甲烷的制法与性质

甲烷的制法与性质

一、实验目的

掌握甲烷的实验室制法，了解甲烷的性质；练习不同的实验教学方法。 二、实验原理

CH3COONa+NaOH

Na2CO3+CH4?

CH4+2O2点燃2H2O+CO2

三、实验仪器及药品

铁架台、酒精灯、托盘天平、水槽、研钵、坩埚钳、蒸发皿、铝箔、脱 脂棉、镊子、药匙、石棉网、玻璃棒、火柴、集气瓶、毛玻璃片等；

无水乙酸钠、碱石灰、NaOH、生石灰、Fe2O3、KMnO4、MnO2、浓盐酸、溴水、浓氨水、澄清石灰水等。

四、实验步骤及装置图 1.甲烷制取

取2药匙（约3 g）无水乙酸钠，1药匙(约2 g)NaOH,1药匙（约2 g）Fe2O3,分别研细混匀。将药品装入干燥的试管，管口略向下倾斜，塞上带导管橡皮塞并固定于铁架台。预热1 min后，再对试管底部加热，约1～2 min,即有大量CH4生成。25 min可收集500 mL的CH4。该反应不需烘干药品，产气快，气流稳，气量多，火焰大，节省时间，操作简便。装置图如下图所示。

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。

（2）甲烷与溴水反应。取一支试管，然后再加入约3mL溴水，通入甲烷，振荡，观察颜色变化。

（3）甲烷在空气中的燃烧，在长导管出口处点燃，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。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H2O和CO2生成。

（4）甲烷与氧气混合爆鸣实验（CH4的爆炸极限的体积比为5%～10%） 以H2O2为原料，用排水法收集2/3体积的氧气，再收集1/3体积的甲烷，盖好瓶口，用抹布包住集气瓶，瓶口对住火焰点燃，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乙酸钠，亦应事先干燥后再使用。

2.碱石灰是苛性钠和生石灰的混合物（1:1）。市售碱石灰中加有粉红色指示剂，使用前应先烘炒至白色后再用。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。

3.做甲烷燃烧实验时应注意把握点燃的时间，在有连续均匀的气泡冒出时在进行点燃操作。

六、相关文献与文献综述

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甲烷是天然气的主要成分，是烷烃中最简单的化合物。甲烷的实验室制法有很多种。常用的方法是采用无水乙酸钠和碱石灰（氢氧化钠和氧化钙的混合物）在高温下加热来制备。但学生在采取该法制备时，气体量较少，有时难以收集到甲烷。主要原因是：1.氢氧化钠吸水性太强，易吸收空气中的水而潮解。2.反应中生成水也易使碱潮解。3.高温下，氢氧化钠成熔融状，易板结，气体难以逸出。笔者通过几种醋酸盐与碱以及不同量氢氧化钙进行实验。结果表明，采用等摩尔量的无水乙酸钠，氢氧化钙（或氢氧化钠）和10%的氧化钙反应制取甲烷，试验成功率高，产生的甲烷气体多，操作方便，且不腐蚀试管。[1]

针对甲烷实验的缺点，近年来有人对该实验进行了研究和改进，有关最佳方案的探讨，各类期刊杂志已有部分报告，但众说不一。其中一个主要原因是：用来衡量实验优劣的标准仅仅是考察甲烷产率的高低，忽略了反应的速率以及过程中试管的破裂对最佳实验条件选择的影响，使最终的结果具有一定的局限性。因

此，本实验从反应产率、反应速率、试管损坏程度等角度进行了综合分析，对“催化剂选择”、“反应物的合适配比”、“催化剂用量”进行了探究。[2]

七、参考文献

[1] 李君，唐静.甲烷实验室制法的改进[J].零陵师范高等专科学校学报.2001,（03）. [2] 徐春秀.高师中学化学教学论中甲烷制备实验的教学改进研究[J].江西化工.2011,(02).