甲烷的制法与性质
一、实验原理
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。 CH 3COONa+NaOH＝Na 2CO 3+CH4↑
CH 4+2O2＝2H 2O+CO2
CH 4+2Cl2＝4HCl+C
由于该实验用的是固-固反应，因此，反应装置可用前面学过的制备O 2的装置，而收集装置用向下排空气法或排水法。
二、实验操作过程与实验现象
1.试剂的预处理
由于无水醋酸钠极易吸水，使用前必须先放在蒸发皿中加热灼烧。其现象为熔化、凝固、再熔化，至变为灰色即停止加热，此过程一直要用玻璃棒搅拌，使受热均匀。用坩埚钳将蒸发皿从三角架上移至石棉网上冷却，再用改锥起出醋酸钠，转移至研钵，研细备用。（一般样品处理有老师提前一天完成） 将碱石灰加热灼烧除湿后，放于研钵研细备用。
2. 甲烷的制取（传统）
操作：称取4.5g 处理过的醋酸钠和1.2g 氢氧化钠和1.2g 氧化钙，混合均匀后装入预先卷成筒状的铝箔内（用纸槽也可以），再装入试管，可避免加热时试管的破裂。
将仪器如制O 2装置一样装好，如下图所示：
先均匀预热，再集中火力由管前向管尾加热。用试管收集气体应先验纯(CH4的爆炸极限的体积比为5%～15%)后收集或点燃。
现象：试管内的试剂在产生气流的作用下发生移动，水槽中的导管口有气泡冒出。
3. 甲烷制取的改进
方法1：取2药匙(约3g) 无水醋酸钠，1药匙(约2g)NaOH,1药匙(约2g)Fe 2O 3，分别研细混匀。将药品装入干燥试管，管口略向下倾斜，塞上带导管橡皮塞并固定于铁架台上。预热1min 后，再对试管底部加热，约1～2min ，即有大量CH 4生成。点燃，火焰高度达4～5cm ，5min 可收集 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。
方法2：按堆量(药匙量取) ，CH 3COONa ∶CaO ∶NaOH=2∶3∶1，CaO 的量可以较
随意，多一些试管腐蚀较轻，少一些腐蚀较重。取好后当即将三者研细混匀，随即使用。
本次实验用方法一来制取甲烷。
4. 甲烷的性质
(1)甲烷与酸性高锰酸钾溶液反应。
操作：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。 现象：无现象，高锰酸钾溶液不退色。
(2)甲烷与溴水反应。
用排水法收集满一试管甲烷，然后再加入约3mL 溴水，塞上塞子振荡，观察颜色变化。
(3)甲烷在空气中的燃烧。
操作及现象：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。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CO 2生成。
反应：CH 4+2O2＝2H 2O+CO2 CO2+Ca(OH)2=CaCO3 +H2O
(4)甲烷与氯气的取代反应。将一瓶甲烷与一瓶氯气瓶口相对，上下翻倒几次，使其混合均匀，然后在两瓶口间插入两块磨砂玻璃片，分开两瓶，盖好瓶口，放在光亮处(不可使阳光直射) 一会儿，可看到瓶内颜色逐渐变浅，用玻璃棒蘸取浓氨水接近瓶口，立即有白烟生成(NH4Cl) 。
(5)甲烷与氧气混合爆鸣实验。
方法一：以KMnO 4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； 方法二：上述容器还可改用试管进行，以消除实验者的恐惧心理。
方法三：将两种气体用同一塑料瓶收集(VO2∶V CH4=2∶1) ，满后给瓶口塞一带导
管的塞子，然后将混合气体向肥皂液中挤压，吹出肥皂泡后，再用火柴燃之，发出“叭叭”的爆鸣声。
三、实验应注意的事项
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. 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. 该实验所需的氯气常温下可用KMnO 4和盐酸(8mol.L-1) 制取，收集氯气用排饱
和食盐水法来进行。
四、相关文献与重点文献综述
甲烷制备实验的探讨[J]中，对中实验室制备甲烷的方法进行了探究，三种制备方法中, 单用碱石灰与无水乙酸钠反应, 反应时间很长, 甲烷产率较低, 效果差这显然与碱石灰的主要成分为氢氧化钙有关。由于氢氧化钙在高温时容易发生分解反应生成氧化钙和水, 所以, 无水乙酸钠和碱石灰共热, 同时发生了如下两个反应:
2CH 3COONa + NaOHCH4 + Na2CO 3
Ca(OH)2CaO+O
即真正与无水乙酸钠起反应生成甲烷的, 仅是碱石灰的次要成分氢氧化钠。而碱石灰的要成分氢氧化钙及受热后分解出的氧化钙, 虽然减小了氢氧化钠与试管的接触面, 起到了保护试管的作用, 但是, 它们也大大减小了氢氧化钠与无水乙酸钠的接触面, 冲稀了反应物浓度, 再加上氢氧化钙分解生成的水也不利于生成甲烷的反应, 于是, 就导致这种制备方法反应时间长, 产率低, 效果不好。用碱石灰+ 氢氧化钠代替碱石灰与无水乙酸钠反应, 虽然产率仍不太高, 但反
应时间大大缩短, 效果明显好转。这显然与氢氧化钠在反应物中所占份额增大, 与无水乙酸钠接触面增大有关。而氢氧化钙分解生成的水对反应不利, 所以产率不太高。第三种方法, 用无水乙酸钠和氢氧化钠、生石灰共热制备甲烷, 反应快, 产率高, 并且原料便宜易得, 是较理想的实验方法。其中, 无水乙酸钠和氢氧化钠起反应物的作用, 生石灰主要起保护试管的作用。最佳原料配比为( 质量比) : 无水乙酸钠：氢氧化钠：生石灰= 1:0.75:0.4～0.8
甲烷实验室制法的改进中，对催化剂种类的选择，还有用量的选择都做了试验进行了比较，也对反应物配比的选择进行了试验，最后从数据讨论得出了结果。甲烷的实验室制法，在中师化学教材中均采用无水醋酸钠和碱石灰共热来制取，可此法操作繁琐，成功率低，且无水醋酸钠和碱石灰易吸水受潮使反应速率减慢，生成物减少，难以完成教学任务。为了克服这些缺点，笔者做了多次试验，发现用无水醋酸钠和氢氧化钠作反应物，选择铁粉和氯化钠作催化剂，试验效果较为理想。
五、参考文献
[1] 秦丙昌, 宋正华, 付小普. 甲烷制备实验的探讨[J]. 化学教学, 2003,(10)
[2] 李秀琴, 陈峰. 甲烷实验室制法的改进[J]. 固原师专学报, 2000,(03) .
[3] 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) .
[4] 周渊. 实验室制取甲烷的最佳条件探讨[J]. 内蒙古教育学院学报, 1999,(04) .
[5] 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) .
[6] 李志富, 许宁. 甲烷制备方法的改进研究[J]. 化学教育, 2004,(08) .
[7] 任有良, 张国春, 鄢焕荣. 甲烷制备实验的新方法[J]. 教学仪器与实验, 2007,(09) .
[8] 任有良, 张国春, 刘萍. 甲烷制备实验的认识与改进[J]. 商洛学院学报, 2007,(02) .
甲烷的制法与性质
一、实验原理
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。 CH 3COONa+NaOH＝Na 2CO 3+CH4↑
CH 4+2O2＝2H 2O+CO2
CH 4+2Cl2＝4HCl+C
由于该实验用的是固-固反应，因此，反应装置可用前面学过的制备O 2的装置，而收集装置用向下排空气法或排水法。
二、实验操作过程与实验现象
1.试剂的预处理
由于无水醋酸钠极易吸水，使用前必须先放在蒸发皿中加热灼烧。其现象为熔化、凝固、再熔化，至变为灰色即停止加热，此过程一直要用玻璃棒搅拌，使受热均匀。用坩埚钳将蒸发皿从三角架上移至石棉网上冷却，再用改锥起出醋酸钠，转移至研钵，研细备用。（一般样品处理有老师提前一天完成） 将碱石灰加热灼烧除湿后，放于研钵研细备用。
2. 甲烷的制取（传统）
操作：称取4.5g 处理过的醋酸钠和1.2g 氢氧化钠和1.2g 氧化钙，混合均匀后装入预先卷成筒状的铝箔内（用纸槽也可以），再装入试管，可避免加热时试管的破裂。
将仪器如制O 2装置一样装好，如下图所示：
先均匀预热，再集中火力由管前向管尾加热。用试管收集气体应先验纯(CH4的爆炸极限的体积比为5%～15%)后收集或点燃。
现象：试管内的试剂在产生气流的作用下发生移动，水槽中的导管口有气泡冒出。
3. 甲烷制取的改进
方法1：取2药匙(约3g) 无水醋酸钠，1药匙(约2g)NaOH,1药匙(约2g)Fe 2O 3，分别研细混匀。将药品装入干燥试管，管口略向下倾斜，塞上带导管橡皮塞并固定于铁架台上。预热1min 后，再对试管底部加热，约1～2min ，即有大量CH 4生成。点燃，火焰高度达4～5cm ，5min 可收集 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。
方法2：按堆量(药匙量取) ，CH 3COONa ∶CaO ∶NaOH=2∶3∶1，CaO 的量可以较
随意，多一些试管腐蚀较轻，少一些腐蚀较重。取好后当即将三者研细混匀，随即使用。
本次实验用方法一来制取甲烷。
4. 甲烷的性质
(1)甲烷与酸性高锰酸钾溶液反应。
操作：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。 现象：无现象，高锰酸钾溶液不退色。
(2)甲烷与溴水反应。
用排水法收集满一试管甲烷，然后再加入约3mL 溴水，塞上塞子振荡，观察颜色变化。
(3)甲烷在空气中的燃烧。
操作及现象：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。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CO 2生成。
反应：CH 4+2O2＝2H 2O+CO2 CO2+Ca(OH)2=CaCO3 +H2O
(4)甲烷与氯气的取代反应。将一瓶甲烷与一瓶氯气瓶口相对，上下翻倒几次，使其混合均匀，然后在两瓶口间插入两块磨砂玻璃片，分开两瓶，盖好瓶口，放在光亮处(不可使阳光直射) 一会儿，可看到瓶内颜色逐渐变浅，用玻璃棒蘸取浓氨水接近瓶口，立即有白烟生成(NH4Cl) 。
(5)甲烷与氧气混合爆鸣实验。
方法一：以KMnO 4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； 方法二：上述容器还可改用试管进行，以消除实验者的恐惧心理。
方法三：将两种气体用同一塑料瓶收集(VO2∶V CH4=2∶1) ，满后给瓶口塞一带导
管的塞子，然后将混合气体向肥皂液中挤压，吹出肥皂泡后，再用火柴燃之，发出“叭叭”的爆鸣声。
三、实验应注意的事项
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. 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. 该实验所需的氯气常温下可用KMnO 4和盐酸(8mol.L-1) 制取，收集氯气用排饱
和食盐水法来进行。
四、相关文献与重点文献综述
甲烷制备实验的探讨[J]中，对中实验室制备甲烷的方法进行了探究，三种制备方法中, 单用碱石灰与无水乙酸钠反应, 反应时间很长, 甲烷产率较低, 效果差这显然与碱石灰的主要成分为氢氧化钙有关。由于氢氧化钙在高温时容易发生分解反应生成氧化钙和水, 所以, 无水乙酸钠和碱石灰共热, 同时发生了如下两个反应:
2CH 3COONa + NaOHCH4 + Na2CO 3
Ca(OH)2CaO+O
即真正与无水乙酸钠起反应生成甲烷的, 仅是碱石灰的次要成分氢氧化钠。而碱石灰的要成分氢氧化钙及受热后分解出的氧化钙, 虽然减小了氢氧化钠与试管的接触面, 起到了保护试管的作用, 但是, 它们也大大减小了氢氧化钠与无水乙酸钠的接触面, 冲稀了反应物浓度, 再加上氢氧化钙分解生成的水也不利于生成甲烷的反应, 于是, 就导致这种制备方法反应时间长, 产率低, 效果不好。用碱石灰+ 氢氧化钠代替碱石灰与无水乙酸钠反应, 虽然产率仍不太高, 但反
应时间大大缩短, 效果明显好转。这显然与氢氧化钠在反应物中所占份额增大, 与无水乙酸钠接触面增大有关。而氢氧化钙分解生成的水对反应不利, 所以产率不太高。第三种方法, 用无水乙酸钠和氢氧化钠、生石灰共热制备甲烷, 反应快, 产率高, 并且原料便宜易得, 是较理想的实验方法。其中, 无水乙酸钠和氢氧化钠起反应物的作用, 生石灰主要起保护试管的作用。最佳原料配比为( 质量比) : 无水乙酸钠：氢氧化钠：生石灰= 1:0.75:0.4～0.8
甲烷实验室制法的改进中，对催化剂种类的选择，还有用量的选择都做了试验进行了比较，也对反应物配比的选择进行了试验，最后从数据讨论得出了结果。甲烷的实验室制法，在中师化学教材中均采用无水醋酸钠和碱石灰共热来制取，可此法操作繁琐，成功率低，且无水醋酸钠和碱石灰易吸水受潮使反应速率减慢，生成物减少，难以完成教学任务。为了克服这些缺点，笔者做了多次试验，发现用无水醋酸钠和氢氧化钠作反应物，选择铁粉和氯化钠作催化剂，试验效果较为理想。
五、参考文献
[1] 秦丙昌, 宋正华, 付小普. 甲烷制备实验的探讨[J]. 化学教学, 2003,(10)
[2] 李秀琴, 陈峰. 甲烷实验室制法的改进[J]. 固原师专学报, 2000,(03) .
[3] 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) .
[4] 周渊. 实验室制取甲烷的最佳条件探讨[J]. 内蒙古教育学院学报, 1999,(04) .
[5] 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) .
[6] 李志富, 许宁. 甲烷制备方法的改进研究[J]. 化学教育, 2004,(08) .
[7] 任有良, 张国春, 鄢焕荣. 甲烷制备实验的新方法[J]. 教学仪器与实验, 2007,(09) .
[8] 任有良, 张国春, 刘萍. 甲烷制备实验的认识与改进[J]. 商洛学院学报, 2007,(02) .