甲烷的取代反應實驗改進

羅 鵬

（南京市臨江高級中學 江蘇 南京 211102）

在實際教學工作中，筆者發現對于人教版《化學2》中甲烷與氯氣的取代反應的演示實驗，相當部分的教師都是“講”實驗，并沒有實際動手“做”。其原因大致為：課時進度問題、氯氣的污染問題等等。導致學生很難理解該反應詳細過程，包括反應的進度、產物的種類等問題。因此，筆者通過簡單的實驗設計，比較影響該反應的主要因素，增強實驗的觀察效果，使得學生對該反應有更加深入的理解。

一、實驗原理

無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，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驗過程中氯氣的污染。

圖1 甲烷和氯氣反應的裝置示意圖

二、實驗儀器與試劑：

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

三、實驗步驟

1.將無水醋酸鈉放在蒸發皿里加熱融化，除去水分；給堿石灰加強熱，冷卻后分別研細密封保存備用。［1］在硬質試管里依次加入 6g無水醋酸鈉，3.5g堿石灰，加熱制取甲烷。（實驗條件為0℃、1atm。）

2.取一個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，試管內就會產生氯氣。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驗。

四、結果與討論

1.不同光源對反應的影響

取制備好的甲烷和氯氣的混合氣體，用不同光源進行實驗。

表1 不同光源催化下氯氣與甲烷反應的比較

由于這是一個由光量子引發的鏈式反應，需要具有一定能量的光源照射才能進行。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。波長為 400nm 的可見光，其能量為 298.9kJ／mol，能滿足該反應的能量要求。太陽光中不同顏色的光是波長（頻率）范圍不同的電磁波，是比較理想的光源。但從課堂演示實驗的時效性和安全性以及排除天氣等因素的干擾，我們選擇250W高壓汞燈作為激發光源，做為實驗的最佳條件。

2.不同量的氯氣與甲烷反應

表2 氯氣與甲烷反應的定量比較

現象：轉動活塞，隨著鹽酸的滴入，試管中逐漸生成黃綠色的氣體。250W高壓汞燈激發下，管壁上出現油狀液滴，黃綠色變淺。振蕩分液漏斗，發現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，管壁上再次出現油狀液體。隨著加入鹽酸量增加，分液漏斗內的現象始終都類似。說明在實驗條件下，產物都與反應物的量無關。驗證了甲烷和氯氣反應的特性。

本實驗的裝置簡單易操作，適合學生操作，能排除氧氣等對反應的干擾，定量的研究甲烷和氯氣的反應。驗證包括反應產物及種類、反應進度等在內的問題。使學生對該反應有更加深入的認識。

［1］ 項云.分液漏斗在高中化學實驗創新中的妙用［J］.化學教學，2009，（10）：63