甲烷的制法与性质

甲烷的制法与性质

一、实验目的

1、掌握甲烷的实验室制法；

2、了解甲烷的性质；

3、练习不同的实验教学方法。

二、实验原理

1、甲烷的物理性质

通常状况下，甲烷是无色、无味、可燃和微毒的气体。甲烷密度小于空气。

2、实验室制取甲烷的方法

CH

3COONa+NaOH＝Na

2

CO

3

+CH

4

↑

3、甲烷可以燃烧

CH

4+2O

2

＝2H

2

O+CO

2

4、玻璃的主要成分为SiO

2

，NaOH会腐蚀玻璃试管。

SiO

2+2NaOH+H

2

O=Na

2

SiO

3

+2H

2

↑。

将CaO与反应物混合有以下作用

（1）CaO可吸收反应物中的水分

（2）减少NaOH与试管的接触，防止玻璃试管被腐蚀；

（3）CaO可以疏松反应物，使产生的气态容易放出。

5、Fe

2O

3

与反应物混合有以下作用

（1）加快反应速率；

（2）传热性能好，产生气量大；

（3）密度大，可以固着反应物。

三、主要材料与试剂

铁架台、酒精灯、托盘天平、研钵、水槽、药匙、玻璃棒、火柴、集气瓶、玻璃片

无水醋酸钠、碱石灰、NaOH、生石灰、Fe

2O

3

、KMnO

4

、溴水、澄清石灰水

四、实验内容

1.甲烷的验纯

（1）甲烷的制取

①试剂的预处理

称取0.5gNaOH，0.5gCaO，1.5gCH

3

COONa，在研钵中分别研细。然后混合于研钵中，用玻璃棒搅拌均匀。

②检查装置气密性

用插有玻璃弯管的弹孔橡皮塞塞住硬质大试管，将弯管的另里端放入装有水的水槽中。用双手捂住大试管。若装置气密性良好，一段时间后置于水槽中的导气管管口有气泡冒出，将导气管取出水槽，管中会形成一段水柱。否则说明气密性差需更换仪器。

③制备和收集

将药品放入“V”型纸槽中，送入试管底部，将药品平铺于试管底部。按照从左到右，从上到下的原则组装仪器装置（如图所示）点燃酒精灯后，先均匀预热试管1～2分钟，然后集中在试管中药品的前部加热，一段时间后再集中于试管底部加热。导气管开始有气泡冒出，待气泡快速、均匀冒出时，表示管中空气排尽。在试管中装满水，用手指堵住关口，倒置于盛有水的水槽中，收集

一试管CH

4。当试管口冒出第一个气泡时，表示已集满O

2

，用手指堵住试管口移

出水槽。实验完毕，先取出导管再撤离酒精灯，以防倒吸。拆除装置，处理药品，清洗仪器。

（2）检验纯度

点燃酒精灯，将装满CH

4的试管斜向下靠近灯焰，松开手指，若CH

4

安静地

燃烧说明所收集的气体纯净，若发出爆鸣声说明所收集气态不纯。

2.甲烷的制取

①试剂的预处理

称取4.0gNaOH，4.0gFe

2O

3

，6.0gCH

3

COONa，在研钵中分别研细。然后混合

于研钵中，用玻璃棒搅拌均匀。

②检查装置气密性

用插有玻璃弯管的弹孔橡皮塞塞住硬质大试管，将弯管的另里端放入装有水的水槽中。用双手捂住大试管。若装置气密性良好，一段时间后置于水槽中的导气管管口有气泡冒出，将导气管取出水槽，管中会形成一段水柱。否则说明气密性差需更换仪器。

③制备和收集

将药品放入“V”型纸槽中，送入试管底部，将药品平铺于试管底部。按照从左到右，从上到下的原则组装仪器装置（如图所示）点燃酒精灯后，先均匀预热试管1～2分钟，然后集中在试管中药品的前部加热，一段时间后再集中于试管底部加热。导气管开始有气泡冒出，待气泡快速、均匀冒出时，表示管中空气排尽。在试管中装满水，用手指堵住关口，倒置于盛有水的水槽中，收集

一试管CH

4。当试管口冒出第一个气泡时，表示已集满O

2

，用手指堵住试管口移

出水槽。实验完毕，先取出导管再撤离酒精灯，以防倒吸。拆除装置，处理药品，清洗仪器。

3.甲烷的性质

(1)甲烷与酸性高锰酸钾溶液反应。

取一支试管，加入约3mL酸性高锰酸钾溶液，通入甲烷，观察发现颜色无变化。

(2)甲烷与溴水反应。

取一支试管，加入约3mL酸性高锰酸钾溶液，通入甲烷，观察发现颜色无变化。

（3）甲烷在空气中的燃烧

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，说明甲烷在空气中燃烧产生水。换一个用澄清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CO

2产生。

（4）甲烷与氧气混合爆鸣实验。

用排水法收集三瓶甲烷量分别为1/3,、1/2、2/3体积的气体，再用KMnO

4

加热分解法排水收集1/3、1/2、2/3体积的氧气，将三个集气瓶装满。用抹布包住集气瓶，瓶口斜向上对住火焰点燃。发现混合气体中甲烷量越小爆鸣声越大。

五、实验反思

1、对试剂进行预处理时，一定要分别研磨后再均与混合。不能混合研磨否则会在研磨过程中就发生反应甚至发生爆炸。

2、制取CH

4

前要检验装置的气密性。

3、反应物平铺于试管底部，要对试管进行预热且先集中药品前部加热，否则会导致产生的气体无法放出而产生倒吸。

4、做混合气体的爆鸣实验时，毛玻璃片要及时撤去。

六、讲解实验注意事项

1、讲解实验时，身形稳定不能左右前后晃动，也不可手扶讲桌；

2、目光照顾班里所有人；

3、语气确定，不能多次出现“对不对”“是不是”等词。

七、文献综述

用无水醋酸钠和碱石灰（氢氧化钠和氧化钙的混合物）共热来制取甲烷所发生的化学反应较为繁杂，其中由于碱石灰的原因而对甲烷的制取效果产生影响的化学反应有：

反应中氢氧化钠（NaOH）的存在保证了反应按a 进行，甲烷（CH

4

）的产率高，副产物少；如果氢氧化钠的含量减少，则反应按b 进行的程度增大，从反应方程

式可看出甲烷的产率比a 反应低，且反应速度慢,同时由于反应有水（H

2

O）生成，

将促使副反应c 进行，这样不仅消耗反应物无水醋酸钠（CH

3

COONa），进一步降

低甲烷的产率。同时也使副产物丙酮（（CH

3）

2

CO）、二氧化碳（CO

2

）和水的量增

加。本实验中，碱石灰里的氧化钙（CaO，生石灰的主要成分）没有直接参与反应，但其所起的作用却是实验效果好坏的关键因素之一。氧化钙在甲烷制备中的作用有四：一是吸水；二是吸收反应生成的二氧化碳；三是分散高温下对玻璃试管有严重腐蚀的氢氧化钠；四是把加热时因熔化（CH

3

COONa 熔点324OC，NaOH 熔