甲烷的取代反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

羅 鵬

（南京市臨江高級(jí)中學(xué) 江蘇 南京 211102）

在實(shí)際教學(xué)工作中，筆者發(fā)現(xiàn)對(duì)于人教版《化學(xué)2》中甲烷與氯氣的取代反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)，相當(dāng)部分的教師都是“講”實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有實(shí)際動(dòng)手“做”。其原因大致為：課時(shí)進(jìn)度問(wèn)題、氯氣的污染問(wèn)題等等。導(dǎo)致學(xué)生很難理解該反應(yīng)詳細(xì)過(guò)程，包括反應(yīng)的進(jìn)度、產(chǎn)物的種類等問(wèn)題。因此，筆者通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，比較影響該反應(yīng)的主要因素，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的觀察效果，使得學(xué)生對(duì)該反應(yīng)有更加深入的理解。

一、實(shí)驗(yàn)原理

無(wú)水醋酸鈉與堿石灰共熱，生成甲烷，用球型分液漏斗［1］，排水法收集甲烷（圖 1 中 A），倒置分液漏斗。換一個(gè)玻璃塞，在玻璃塞上放置少量的高錳酸鉀固體，重新塞上。在分液漏斗的玻璃管中，加入少量的濃鹽酸。打開活塞，濃鹽酸滴入，與高錳酸鉀反應(yīng)，制得氯氣。這樣就得到甲烷和氯氣的混合氣體（圖1中B），能最大程度地減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氯氣的污染。

圖1 甲烷和氯氣反應(yīng)的裝置示意圖

二、實(shí)驗(yàn)儀器與試劑：

球型分液漏斗若干只、蒸發(fā)皿、硬質(zhì)試管、酒精燈；無(wú)水醋酸鈉、堿石灰、高錳酸鉀、濃鹽酸（約12 mol／L）（所用試劑為分析純）

三、實(shí)驗(yàn)步驟

1.將無(wú)水醋酸鈉放在蒸發(fā)皿里加熱融化，除去水分；給堿石灰加強(qiáng)熱，冷卻后分別研細(xì)密封保存?zhèn)溆谩＃?］在硬質(zhì)試管里依次加入 6g無(wú)水醋酸鈉，3.5g堿石灰，加熱制取甲烷。（實(shí)驗(yàn)條件為0℃、1atm。）

2.取一個(gè)密封性好的球型分液漏斗，使用排水法，將甲烷收集在分液漏斗中。倒置備用。

3.在倒置分液漏斗的玻璃導(dǎo)管中，加入一定量的濃鹽酸。

4.取與分液漏斗中相似的玻璃塞倒置，在上面小心的放約0.5g左右的高錳酸鉀粉末。小心替換原來(lái)球型分液漏斗的玻璃塞，并擰緊。

5.緩慢的滴入濃鹽酸，試管內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生氯氣。形成甲烷和氯氣的混合氣體。在不同的條件下開展定量的實(shí)驗(yàn)。

四、結(jié)果與討論

1.不同光源對(duì)反應(yīng)的影響

取制備好的甲烷和氯氣的混合氣體，用不同光源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

表1 不同光源催化下氯氣與甲烷反應(yīng)的比較

由于這是一個(gè)由光量子引發(fā)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需要具有一定能量的光源照射才能進(jìn)行。資料顯示，Cl2分子的鍵能為 242.4kJ／mol， 若使 Cl2分子離解成氯游離基，必須給予 242.4kJ／mol的能量。波長(zhǎng)為 400nm 的可見光，其能量為 298.9kJ／mol，能滿足該反應(yīng)的能量要求。太陽(yáng)光中不同顏色的光是波長(zhǎng)（頻率）范圍不同的電磁波，是比較理想的光源。但從課堂演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)效性和安全性以及排除天氣等因素的干擾，我們選擇250W高壓汞燈作為激發(fā)光源，做為實(shí)驗(yàn)的最佳條件。

2.不同量的氯氣與甲烷反應(yīng)

表2 氯氣與甲烷反應(yīng)的定量比較

現(xiàn)象：轉(zhuǎn)動(dòng)活塞，隨著鹽酸的滴入，試管中逐漸生成黃綠色的氣體。250W高壓汞燈激發(fā)下，管壁上出現(xiàn)油狀液滴，黃綠色變淺。振蕩分液漏斗，發(fā)現(xiàn)又有黃綠色氣體生成，液面上有少量油狀液體生成。再次光照后，管壁上再次出現(xiàn)油狀液體。隨著加入鹽酸量增加，分液漏斗內(nèi)的現(xiàn)象始終都類似。說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)條件下，產(chǎn)物都與反應(yīng)物的量無(wú)關(guān)。驗(yàn)證了甲烷和氯氣反應(yīng)的特性。

本實(shí)驗(yàn)的裝置簡(jiǎn)單易操作，適合學(xué)生操作，能排除氧氣等對(duì)反應(yīng)的干擾，定量的研究甲烷和氯氣的反應(yīng)。驗(yàn)證包括反應(yīng)產(chǎn)物及種類、反應(yīng)進(jìn)度等在內(nèi)的問(wèn)題。使學(xué)生對(duì)該反應(yīng)有更加深入的認(rèn)識(shí)。

［1］ 項(xiàng)云.分液漏斗在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中的妙用［J］.化學(xué)教學(xué)，2009，（10）：63