、1/2、2/3体积的甲烷备用。
③实验现象:
a、观察到反应物在加热时融化;
b、验纯时,甲烷安静的燃烧,说明甲烷是纯净的。
c、该反应制甲烷,产气快、气流稳、节省时间。
④关键操作:
a、加热时,缓缓向后移动酒精灯,保证充分反应,增加甲烷产量;
b、甲烷在验纯时试管口应向下略倾斜。
⑤注意事项:
a、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。
b、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;
c、加热时应将试管向下倾斜;
d、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
⑴甲烷与酸性高锰酸钾溶液反应:
换上直导管,将导管直接通入装有3ml高锰酸钾的试管中,观察高锰酸钾颜色变化。
实验现象:
高锰酸钾溶液不褪色。
⑵甲烷与溴水反应:
换上直导管,将导管直接通入装有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。
(注意:
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,也会使溴溶液的颜色变浅或完全褪去,从而造成误解)。
(3)甲烷在空气中的燃烧:
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,观察到烧杯壁上有什么现象;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:
a:
甲烷在导管口点燃,实验中看到的不是浅蓝色火焰,而是发出黄色火焰,原因是玻璃中含钠元素。
;
b:
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。
说明有H2O生成;
c:
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。
(4)甲烷与氧气混合爆鸣实验:
以H2O2分解法,用排水法在原来已收集的1/3、1/2、2/3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,发生爆鸣。
注意事项:
1.在做甲烷的性质实验实验时,必须要先验纯;
2.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)。
二、实验应注意的事项
(已在“实验操作过程与实验现象”中涉及)
附加问题分析:
做这个实验时,试管很容易破裂,主要是因为普通玻璃种含有SiO2,它会与NaOH发生反应生成有粘性的硅酸钠粘在试管壁上,导致试管受热不均匀,使试管炸裂。
四、相关文献与重点文献综述
1.冯雷、金淑萍在«关于甲烷制备反应机理及性质实验的讨论»【1】讨论了有机化学实验中甲烷的制备反应的机理,提出甲烷性质实验的改进方案,降低了危险性,节约了药品。
2.任有良、周春生、石启英在«甲烷等气体性质实验的改进»【2】中提出甲烷性质试验中,点燃时火焰颜色并非淡蓝色。
点燃时也没有采取预防爆炸的安全措施。
根据以上问题作者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,使用它不仅增强了实验效果,而且确保了实验安全。
同时也针对甲烷稳定性试验中存在的问题,进行了实验装置的改进。
3.陈沙沙在«甲烷制取实验成功的影响因素»【3】中提出为使实验成功,有几个影响因素应加以注意。
1)装置的严密性保证整个装置严密不漏气。
2)所用醋酸盐的种类在制备甲烷的醋酸盐中,最适用的是醋酸钾。
因为它很容易生成甲烷,几乎没有什么副反应。
无水醋酸钾的制备类似于无水醋酸钠。
因价格较贵,不易得到,故常少用。
4.袁国新在«甲烷制取和性质实验的改进»【4】中指出本实验按照课本介绍的方法,用无水NaAc与市售碱石灰加热制取甲烷,温度要求高且反应速度很缓慢,产气量少,不仅集气时间长,而且可燃性实验往往无法进行。
其主要原因是在市售的碱石灰试剂中,NaOH的含量只占1/7,含有水分相当多,不适用于制甲烷,通过实践,作者使用新的自配制试剂后加热只需要一般酒精灯,而且反应速度快,产气量足。
把甲烷的制取及性质实验都在装置中进行,实验现象和效果明显。
五、参考文献
【1】冯雷,金淑萍.关于甲烷制备反应机理及性质实验的讨论[J].河西学院学报,2002,(5):
40~42.
【2】任有良,周春生,石启英.甲烷等气体性质实验的改进[J].实验与创新思维,2005,(9):
9~10.
【3】陈沙沙.甲烷制取实验成功的影响因素[J].教学仪器设备,2001,
(1):
50.
【4】袁国新.甲烷制取和性质实验的改进[J].教学仪器与实验,2000,16(9):
7.
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