甲烷與氯氣反應(yīng)裝置改進(jìn)

何祖英　申文麗

在高一必修2第三章第一節(jié)中出現(xiàn)了關(guān)于甲烷取代反應(yīng)的典型實(shí)驗(yàn)——與氯氣反應(yīng)，該實(shí)驗(yàn)對(duì)驗(yàn)證甲烷取代反應(yīng)有重要意義，但該實(shí)驗(yàn)在具體實(shí)施過程中往往令人生畏，望而卻步。教師在具體教學(xué)過程中也只是進(jìn)行講解或觀看視頻，究其原因，主要有以下兩點(diǎn)：（1）在氯氣制備過程中會(huì)產(chǎn)生有毒氣體——氯氣。（2）該實(shí)驗(yàn)反應(yīng)條件為光照，課本中明確說不要放在日光直射的地方，以免引起爆炸，這都會(huì)引起學(xué)生恐懼心理，從而拒絕做實(shí)驗(yàn)。

針對(duì)本實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問題，經(jīng)過多次驗(yàn)證嘗試，從實(shí)驗(yàn)的微型化出發(fā)，設(shè)計(jì)了如下改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

一、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

儀器：美瞳瓶一只、5 mL注射器一只、節(jié)能燈、水槽一個(gè)。

試劑：氯氣、甲烷、濃氨水、飽和食鹽水、硬紙盒。

二、實(shí)驗(yàn)操作

1.檢查儀器的氣密性。

2.用美瞳瓶收集一瓶氯氣，迅速塞上橡皮塞；用注射器收集甲烷氣體，用針頭插入瓶中，在紙盒中進(jìn)行操作。

3.在預(yù)先留好的紙盒口中打開蓋子，將白熾燈通電源，直射美瞳瓶，與此同時(shí)，緩緩?fù)苿?dòng)針筒活塞。

4.注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，一開始瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)白霧，30 s后黃綠色完全褪去，并觀察到瓶?jī)?nèi)壁有油狀液滴生成。

5.打開瓶塞，用蘸有濃氨水的玻璃棒靠近瓶口，觀察，有白煙產(chǎn)生。另取一瓶式樣，將針頭倒扣于水槽中，觀察到針尖處有氣泡溢出，一段時(shí)間后，觀察美瞳瓶?jī)?nèi)有水進(jìn)入，水面有一層油狀液體，進(jìn)一步說明有有機(jī)物生成。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)意義

1.實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)。在本實(shí)驗(yàn)中，儀器主要來源于生活中的廢棄物，如針筒、廢棄美瞳瓶等，而且將實(shí)驗(yàn)微型化，對(duì)于藥品節(jié)約和控制污染都是大有好處的。在反復(fù)實(shí)驗(yàn)操作過程中，現(xiàn)象明顯，操作簡(jiǎn)單。

2.實(shí)驗(yàn)安全性得以保證。在未加以改進(jìn)之前，在試管中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，氯氣和甲烷用量較多，若光源控制不當(dāng)，會(huì)有爆炸隱患，本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后一大特點(diǎn)是將實(shí)驗(yàn)微型化，可以大大降低實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)程度，在向瓶?jī)?nèi)緩緩注入甲烷時(shí)，由于壓強(qiáng)影響，會(huì)控制反應(yīng)用量，導(dǎo)致針筒推不動(dòng)，這樣即使在強(qiáng)光下也不會(huì)發(fā)生爆炸。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置中，整個(gè)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)短，這也主要有賴于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置中選擇了壓強(qiáng)控制環(huán)節(jié)，在將甲烷緩緩壓入瓶中過程中，增大了體系壓強(qiáng)，加快了反應(yīng)速率，這樣就促進(jìn)后面反應(yīng)不斷向正反應(yīng)方向移動(dòng)，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，并且能更大限度地生成油狀有機(jī)物，使得后邊驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。

四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1.實(shí)驗(yàn)儀器的選擇要嚴(yán)格遴選，美瞳瓶要驗(yàn)證氣密性，防止氯氣泄露，也可以用醫(yī)用青霉素瓶等替代。針筒在實(shí)驗(yàn)前同樣要檢驗(yàn)氣密性，對(duì)活塞部分要不斷抽拉，試驗(yàn)是否平滑，是否有堵塞現(xiàn)象。

2.在收集氣體時(shí)采用排飽和食鹽水，而不采用排空氣法，查閱相關(guān)資料，究其原因是該反應(yīng)歷程是自由基鏈反應(yīng)，氧氣會(huì)消耗自由基，中斷反應(yīng)鏈。

編輯 謝尾合