甲烷制备

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一、反应原理

（一）实验室制取甲烷

实验室利用醋酸钠和氢氧化钠相互作用制甲烷。这个反应是一级均裂脱羧反应，即游离基反应。

链的引发和传递过程

CHCOONa→·CH+·COONa ·CH+NaOH→CH+·ONa

·ONa+CHCOONa→·CH+NaCO

当过热时，链的传递过程中将会产生副产物丙酮：

·CH+CHCOONa→CHCOCH+·ONa

实验室中一般总是用无水醋酸钠和碱石灰共热反应来制取甲烷

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4

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碱石灰中的氧化钙不参加反应，但它能防止氢氧化钠潮解，而影响上述反应的进行。同时可减少氢氧化钠加热时对玻璃的腐蚀作用，保护试管，使反应物疏松，便于甲烷排出。

（二）甲烷的化学性质

甲烷在一般条件下，化学性质稳定。如常温下与强氧化剂高锰酸钾、溴水不反应。但在一定条件下，如点燃、高温或催化剂存在时，甲烷也可参与反应发生。

1．纯净的甲烷点燃时与氧气发生氧化反应同时放出大量的热。

CH+2O

4

2

CO↑+2HO+890kJ

2

2

2．高温、隔绝空气条件下甲烷发生分解反应称为热裂。

CH

4

C+2H

2

3．见光条件下，甲烷与卤素发生取代反应。

CH+Cl

43

2

CHCl+HCl

3

2

CHCl+Cl

2

2

CHCl+HCl

2

2

2

CHCl+ClCHCl+Cl

3

CHCl+HCl

3

2

CCl4+HCl

二、操作过程

（一）实验室制甲烷

实验室制取甲烷与实验室制取氧气都是加热固体混合物制取气体，所以操作相同。

（二）甲烷化学性质 1．甲烷的可燃性

①用排水法收集集气瓶1/3容积的甲烷气，再在此瓶内收2/3容积的氧气。把集气瓶取出水槽，用毛巾包好瓶底，拿到蜡烛火焰上点燃，立


即听到强烈的爆鸣声，气浪把蜡烛吹灭。

②甲烷的安静燃烧。

将纯净甲烷气点燃，观察淡蓝色火焰，把干燥洁净的小烧杯，倒扣在甲烷燃烧火焰的上方，观察烧杯壁上出现水雾。立即关闭甲烷气，向小烧杯中倒入澄清石灰水，振荡，观察澄清石灰水变浑浊。

甲烷的取代反应操作请看（甲烷和氯的取代反应）。 三、成败的关键

（一）反应物是否干燥、无水是制取甲烷反应成败关键之一。

1．水是一种极性试剂，会明显阻止游离基反应进行，有利异裂，不利于均裂。

2．使用含水醋酸钠或碱石灰，很难使反应达到反应温度。这样醋酸钠和氢氧化钠的反应不能进行。

基于以上原因，反应物必须是干燥的。 （二）反应混合物的配比量也是反应成败的关键。据资料介绍：1．无水醋酸钠取2.5g，市售碱石灰取1.5g，再加1g氢氧化钠，在5min内，可产气390mL。2．无水醋酸钠取2.5g，氢氧化钠取1.5g，生石灰取1g，在5min内集气400mL。

（三）氧化钙过量，就会生成醋酸钙。醋酸钙与氢氧化钠共热生成丙酮，甲烷中混入丙酮蒸汽，燃烧时火焰略带黄色。因此，根据实验认为氢氧化钠与氧化钙的质量配比以3∶2为好。

（四）醋酸钠与碱石灰共热，不需要高温，高温下，可发生副反应，生成丙酮、乙烷等。



因此实验室制甲烷时，不宜使用喷灯，也不宜长时间使用酒精灯加热，以防发生副反应。

使用酒精灯不宜升温太快，也不宜用大火焰。

生成的气体如混有不饱和烯烃，可使高锰酸钾溶液褪色，如混有丙酮，燃烧的火焰呈现黄色。

（五）无水醋酸钠的制备。

含结晶水的醋酸钠(CHCOONa·3HO)熔点58℃在120℃失去结晶水。无水醋酸钠熔点319℃。

实验室制备无水醋酸钠用含结晶水醋酸钠制备，需要在使用前一天，用蒸发皿加热、熔化、搅拌，水分消失变成固体，继续加热又溶化，就可停止加热，冷却后，将灰色固体研细，装瓶，备用。

市售无水醋酸钠使用前加热去水就可以了。 （六）市售碱石灰是由生石灰和氢氧化钠溶液反应后，在200～250℃干燥而成。

市售碱石灰成分：氢氧化钠27%，氧化钙73%。因为制甲烷时，氢氧化钠稍过量产气快，而且多，所以市售碱石灰在制甲烷前，应加碱处理，在酒精灯火焰上灼烧后，研成粉末，装瓶，备用。但不宜长期存放，一般在使用前一天处理为好。

（七）甲烷化学性质实验必须使用纯净的甲烷气。为防止不纯气体

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混入，做稳定性实验时，将甲烷气先通入浓硫酸溶液，洗气后，再通入高锰酸钾溶液中。

不饱和烃和浓硫酸发生下列反应



如果甲烷中不含不饱和烃，通入溴水中，溴水不应褪色。如果颜色变浅或褪色，是因为通气时间过长，溴挥发所致。

四、备注

（一）安全问题

1．点燃甲烷气一定先验纯。

甲烷在空气中的爆炸极限为5%～15%，因此点燃实验前要先验纯。方法与氢气验纯一样。

2．醋酸钠受热时易爆沸、外溅，因此制无水醋酸钠时，勿使醋酸钠溅到皮肤或眼睛内。操作过程中应不断用玻璃棒搅拌以减少熔融醋酸钠外溅。

（二）代用材料

1．碱石灰制取：15g氢氧化钠和5g新制生石灰粉末，放入蒸发皿中加热，用玻璃棒不断搅拌，待混合均匀后，停止加热，放在干燥器内冷却后再研成粉末，密封装入瓶中备用。

2．用无水醋酸钠与氢氧化钠反应制甲烷，氧化钙为辅助试剂，氧化镁可代替氧化钙，配比为：无水醋酸钠∶氢氧化钠∶氧化镁=2∶2∶2.5。反应可在8～10min内完成，产气量达90%以上。二氧化锰也可代替氧化钙。配比为：无水醋酸钠∶氢氧化钠∶二氧化锰=2∶1.2∶1。混合均匀，装入试管中，加热1～2min就有气体生成，产量大，速率快。整个反应5min内完成。

（三）其它方法

1．甲烷制备实验的改进。

(1)将无水醋酸钠和碱石灰的干燥混合粉末装入预先放入螺旋铁丝的试管底部，然后用酒精灯加热制取甲烷。螺旋铁丝使反应混和物疏松，并起传热作用，能加速甲烷制取速率。

(2)将吸有5mL冰醋酸的石棉绒放入大试管底，再将4g碱石灰置于试管中部，集中成一小堆，加热试管中部的碱石灰，即可制得甲烷。

(3)将吸有5mL冰醋酸的石棉绒放在大试管底部，再放入约5cm长致密螺旋状、细铜丝柱加热试管中部即可制得甲烷，并用20%氢氧化钠溶液洗涤，除去其中杂质。

(4)可用质量比为1∶2∶2的无水氯化钙，氢氧化钠、无水醋酸钠混合后加热，制取甲烷。

(5)将2g醋酸钠晶体放入试管，加热使其熔化，转动试管、使晶体失水后的醋酸钠全部附着在试管的内壁上。然后装入质量比为1∶4的无水醋酸钠和碱石灰的混合物，加热即可生成甲烷。反应后试管几乎无损伤。

以上反应装置与高中教材制甲烷装置相同，只是药品及操作方法上的一些改进。


2．甲烷性质实验改进 (1)甲烷与空气混合爆炸

取一支50mL的注射器，从纯净甲烷的储气瓶中抽取10mL甲烷气，再抽进空气30mL，将这个盛有混合气的注射器的针管，插入肥皂液中压出针筒中的混合气，吹出许多肥皂泡。然后用一根燃烧的木条点肥皂泡，立即发出爆鸣声。

用注射器抽取氧气和甲烷的混合气，体积比为2∶1，吹肥皂泡点燃时，爆鸣声会更激烈。

用甲烷和氧气混合气充填彩色小气球，悬于铁架台上，让燃烧的木条靠近气球。气球立即发生粉碎性的爆炸，效果好，又安全。

(2)甲烷安静燃烧生成二氧化碳和水

纯净甲烷气燃烧时，火焰应是淡蓝色，但由于钠玻璃导管口火焰略呈黄色，可将尖嘴玻璃管换成金属尖嘴导管。

取一洁净干燥的集气瓶，用排气法收集一瓶甲烷气，打开瓶盖点燃，火焰熄灭后，立即盖上瓶盖，观察瓶壁有水雾，向瓶内倒入新制澄清石灰水，石灰水变浑浊，从而证明甲烷的组成是由碳元素和氢元素组成，生成物是二氧化碳和水。

五、教法讨论

甲烷的制法是中学气体实验教学的重点内容之一，它的装置与初中氧气制取装置一样，因此应将药品状态和反应原理先向学生交待清楚后，将仪器拿出由学生组装，这样把新旧知识，无机与有机知识联系起来，可以增强学生学习有机化学的兴趣和信心。



归纳出一般。

在点燃实验中，对学生进行安全教育也是很重要的。

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