甲烷的取代反应实验改进
12 段旭东 朱旋农
(1(湖北省荆门市掇刀石中学 湖北荆门 448000)
(2(湖北省鄂南高级中学 湖北咸宁 437100)
对于刚刚学习有机化学的学生来说具摘要:做好甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应实验,
有非常重要的意义。为此我们利用储气装置、高压汞灯和PH计
设计
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实验，多次试用，效果良好。
关键词:甲烷 取代反应 实验改进
1 问题的提出
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实验教科书化学课本必修二第61页[科学探究]甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应。按照课本实验进行实验，虽然达到了实验所要求的目标，但不难发现该实验存在如下问题:?效果不明显，反应时间长;?实验是一个敞开体系，气体混合反应时有气体溢出，易造成环境污染，不利于师生身体健康;?整个实验对甲烷的取代反应缺乏具体的科学的探究过程和
方法
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，导致教师引导学生探究活动过程不严谨。为此我们利用储气装置、高压汞灯和PH计设计实验，多次试用，效果良好。
2 改进后的实验
2.1实验用品
酒精灯、试管、水槽、导管、双孔橡胶塞、导气管、黑纸、铁架台、分液漏斗、烧杯、圆底烧瓶、储气装置(26005)、高压汞灯(250W)、PH计、遮光板、黑纸
醋酸钠、碱石灰、高锰酸钾、浓盐酸、饱和食盐水、氢氧化钠溶液 2.2 实验准备
甲烷气体用醋酸钠和碱石灰混合加热制取，用排水法收集。氯气用高锰酸钾与浓盐酸制取，用排饱和食盐水法收集。用二只储气装置(26005)来分别收集和储存甲烷和氯气二种气体，储存气体的量较多(储气容积约为3000ml)且气体容易取用和混合，方便教师多个班级进行实验探究。
2.3 实验装置
将课本科学探究中图3-3改进成如下图1装置，保证实验体系的封闭，减少污染，同时也方便收集产物(反应完毕，倒转试管，就可收集到上升的溶液)从而对其进行实验探究。
饱和食盐水
图1
2.4 操作步骤
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(1)按照图1所示连接仪器且准备二套(对比实验)，试管内充满饱和食盐水，并倒放在装有饱和食盐水水槽中。
(2)先将装有氯气储气装置的导管与图3的导管连接，打开活塞，先用排饱和食盐水法收集约3/4试管容积的氯气。关闭活塞，在试管外套上黑纸，然后换成装有甲烷储气装置，连上导管，打开活塞，继续收集甲烷气体至水槽中导气管口开始冒气泡，说明气体已收集满。 (3)关闭活塞停止通气，其中一套揭开黑纸，在装置前放上遮光板(防止强光刺激学生眼睛)，用高压汞灯产生白光照射混合气体，一段时间(约2 min)后，观察现象。 (4)反应完毕，取出装置，打开活塞，将上升溶液转移到烧杯中。然后关闭活塞，将导管下端没入盛有氢氧化钠稀溶液的烧杯中，防止溢出气体污染环境。整个实验完毕后从左侧导管鼓入空气，使尾气被吸收。
(5)用PH计检测反应后试管内溶液以及水槽中溶液的PH，做好
记录
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，进行比较。要注意PH计使用要
规范
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，事先要进行校准。
2.5现象和结论
混合气体无光照时，不发生反应。光照时，试管内气体颜色逐渐变浅，试管壁上附着明显的油状液滴，试管内上方有大量的白雾，上升的液面高度能够达到试管的1/2。PH计测得溶液的PH在反应前后变化较大，从6.5变化到2，很容易分析出为氯化氢，进而探讨反应的实质，容易得出甲烷和氯气发生取代反应的条件和取代反应的定义。
3 实验说明
3.1改进优点
(1)本实验将光照条件改为250W高压汞灯发出白光照射，光效高，光色好，反应速度快，效果明显，操作简单，且无污染。若用阳光照射或者紫外荧光灯照射，待出现明显效果所用时间过长，有时需要几个小时甚至一天。
(2)试管有导管与外部环境联通，不会产生爆炸，实验安全。
(3)对反应产物探究，利用PH计比较反应前后PH，结果更精确。不用PH试纸，因为氯气溶于水产生的次氯酸能漂白试纸，干扰颜色观察。
(4)用3000ml的储气装置(26005)收集好甲烷和氯气后，也可以作学生分组实验和课外学生活动实验。
3.2实验后记
在实际实验过程中，用醋酸钠和碱石灰混合加热制取较多甲烷气体较慢，副产物较多，且要收集较多甲烷气体时困难很大。为了使实验顺利进行，建议甲烷气体用家用天然气代替，便于收集较多的甲烷气体，这样做理论上也是可行的，原因如下:
天然气的成分为:甲烷(92.02%)、乙烷(4.53%)、 丙烷(1.34%)、丁烷类(0.675%)、戊烷类(0.188%)、氦气(0.038%)、二氧化碳(0.053%)、氮气(1.00%)、 氢气(0.006%)。
从上述数据可知:除甲烷外，由于其他气体量少，即使与氯气反应得到产物，也不会对实验探究产生干扰，因为反应前后PH变化较大，一般从6.5变化到2，其他气体量少，从理论上计算，这些杂质气体不会干扰，主要是甲烷与氯气反应产生氯化氢溶于水导致的结果。因此虽然天然气是混合气，在此实验中完全能代替甲烷进行实验。
参考文献:
[1] 步慧娟,张明山.甲烷氯取代实验的改进[J].化学教学, 2011,(5):43. [2] 王洪.甲烷的取代反应的实验改进[J].实验教学与仪器, 2010,27(2):23.
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