甲烷的取代反应实验改进

罗 鹏

（南京市临江高级中学 江苏 南京 211102）

在实际教学工作中，笔者发现对于人教版《化学2》中甲烷与氯气的取代反应的演示实验，相当部分的教师都是“讲”实验，并没有实际动手“做”。其原因大致为：课时进度问题、氯气的污染问题等等。导致学生很难理解该反应详细过程，包括反应的进度、产物的种类等问题。因此，笔者通过简单的实验设计，比较影响该反应的主要因素，增强实验的观察效果，使得学生对该反应有更加深入的理解。

一、实验原理

无水醋酸钠与碱石灰共热，生成甲烷，用球型分液漏斗［1］，排水法收集甲烷（图 1 中 A），倒置分液漏斗。换一个玻璃塞，在玻璃塞上放置少量的高锰酸钾固体，重新塞上。在分液漏斗的玻璃管中，加入少量的浓盐酸。打开活塞，浓盐酸滴入，与高锰酸钾反应，制得氯气。这样就得到甲烷和氯气的混合气体（图1中B），能最大程度地减少实验过程中氯气的污染。

图1 甲烷和氯气反应的装置示意图

二、实验仪器与试剂：

球型分液漏斗若干只、蒸发皿、硬质试管、酒精灯；无水醋酸钠、碱石灰、高锰酸钾、浓盐酸（约12 mol／L）（所用试剂为分析纯）

三、实验步骤

1.将无水醋酸钠放在蒸发皿里加热融化，除去水分；给碱石灰加强热，冷却后分别研细密封保存备用。［1］在硬质试管里依次加入 6g无水醋酸钠，3.5g碱石灰，加热制取甲烷。（实验条件为0℃、1atm。）

2.取一个密封性好的球型分液漏斗，使用排水法，将甲烷收集在分液漏斗中。倒置备用。

3.在倒置分液漏斗的玻璃导管中，加入一定量的浓盐酸。

4.取与分液漏斗中相似的玻璃塞倒置，在上面小心的放约0.5g左右的高锰酸钾粉末。小心替换原来球型分液漏斗的玻璃塞，并拧紧。

5.缓慢的滴入浓盐酸，试管内就会产生氯气。形成甲烷和氯气的混合气体。在不同的条件下开展定量的实验。

四、结果与讨论

1.不同光源对反应的影响

取制备好的甲烷和氯气的混合气体，用不同光源进行实验。

表1 不同光源催化下氯气与甲烷反应的比较

由于这是一个由光量子引发的链式反应，需要具有一定能量的光源照射才能进行。资料显示，Cl2分子的键能为 242.4kJ／mol， 若使 Cl2分子离解成氯游离基，必须给予 242.4kJ／mol的能量。波长为 400nm 的可见光，其能量为 298.9kJ／mol，能满足该反应的能量要求。太阳光中不同颜色的光是波长（频率）范围不同的电磁波，是比较理想的光源。但从课堂演示实验的时效性和安全性以及排除天气等因素的干扰，我们选择250W高压汞灯作为激发光源，做为实验的最佳条件。

2.不同量的氯气与甲烷反应

表2 氯气与甲烷反应的定量比较

现象：转动活塞，随着盐酸的滴入，试管中逐渐生成黄绿色的气体。250W高压汞灯激发下，管壁上出现油状液滴，黄绿色变浅。振荡分液漏斗，发现又有黄绿色气体生成，液面上有少量油状液体生成。再次光照后，管壁上再次出现油状液体。随着加入盐酸量增加，分液漏斗内的现象始终都类似。说明在实验条件下，产物都与反应物的量无关。验证了甲烷和氯气反应的特性。

本实验的装置简单易操作，适合学生操作，能排除氧气等对反应的干扰，定量的研究甲烷和氯气的反应。验证包括反应产物及种类、反应进度等在内的问题。使学生对该反应有更加深入的认识。

［1］ 项云.分液漏斗在高中化学实验创新中的妙用［J］.化学教学，2009，（10）：63