甲烷的制备教师版实验.docx

甲烷的制备教师版实验.docx

《甲烷的制备教师版实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《甲烷的制备教师版实验.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

甲烷的制备教师版实验

甲烷的制备

实验原理

CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4

CH4+2O22H2O+CO2

一、主要材料与试剂

硬质大试管、单孔橡皮塞、酒精灯、火柴、垫木、水槽、研钵、橡皮软管、铁架台、玻璃棒、托盘天平、燃烧匙、大烧杯、坩埚钳、砂纸、试管及试管架、蒸发皿

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

二、实验内容

1.试剂的预处理

由于无水乙酸钠极易吸水，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脚架上移至石棉网上冷却，再用改锥起出乙酸钠，转移至研钵，研细备用。

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

称取4g处理过的乙酸钠和12g碱石灰，混合均匀后装入预先卷成筒状的铝箔内，再装入试管，可避免加热时试管的破裂。

将仪器如制O2装置一样装好。

先均匀预热，在集中火力由试管前向管尾加热。

用试管收集气体应先验纯后收集或点燃。

3.甲烷制取的改进

实验装置

取1.4g无水乙酸钠，0.4gNaOH，0.4gFe2O3,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CH4生成。

点燃，火焰高度4~5cm，5min可收集500mLCH4。

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。

4.甲烷的性质

1）甲烷与酸性高锰酸钾溶液反应。

取一只试管，加入约3mL酸性高锰酸钾溶液，通入甲烷，观察颜色变化。

2）甲烷在空气中的燃烧，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的上方，可观察到石灰水变浑浊，说明有CO2生成。

3）甲烷与溴水反应。

用排水法收集满一试管甲烷，然后再倒入约3mL溴水，塞上塞子振荡，观察颜色变化。

三、注意

1.实验前先检查装置的气密性。

2.试管口要略微向下倾斜：

防止加热生成的水回流，使试管底部破裂。

3.导气管伸入发生装置内要稍露出橡皮塞（不要太长）有利于产生的气体排出。

4.加热时先预热1min。

5.实验结束后，先将导气管移出水面，然后熄灭酒精灯：

防止水槽中的水倒流，炸裂试管。

6.该实验中的Fe2O3的作用：

作催化剂、使反应物疏松，气体易于逸出、隔离NaOH与试管接触。

7.此反应采用改进方法。

8.实验中甲烷燃烧时发出黄色火焰，原因是玻璃中含钠元素。

9.实验时甲烷通入酸性高锰酸钾溶液中溶液不退色，说明甲烷性质稳定，不与强氧化剂发生反应。

10.甲烷在空气中燃烧时火焰小，原因是反应物量少，生成气体量少。

乙烯的制备

乙烯的实验室制法 

1.药品:

 乙醇  浓硫酸

2.装置：

圆底烧瓶、温度计、铁架台、水槽、

集气瓶、双孔橡皮塞、酒精灯、导管

3．步骤：

（1）检验气密性。

在烧瓶里注入乙醇和浓硫酸

（体积比1:

3）的混合液约20mL（配置此混合液应

在冷却和搅拌下将15mL浓硫酸满满倒入5mL酒精

中），并放入几片碎瓷片。

（温度计的水银球要伸

入液面以下）

（2）加热，使温度迅速升到170℃，酒精便脱水

变成乙烯。

（3）用排水集气法收集乙烯。

（4）再将气体分别通入溴水及酸性高锰酸钾溶液，

观察现象。

（5）先撤导管，后熄灯。

4.反应原理：

（分子内的脱水反应）

5.收集气体方法：

排水集气法（密度与空气相近）

6．现象：

溶液变黑；气体使溴水及酸性高锰酸钾溶液褪色。

7.注意点：

（1）乙醇和浓硫酸体积比为什么是1:

3？

答：

浓硫酸是强氧化剂，在此反应中氧化乙醇，如果浓硫酸的量少就会很快变为稀硫酸而达不到实验效果。

（2）浓硫酸在反应中的作用？

答：

①催化剂 ②脱水剂（③吸水剂）

（3）为什么要迅速升温到170℃？

答：

如果低于170℃会有很多的副反应发生。

如：

分子之间的脱水反应

（4）为什么要加入碎瓷片？

答：

防止溶液暴沸。

（5）为什么反应过程中溶液逐渐变黑？

答：

①

    （乙醇+浓硫酸）                                          

②

      （c+浓硫酸）                                        

（6）怎样证明生成气体乙烯中混有二氧化硫气体？

怎样除去二氧化硫气体？

答：

①证明用品红溶液

②除去用NaOH溶液+品红溶液

  （二氧化硫使溴水及酸性高锰酸钾溶液方程式）

 实验室制取乙烯的几个为什么

河北省宣化县第一中学　栾春武

一、为什么温度计必须插入液面下？

实验室制取乙烯的反应原理：

CH3－CH2－OH

CH2＝CH2↑＋H2O，温度要迅速上升到170℃，防止140℃时生成副产物乙醚，因为：

CH3－CH2－OH＋HO－CH2－CH3

CH3－CH2－O－CH2－CH3＋H2O。

该反应属于“液体＋液体生成气体型”反应，两种液体混合后，装于圆底烧瓶中，加热要用到酒精灯，只有当温度计插入液面下，但不能接触瓶底，才能准确测出反应时反应液的温度，避免副反应的发生，确保产物的纯度。

二、为什么在圆底烧瓶中要加少量碎瓷片？

因为反应液的温度较高，被加热的又是两种液体，所以加热时容易产生暴沸而造成危险，在反应混合液中加一些碎瓷片是为了防止暴沸，避免意外。

三、为什么收集乙烯用的是排水集气法？

因为乙烯的密度和空气的密度相接近，而且乙烯又难溶于水，故采用该方法。

四、为什么浓硫酸与乙醇的体积比按3:

1混合？

因为浓H2SO4在该反应中除了起催化作用外，还起脱水作用，保持其过量的原因主要是为了使浓H2SO4保持较高的浓度，促使反应向正反应方向进行。

五、为什么制取乙烯时反应液会变黑，还会有刺激性气味产生？

因为在该反应中还伴随有乙醇与浓硫酸发生的氧化还原反应：

C2H5OH＋2H2SO4（浓）

2C＋2SO2↑＋2H2O；

C＋2H2SO4（浓） 

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，由于有C、SO2的生成，故反应液变黑，还有刺激性气味产生。

例题1.实验室制取乙烯，常因温度过高而使乙醇和浓硫酸反应生成少量的C和SO2。

某同学设计下列实验以确定上述气体中含有C2H4和SO2。

（1）试解释装置Ⅰ中反应液变黑的原因：

________。

并写出装置Ⅰ中发生反应的化学方程式__________。

（2）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ装置可盛放的试剂是：

Ⅱ____、Ⅲ____、Ⅳ____、Ⅴ____（请将下列有关试剂的序号填入空格内）。

A.品红溶液    B.NaOH溶液     

C.浓H2SO4    D.酸性KMnO4溶液

（3）能说明SO2气体存在的现象是________。

（4）使用装置Ⅲ的目的是________________。

（5）使用装置Ⅳ的目的是________________。

（6）确定含有乙烯的现象是______________。

解析：

因为在装置Ⅰ中还伴随有乙醇与浓硫酸发生的氧化还原反应，装置Ⅰ中发生的化学反应方程式有：

C2H5－OH

CH2＝CH2↑＋H2O，C2H5OH＋2H2SO4（浓）

2C＋2SO2↑＋2H2O；

C＋2H2SO4（浓）

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，C2H4和SO2都能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色，但乙烯不能与NaOH溶液反应，也不与品红溶液作用，利用NaOH溶液来除去SO2，用品红溶液是否褪色来检验SO2是否除尽。

除尽SO2后，才能用酸性KMnO4溶液来验证乙烯的存在。

答案：

（1）见解析

（2）A B A D  （3）装置Ⅱ中品红溶液褪色（4）除去SO2气体，以免干扰乙烯的检验 （5）检验SO2是否除尽 （6）装置Ⅲ中的品红溶液不褪色，装置Ⅳ中酸性KMnO4溶液褪色。

实验室制备乙烯时，常会遇到以下几个问题，必须正确处理，才会产生令人信服的实验效果。

a．将浓硫酸与酒精混合时，发现溶液变黑褐色。

这主要是混合速度太快引起的。

因浓硫酸被稀释时会释放出大量的热，若得不到及时散发，会使溶液温度过高，引起：

①酒精挥发过多，降低产生的量和速度；②引起酒精的过量炭化结焦，反应物大量损失，降低产气的量和速度；③引起反应的提前发生并损失大量的反应物，无法提供足量的气体供后续实验使用。

b．反应装置产生的气体太少。

这可以从以下几方面找到原因。

①分析是否由于混合不当引起的。

若是，则应重新按正确的操作要求配制。

②看是否加入防沸剂。

最好用河砂或碎瓷片。

它不但能防暴沸，而且还做硫酸氢乙酯分解为乙烯的催化剂（乙醇与浓硫酸作用，先生成硫酸氢乙酯），加快了反应，有利于大量气体的溢出。

③检查装置的气密性。

常见的是双孔塞密封不严或橡胶管破裂，造成气体大量流失。

④看温度计的示数是否高于160℃，温度过低时只能产生少量杂气。

正确的操作是加强热使温度迅速达到160℃以上，方可产生大量有用气体。

c．产生大量使酸性KMnO4和Br水褪色的气体，能点燃，但火焰呈淡蓝色。

制取乙烯的几点注释：

（1）浓H2SO4起催化剂和脱水剂的作用,加沸石或碎瓷片的作用是防止反应混合物受热暴沸。

（2）浓H2SO4与乙醇按3∶1的体积比混合，浓H2SO4过量的原因是促使反应向正反应方向进行。

（3）温度要迅速上升至170℃，防止在140℃时生成副产物乙醚。

此反应属于取代反应而非消去反应。

（4）制乙烯时反应溶液变黑的原因是乙醇与浓H2SO4发生了氧化还原反应：

C2H5OH+2H2SO4（浓）→2C+2SO2↑+5H2O [反应条件：

加热]

C+2H2SO4（浓）→CO2↑+2SO2↑+2H2O[反应条件：

加热]

所以，实验室制取的乙烯中还可能混有CO2、SO2等杂质气体。

乙烯的制备可以用卤代烷脱卤化氢和乙醇脱水的方法制取。

实验室制取乙烯通常采用95%的乙醇和浓硫酸（体积比为1∶3），混合后在碎瓷片的存在下迅速加热到160℃～180℃制得。

1．实验室为什么不采用氯乙烷脱氯化氢进行制备；

2．实验室用乙醇浓硫酸法制取乙烯中浓硫酸的作用是什么？

3．列举实验室用乙醇浓硫酸法制取乙烯的不足之处；

4．有人建议用浓磷酸代替浓硫酸与乙醇反应，结果发现按醇酸体积比为（1∶3）进行反应时，反应混合物在110℃已经沸腾，温度升到250℃以上仍没有乙烯产生。

答案：

1.氯乙烷沸点低，蒸汽有毒，应尽量防止吸入。

2.催化剂和脱水机的作用

3.产生乙烯的温度难控制，副反应多，产生的乙烯纯度低，产率低，耗时长且实验效果不理想，

4.

（1）磷酸中含水较多，乙醇沸点较低，整个反应混合物挥发性较强有关。

（2）加入适量五氧化二磷固体。

[参考资料]实验室新法制取乙烯

一、实验步骤

取一支大试管，加入1g五氧化二磷（粉末或已吸水呈粘稠状的都可以），沿试管内壁慢慢地加入约5mL乙醇，再往试管加入几粒碎玻片，用带导管的胶塞塞紧试管口。

把试管固定在铁架台上，用酒精灯给反应混合物加热，片刻后，就产生大量乙烯气体。

把气体通入溴水，红棕色溴水很快褪色，通入酸性高锰酸钾溶液，紫色高锰酸钾溶液褪色。

点燃产生的气体。

能平稳燃烧，火焰高达8cm。

二、五氧化二磷的作用

五氧化二磷吸水后，生成磷酸作催化剂。

化学方程式为：

三、讨论

1．用H3PO4作催化剂乙醇脱水制乙烯，反应温度要求不高

2．产生乙烯气体多，点燃能平稳燃烧。

3．可以避免部分乙醇被炭化变黑。

用乙醇和浓硫酸制取乙烯实验的不足之处：

1.产生乙烯的温度难控制

用95%乙醇和浓硫酸制取乙烯时，只有温度在170时才有乙烯产生，实际上，若控制反应温度在170-174的范围内反应产生气体的速度较慢，难于在几分钟之内收集一瓶乙烯和做乙烯的其他性质实验。

若要比较快地得到较多的乙烯气体，则温度要达到177左右，而此温度难以控制，稍不注意使温度急剧上升而超过180，这样会发生严重的炭化现象使炭渣附于瓶壁难以清洗。

2.副反应多，产生的乙烯纯度低，产率低。

。

浓硫酸比热高，难以在短时间内迅速升温到170，在140时发生副反应产生乙醚，浓硫酸具有强氧化性伴随乙醇的炭化产生大量的SO2,CO2,H2O，SO2的产生不仅影响乙烯的纯度，干扰乙烯的性质实验，而且还污染环境，有碍健康。

3.实验耗时长而且实验效果不够理想。

如果加热温度超过180，浓硫酸氧化有机物产生的SO2干扰乙烯的性质实验，到实验后期产生乙烯气量不多，导致火焰小，不明亮，看不到明显的黑烟，并且气流不稳定，容易产生倒吸，反应时间过长，一般从加热混合液到性质实验需要花13分钟。

实验的改进意见：

浓磷酸作催化剂，五氧化二磷作脱水剂进行乙烯的制备。

此反应的优点是1.反应温度宽（125-160），只要在125以上便开始产生乙烯，只有轻微的炭化，提高了乙醇的利用率，实验仪器易于清洗无污染，无难闻的气体。

2.副反应少演示效果好3.此方法产生的乙烯纯度高，不含乙醚，二氧化硫，二氧化碳，自始至终保持乙烯平稳产生。

不引起倒吸。

乙烯的生成量大，火焰长达16厘米，保持1分钟所以演示效果好3.实验耗时短，节省时间

乙炔制备

1、实验目的

1、掌握乙炔的制备方法；

2、掌握乙炔的的性质；

3、了解乙炔的用途；

二、实验试剂及仪器

仪器：

止气夹，双孔胶塞，单孔胶塞，水槽，导气管，试管，尖嘴导管，酒精灯，医用针管

药品：

电石，体积比为20﹪的乙醇溶液，酸性高锰酸钾溶液，溴水。

三、实验步骤

1、实验装置图如图所示

2、⑴先按上图将乙炔发生装置、除杂装置和气体收集装置连接好，并检查气密性。

⑵向除杂装置中装入CuSO4溶液。

⑶向发生装置的试管中加入适量电石（约4小颗）。

用医用针管吸2\3的20﹪乙醇溶液，排出针管中的空气。

然后将针管插入胶塞，实验开始应缓慢推下针管活塞。

四、反应原理

实验室中，乙炔是由电石与水作用制得的，反应式如下：

CaC2+2H2O→C2H2+Ca（OH）2。

工业电石中常含有硫化钙、磷化钙和砷化钙等杂质，它们与水作用可以生成硫化氢、磷化氢和砷化氢等恶臭、有毒的还原性气体，它们不仅污染空气，也干扰乙炔的性质实验。

五、收集气体方法1、

1、排水集气法

六、现象

1、反应很剧烈，有大量的气泡生成，很快就收集得到一试管无色的乙炔气体了，但反应还在继续，产生很多气体，来不及收集就排放到空气中造成浪费了

2、可以闻到臭鸡蛋味。

七、注意事项

⑴针管中的空气应注意排除尽，否则乙醇溶液将会漏进试管中，使得反应不容易控制。

⑵点燃乙炔时要注意安全，防止爆炸。

⑶大家在实验过程中要注意安全，注意观察实验现象并做相应的记录。

8、实验室制备乙炔的几个问题

1、大家注意观察CuSO4溶液中有什么生成？

是什么物质？

答、有黑色沉淀产生，是CuS沉淀。

2、乙醇溶液与电石反应和纯水与电石反应反快慢比较？

答、 乙醇溶液与电石反应生成乙炔的过程较乙炔与水的反应缓慢。

3、我们将导气管先后通入高锰酸钾溶液和溴水中，大家观察溶液有什么变化？

答、高锰酸钾溶液和溴水颜色都褪了。

九、例题精析

【例题1】气焊和气割都需要用到乙炔．乙炔俗称电石气（化学式为C2H2），是一种无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水．实验室常用块状固体碳化钙与水反应制备乙炔，该反应比二氧化锰催化过氧化氢分解更加剧烈．请回答：

（1）写出乙炔的物理性质．

（2）从下图选择实验室制备乙炔所用仪器的最佳组合是和（填序号）．

【答案】无色无味的气体，或密度比空气略小，难溶于水；A；E．

【解析】

（1）物理性质是不需要通过化学变化表现出来的性质．根据题给信息可知，乙炔俗称电石气（化学式为C2H2），是一种无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，都是物理性质．

故答案为：

无色无味的气体，或密度比空气略小，难溶于水；

（2）根据题给信息可知，制取乙炔反应为固体和液体不需加热的反应，且生成的气体不易溶于水、密度比空气小，制备与制二氧化碳的反应物状态和条件相同，故制备的最佳组合应用能控制反应速度的装置A，收集可选D与E，但该题要求最佳的收集方法（即最纯净的气体），所以应选E排水法进行收集．