实验室制取甲烷的新探索:实验室制取甲烷方程式
时间：2019-01-05 03:31:44 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要: 本文作者针对无水醋酸钠和碱石灰制取甲烷时存在的反应速度慢、产气量小、试管易破损的现象,通过反复实验,从药品的干燥性、配比、热源选择等方面进行改性,使实验达到良好的效果。
关键词: 实验室制取甲烷 干燥 配比 热源
用无水醋酸钠和碱石灰制取甲烷,经常出现反应速度慢、产气量小、试管易破损的现象,产生的甲烷经点燃之后,常出现火焰时断时续的现象。如何才能收到满意的效果呢?我通过一段时间的探索,反复实验后,对本实验进行以下改进,可作参考。
一、反应物必须干燥
如果使用晶体醋酸钠或受潮的无水醋酸钠与市售碱石灰或已受潮的自制碱石灰反应,都可能因产气量少或没有气体产生,甚至使试管受损而导致实验失败。因此,我们必须对反应物进行无水处理。现将几种反应物的去水处理方法叙述如下。
1.对晶体醋酸钠的处理。晶体醋酸钠的熔点是58℃,在123℃时失去结晶水变成无水醋酸钠,无水醋酸钠的熔点为319℃。在实验室自制无水醋酸钠时,我们应先把晶体醋酸钠放在蒸发皿中加热,熔化成液体后,仍继续搅拌、加热,水分蒸发后,渐渐变成固体,继续加热又熔化,并有气体生成,当气泡变小时,应停止加热,否则醋酸钠分解而逐渐变黑。停止加热后仍需继续搅拌至冷却为止。然后研成粉末,储存于密闭容器中备用。
2.对市售无水醋酸钠的去水处理。市售无水醋酸钠没有很好地密封或长期存放后可能吸水,因此,实验前要将无水醋酸钠进行去水处理。方法有二:一是在使用前放入烘箱中(105℃)烘去水分;二是将无水醋酸钠放至蒸发皿中加热去水,开始醋酸钠加热熔化成无色液体,待这种液体略显黑色,表明失水充分且略有碳化,停止加热并继续搅拌至冷却为止,然后研成粉末,储存于密闭容器中备用。
3.对碱石灰的去水处理。市售碱石灰是由生石灰和氢氧化钠浓溶液反应后在200―250℃干燥而成,主要成分是氢氧化钠、氧化钙并有一定水分。一般市售碱石灰由于吸水而成粉红色,使用前要烘干或砸碎放在蒸发皿中加热去水,当药品由粉红色变白色后,停止加热,冷却,研细,在密闭容器内保存待用。
二、反应物的配比必须合理
实验证明,氢氧化钠若稍过量,则反应速度快,产气量大。市售碱石灰中氢氧化钠只含5%左右,因此产气量较小,而改用新制的碱石灰则效果最佳。自制碱石灰方法如下。
1.把适量的苛性钠放入罐头盒(铁制),在三角架上加热熔融,等苛性钠全部熔融后,再将等量的生石灰(研细后)放入,用铁棒迅速搅拌,放凉后用研钵研成粉末,放入密闭容器中,贴上标签备用。由于氢氧化钠对瓷器或玻璃有腐蚀作用,因此不用瓷蒸皿而采用铁盒,并用铁棒搅拌。
2.若用市售碱石灰为原料,则添加固体氢氧化钠的量和碱石灰量之比为3∶5,而后加以灼烧,冷却后再研成粉末使用。
三、选择热源
反应需要加热,但温度过高会发生产生丙酮等副反应,所以一般不用酒精喷灯加热。反应物用量小时,宜用酒精灯或宽焰灯加热;反应量大时,宜用调压电炉,这样可以根据燃烧时火焰的情况调后加热,以保证点燃甲烷时火焰连续。
针对以上诸因素,我用自制碱石灰和无水醋酸钠制甲烷,此方案是于原来方法的基础上,根据反应原理,改变反应物的配比而进行的反应,效果甚佳。在反应中,自制碱石灰和无水醋酸钠所取量比1∶1.2,按这种比例取混合物3克装入18×180mm的试管中,经过反复实验观察,有以下几处改进。
1.加热0.5分钟则有气泡产生,达1.5分钟时,产生大量气泡,且气泡持续不断,反应时间短,从产生气体开始至结束,平均所需时间为6分钟。
2.点燃甲烷气体,火焰持续,且高达3.3cm左右,最低时也有2cm高度。
3.由于产气量大,若用20×200mm的硬质试管收集的话,可收集3个试管,约有68×3ml,即204ml气体。
4.在多次实验过程中,均无试管破损现象。
改进后实验效果良好:反应时间短,产气量大,火焰高且持续,以及无试管破损现象。这是由以下方面决定的:氢氧化钠与无水醋酸钠作用:,在这里NaOH提供氢原子,反应过程中,生石灰不仅有稀释作用,减少氢氧化钠对试管的磨损,而且有吸水作用,部分生石灰形成也提供氢原子与无水醋酸钠发生作用而产生甲烷气体:按改进之后的比例,可使醋酸钠完全反应,并产生大量气体,同时,加快了反应速度。
总之,要使这个反应取得良好的效果,操作过程必须注意以下几点:1.药品要干燥。至于这点的关键性以上已作出详细说明。2.自制碱石灰时,所用的氢氧化钠固体必须先熔融后再制备,这样方可使生石灰或市售碱石灰和氢氧化钠混合均匀,而保证气体的稳定性,若仅仅用片状氢氧化钠直接混合研磨,则由于混合不均,以及氢氧化钠本身吸潮等情况,会使反应效果不佳,如出现气流不够稳,点燃火焰不够高且持续等现象。
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