甲烷的制取及性质检验

甲烷的制取及性质检验 知识拓展选修课——高二化学在前进 课题:甲烷的制取及性质检验 元济高级中学 高二化学备课组 苏艳丽 一、教学目的: 1、了解实验室制取甲烷的反应原理。 2、利用甲烷性质检验实验，巩固甲烷的性质。 3、初步学会根据气体制备原理选择气体发生装置、根据气体性质选择收集装置。 4、帮助学生掌握固固加热制取气体所需仪器的正确使用和安装，培养学生理论联系实际，分析问题、解决问题的能力。 二、教学重点: 实验室制取常见气体装置的选择依据。 三、教学难点: 脱羧反应的原理。 四、教学过程: 【引入】甲烷是我们步入有机化学后第一个具体学习其性质的物质，它也是最简单的烃。 【设问】请大家回忆甲烷有哪些性质, 【投影】一、甲烷的物理性质:无色无味的气体，难溶于水，密度小于空气。 二、化学性质——稳定 1、燃烧: 2、不能被酸性高锰酸钾溶液和溴水氧化: 3、取代反应: 4、分解反应: 【过渡】甲烷是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。它可用来作为燃料，也可以作为制造氢气、碳黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的重要原料。 甲烷在自然界中广泛分布，例如2012年8月，一项研究明，可能以古老森林遗迹为食的微生物或许正在南极洲冰层深处产生数十亿吨的甲烷气体，这也许就是人类的潜在能源。也许以后石油耗尽了，甲烷将成为未来的重要能源。 其实在科学家研究甲烷的过程中，发现甲烷不光存在于地球上，也存在于其他星球。例如，科学家在1999年就发现火星大气中有甲烷的存在。长久以来，火星大气中甲烷的来源一直困扰着科学家。在2009年的一项研究指出，甲烷是由火星内部释放出来，或许是从冻土阻塞裂缝中蒸发出来，释放到火星大气中，但不知道火星内部的甲烷是如何产生的。近期墨西哥的一组科研人员得出一个不同于以往的、出人意料的结论:甲烷的来源是沙尘暴与尘卷风(魔鬼旋风)。这个研究团队在《地球物理研究通讯》中的一篇文章中指出:基于冰层表面的静电放电效应，我们提出了一个新的甲烷生成机制，由带电的尘卷风及沙尘暴引起的放电效应，将CO气体及水分子离子化，它们的副产物再结合生成甲烷。 2 科学家同样也没有排除甲烷可能通过其它途径产生，但是尘卷风及沙尘暴的快速产生意味着它们也能快速生成甲烷。 【过渡】当然我们的实验室是不可能模拟这样高难度的过程制取甲烷，那么在我们的实验室中该如何制取甲烷气体呢, 【投影】甲烷的实验室制法: 一、制取原理: CHCOONa + NaOH(CaO) ? NaCO+CH? 3234 (无水固体) (固体) 【设问】请大家观察该反应的过程可能是怎么样的, 【分析】1、该反应是CHCOONa中甲基和羧基间的共价键发生断裂，甲基与碱中的氢3 原子相结合生成甲烷的过程，相当于从CHCOONa中失去了羧基部分。 3 2、脱羧反应:从羧酸或其盐中脱去羧基部分的反应。应用这样的原理可以制取 一些简单的烷烃。 【讨论】利用脱羧反应原理，如何制取乙烷, CHCHCOONa+NaOH===CH(气体)+NaCO 322623 3、制取烃的方法还有很多，我们再来看一个用电解法制备烃的例子: 电解羧酸盐溶液，烷基在阳极发生偶联，生成烃。 2CHCOONa 电解 CH CH 333 4、该实验中的CaO并不参与反应，也不是催化剂。由于该反应只有在无水条件 下进行才能成功，所以CaO的作用主要是除去混合物中的水分、同时减少苛性钠 对玻璃的腐蚀作用，另外也使反应混合物疏松，便于甲烷气体的逸出。 【提问】我们在上学期开设的选修课《化学实验》中，已经学习过有关气体制备选择依据的相关知识。请根据该反应原理，选择合适的仪器，并画出实验室制取和收集甲烷的装置图。 【学生小组活动】请一位同学画在黑板上。 【讨论】实验室常根据反应物的状态和反应条件选择制取气体的实验装置。请说出下列实验室常见的三种气体发生装置的适用范围及可以制取的气体种类。 【】A、固+固 加热 制气体装置:O、NH 23 B、 固+液 不加热 制气体装置:H、CO 22 C、 固+液 加热 制气体装置:Cl、HCl 2 此外制取气体还可以选用启普发生器。它的优点是随开随用，随关随停 启普发生器的适用范围:固体与液体试剂在无需加热条件下起反应(启普发生器的构造决定了该装置无法加热);固体应为颗粒或块状，且与液体相遇后不溶解成粉末状(若反应物固体为粉末状，则该装置无法及时控制反应的开始与停止);反应时不产生大量热量(启普发生器的构造决定了该装置无法受热);产生的气体必须难溶于水或难溶于反应液 【讨论】乙炔也是一种常见的气体，其制取原理为: CaC(粉末状固体)+2HO,CH?+Ca(OH) 22222 请你为该气体选择合适的实验室制取装置。 【回答】选B。(当然不能用启普发生器制取乙炔还有其他制约条件，大家可以课下继续查找资料学习。) 【提问】我们回到甲烷的制取中，请大家指出这个实验我们都需要哪些仪器和用品。 【回答】仪器及用品:铁架台、酒精灯、试管、带导管橡皮塞、水槽、药匙、 烧杯，火柴 药 品:无水醋酸钠、NaOH、生石灰、KMnO溶液、溴水、澄清石灰水 4 【学生活动】请一位同学根据装置图找到所需仪器及用品组装实验室制取甲烷的反应装置。 【评价】 【设问】组装好的装置可以直接装入药品开始实验吗, 【回答】不可以，应该先检查装置气密性。 【追问】如何检查该装置的气密性呢,请一名同学演示一下。 【学生演示】强调气密性检验的方法:构建密闭体系——改变压强——观察现象。 【过渡】以上工作做好了，我们就可以正式开始实验了。 【讲解】该反应是必须在无水的条件下进行才能成功，所以仪器和药品都必须是干燥的。仪器在使用前应烘干，药品也要做除湿处理。 【操作】称取4g处理过的醋酸钠和12g碱石灰，混合均匀，这项工作我在课前已经做好，所以我们直接把混合物装入大试管中。 对试管进行加热，将导管放入水槽中。 【现象】有气体产生。 【演示】甲烷的性质检验: 1、 通入酸性高锰酸钾溶液中。 2、 通入溴水中。 3、 点燃并检验燃烧产物。 【分析】可燃性气体不能直接点燃，因为可燃性气体与氧结合容易产生爆炸，所 以点燃前要先验纯，确保实验的安全。 【甲烷验纯的方法】收集一试管甲烷气体，集满甲烷的试管用拇指堵住管口，管 口朝下，立即移近酒精灯火焰，点燃试管里的甲烷。点火后，根据声音判断甲烷 是否纯净，如果听到的是尖锐的爆鸣声，则表示不纯，必须重新收集进行检验， 直至听到“噗”的声音，才表明收集的气体已经纯净，可以使用。 另外，也可以观察水槽中的气泡对气体纯度作出大概判断，如果看到水槽中的气 流稳定，气泡均匀冒出，那么气体应该较纯净。 【燃烧产物的检验方法】甲烷经验纯后点燃，可看到浅蓝色火焰。在甲烷火焰上 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方倒置一个 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生成。 2【小结】今天我们主要学习了实验室制取甲烷的原理，复习了常见气体的制备装置及选择依据。并实际操作了实验室制取甲烷及甲烷性质检验。对必修中的相关知识作了回顾复习和巩固提高。 【讨论】请利用实验室制取甲烷的反应原理，从理论上设计由甲苯制取苯的过程。 【结束语】我认为有机化学的学习比无机更加有意思，就像给小孩子玩积木，在拼接搭建的过程中，总会有些奇妙有趣的结构出现。