甲烷的制备与性质

甲烷的制法与性质
韦骁珉 41007177
化学四班
一、目的与要求
1.掌握甲烷的实验室制法及其性质；
2.练习关于甲烷的实验教学方法
二、实验原理 ↑+∆+4323CH CO Na NaOH COONa CH 2224CO O 2H O CH ++点燃 三、主要材料与试剂
铁架台、酒精灯、大试管、托盘天平、研钵、水槽、镊子、药匙、三角架、石棉网、玻璃棒、火柴、集气瓶、玻璃片
无水醋酸钠、CaO 、NaOH 、酸性4KMnO 溶液、溴水、澄清石灰水
四、实验内容
1.甲烷的制取
（1）COONa CH 3 ∶CaO ∶NaOH =1.5∶0.4∶0.4，CaO 的量可以较随意，多一些试管腐蚀较轻，少一些腐蚀较重。

用托盘天平分别称取4.5g 处理好的无水醋酸钠，1.2g CaO 和NaOH ，将取好的药品分别在研钵中研磨成细粉，研磨后用玻璃棒将三者搅拌均匀，用纸槽将其装入大试管。

（2）将仪器如制2O 装置一样装好，先均匀预热，再集中火力由管前向管尾加热，收集一试管甲烷先验纯（甲烷的爆炸极限的体积比为5%~15%），再用排水法收集甲烷。

2.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，观察颜色变化。

实验现象：酸性高锰酸钾未褪色。

（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，观察颜色变化。

实验现象：溴水颜色未发生变化。

（3）甲烷在空气中的燃烧，甲烷经验纯后点燃。

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。

取下烧杯，在烧杯中倒入澄清石灰水，可观察到澄清石灰水变浑浊，说明有2CO 生成。

实验现象：甲烷燃烧火焰微黄，烧杯壁上有水珠生成，在烧杯中倒入澄清石灰水，可观察到澄清石灰水变浑浊。

反应本质：2224CO O H
O CH ++点燃；
O H CaCO OH Ca CO 2322+↓=+）（ （4）甲烷与氧气混合爆鸣实验。

先用排水法在集气瓶中收集1/3体积的甲烷，再以22O H 和2MnO 制取氧气，在同一集气瓶中用排水法收集2/3体积的氧气，盖好瓶口，用抹布包住集气瓶，瓶口对住火焰点燃，瓶口微微向上倾斜。

实验现象：发生爆鸣。

五、注意事项
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.该实验中的CaO 并不参与反应，它的作用是除去NaOH 中的水分、减少NaOH 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.研磨时，最后研磨NaOH ，因为NaOH 易吸水。

4.给混合物加热时, 应由试管前部向后逐渐移动并缓缓加热, 若加热过猛, 也会发生生成丙酮的反应。

5.吸取试剂瓶中的试剂时，先提，再挤，然后吸，再放，这些动作都要垂直，向试管中滴加溶液时，也要垂直悬空。

6.做甲烷爆鸣实验时，集气瓶口应微微向上倾斜，靠近酒精灯火焰。

六、思考与讨论
1.醋酸钠和氢氧化钠反应制取甲烷的反应一般认为是自由基反应，它由以
下过程组成。

链引发：COONa CH 3 → 3CH • + COONa •
甲烷生成：3CH • +NaOH →4CH + ONa •
碳酸钠生成：ONa • + COONa CH 3→3CH • +32CO Na
链终止：ONa • + COONa • → 32CO Na
当反应的温度过高时：
3CH • + COONa CH 3 → 33COOCH CH + ONa •
链终止时产生CO ：2COONa • → CO +32CO Na
2.甲烷点燃后火焰呈黄色的原因有：燃烧不充分；甲烷气不纯。

如制气加热过猛或NaOH 用量不足，还会发生两分子醋酸钠生成丙酮 ： 2COONa CH 3→33COCH CH + 32CO Na
当丙酮混入甲烷，火焰就夹带有黄色。

七、相关文献与重点文献综述
在甲烷的制备中，若直接用普通醋酸钠与NaOH 混匀，放在试管里加热，由于醋酸钠含结晶水，NaOH 易吸湿，混合加热一段时间后，混合物呈熔融状，不利于甲烷生成，易使试管炸裂，实验不能成功。

若用已干燥的COONa CH 3与NaOH 混合加热，由于两者极易炸裂，实验仍不能成功。

若用已干燥的 COONa CH 3、NaOH 与碱石灰混合加热，加热过程中混合物较干燥、膨松，甲烷生产量较大，现象较明显，但试管不易刷洗。

若COONa CH 3过量，加热时会分解出丙酮，甲烷燃烧火焰便带有黄色；若NaOH 过量，则试管极易炸裂。

若用铁粉及二氧化锰代替碱石灰，加快了反应速度，混合物较膨松，生成更多的甲烷气体，催化作用较好，而用炉渣灰则可以减少实验花费，混合物更疏松，反应速度加快更有利于甲烷的逸出，试管更不易炸裂，而且实验完成后，试管更容易洗涤，是一种比较理想的吸水剂、催化剂。

所以我们得出“甲烷的制备”的实验条件:醋酸钠与氢氧化钠必须“无水”,催化条件，碱石灰“一般”,铁粉、二氧化锰“较好”,炉渣灰“较理想”。

【1】
在甲烷的制备中，生石灰也起着举足轻重的作用，它可稀释混合物的浓度, 使反应物疏松, 让生成的甲烷气体易于逸出；降低固体氢氧化钠高温时跟玻璃作用的程度，以防止试管的破裂；氢氧化钠的吸湿性很大，水分的存在对甲烷的生成会产生一些副面影响, 而生石灰有着很强的吸水性, 可克服这个缺点。

由此可见, 碱石灰的用量很关键。

反应物的配比也很重要。

反应物无水醋酸钠和碱石灰的配比对甲烷的产率有重要影响, 如果醋酸钠过量,受热后会分解出丙酮, 降低甲烷的产率。

加热混合物时，若先加热试管末端处然后将火焰逐渐前移,结果会导致最初生成的甲烷气体易冲散混合物的细粉质粒,甚至会堵住导管口。

所
以应采用由前往后的加热方法。

【2】
倘若装置仪器时将试管口稍向下倾斜,此时生成的丙酮就可积存于管口,减少了丙酮受热气化混人甲烷的可能性，因试管是热的,实际上采用此装置,总有丙酮蒸气挥发出来,同时也可避免液体倒流炸破试管。

纯净甲烷燃烧的火焰呈淡蓝色，杂有丙酮蒸气时就往往带黄色【3】。

实验室制取甲烷用自制碱石灰较用市售碱石灰好。

因为除了反应温度低、速度快和产率高外,还由于实验时只需将生石灰粉未，与粒状氢氧化钠混合均匀就可在酒精灯加热下与无水酷酸钠反应制得甲烷,所以实验省时间,操作方便【4】。

八、参考文献
[1].李圣菊. 对《甲烷的制备》实验的探究[J]. 教学仪器与实验(中学版), 2006,(03)
[2].李道敏. 甲烷实验室传统制法的优化[J]. 实验教学与仪器, 1999,(04)
[3].陈沙沙. 甲烷制取实验成功的影响因素[J]. 教育仪器设备, 2001,(01)
[4].梁达文. 碱石灰对甲烷制备实验影响的探讨[J]. 化学教育, 1985,(01)。