甲烷与氯气取代反应实验改进论文
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甲烷与氯气反应装置改进
甲烷与氯气反应装置改进作者：何祖英申文丽来源：《新课程·中旬》2015年第12期在高一必修2第三章第一节中出现了关于甲烷取代反应的典型实验——与氯气反应，该实验对验证甲烷取代反应有重要意义，但该实验在具体实施过程中往往令人生畏，望而却步。
教师在具体教学过程中也只是进行讲解或观看视频，究其原因，主要有以下两点：（1）在氯气制备过程中会产生有毒气体——氯气。
（2）该实验反应条件为光照，课本中明确说不要放在日光直射的地方，以免引起爆炸，这都会引起学生恐惧心理，从而拒绝做实验。
针对本实验出现的问题，经过多次验证尝试，从实验的微型化出发，设计了如下改进实验。
一、实验仪器及试剂仪器：美瞳瓶一只、5 mL注射器一只、节能灯、水槽一个。
试剂：氯气、甲烷、浓氨水、饱和食盐水、硬纸盒。
二、实验操作1.检查仪器的气密性。
2.用美瞳瓶收集一瓶氯气，迅速塞上橡皮塞；用注射器收集甲烷气体，用针头插入瓶中，在纸盒中进行操作。
3.在预先留好的纸盒口中打开盖子，将白炽灯通电源，直射美瞳瓶，与此同时，缓缓推动针筒活塞。
4.注意观察实验现象，一开始瓶内出现白雾，30 s后黄绿色完全褪去，并观察到瓶内壁有油状液滴生成。
5.打开瓶塞，用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近瓶口，观察，有白烟产生。
另取一瓶式样，将针头倒扣于水槽中，观察到针尖处有气泡溢出，一段时间后，观察美瞳瓶内有水进入，水面有一层油状液体，进一步说明有有机物生成。
三、实验改进意义1.实验可操作性强。
在本实验中，仪器主要来源于生活中的废弃物，如针筒、废弃美瞳瓶等，而且将实验微型化，对于药品节约和控制污染都是大有好处的。
在反复实验操作过程中，现象明显，操作简单。
2.实验安全性得以保证。
在未加以改进之前，在试管中进行实验，氯气和甲烷用量较多，若光源控制不当，会有爆炸隐患，本实验改进后一大特点是将实验微型化，可以大大降低实验的风险程度，在向瓶内缓缓注入甲烷时，由于压强影响，会控制反应用量，导致针筒推不动，这样即使在强光下也不会发生爆炸。
甲烷取代反应的改进
在1~5号试管中分别加入唾液1mL,然后进行37恒温水浴。
!反应过程中,每隔1min从3号试管中取1滴反应液,滴在比色板上,加1滴碘液显色,待呈橙黄色时立即取出5支试管,加碘液显色并比色,记录实验现象,见表2。
表2处理试管编号12345pH 5.0 6.2 6.87.48.0颜色+++橙黄色+++*∀+#表示蓝色程度。
实验过程中可能会出现一些具体问题,如反应速度过快。
教师可组织学生交流,找出解决问题的办法,真正做到让学生在∀做中学,学中做#,让他们成为探究的主人。
通过学生亲自探索及教师的引导、点拨,并根据上面两组实验的实验现象,学生总结出酸碱度对酶的活性有影响:即酶的最适pH值一般都接近中性,pH值偏高或偏低,酶的活性都降低。
在此基础上设置练习巩固知识。
如:人体中只有肝脏中含有过氧化氢酶吗?食糜进入小肠中胃蛋白酶还能发挥活性吗?通过本节课的学习,科学探究的一般过程是怎样的?4 教学反思∃笔者从近年高考实验命题的角度出发,把%酸碱度对酶活性的影响&这个教材中并没有编排实验的知识点设计成探索式实验教学的模式,让学生设计实验并综合运用有关化学知识(pH值)和实验方法(如比色法)来完成实验设计,这样的教学设计培养了学生的知识迁移能力和综合运用能力。
∋高考解答实验设计这类题目不仅要求学生设计的方法、步骤科学合理,还要求语言表达准确、精练。
本节课学生在实验过程中充分体现了新课程改革中的三维目标要求。
学生在探究的过程中,充分地讨论与交流不仅可以提高文字表达能力,还能提高严密的逻辑思维能力和精确的分析推理能力。
另外,这种开放式的课堂教学能让学生在轻松的氛围中掌握知识、培养能力。
这在笔者课后回访学生时得到学生的一致认同。
本节课的教学设计对学生解答实验设计这类题目起到一个示范作用。
通过本节课的教学,可让学生明白高考中的实验设计题型并非总令人望而生畏,让学生从实践中领悟实验设计题的解题思路。
(收稿日期:2007 03 31)实验方法与实验设计甲烷取代反应的改进( 刘仁杰河北省新乐市第一中学 050700凡高中学习到有机化学,就要学习甲烷。
甲烷的取代反应实验改进
甲烷的取代反应实验改进段旭东1朱旋农2（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）摘要：做好甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应实验,对于刚刚学习有机化学的学生来说具有非常重要的意义。
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 问题的提出人教版普通高中课程标准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：①效果不明显，反应时间长；②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；③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，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，同时图12.4 操作步骤（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。
甲烷的取代反应实验改进
甲烷的取代反应实验改进作者：罗鹏来源：《化学教与学》2015年第05期摘要：文章定量研究甲烷和氯气在光照条件下的取代反应，比较影响该反应主要因素，使学生能够更加深入地理解甲烷的取代反应。
改进后的实验试剂用量少、仪器简单、无污染符合绿色化学要求。
关键词：甲烷；氯气；取代反应文章编号：1008-0546（2015）05-0092-01 中图分类号：G633.8 文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.05.034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。
2KMnO4+16HCl（浓）[=]2KCl+2MnCl2↑+5Cl2+8H2O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。
甲烷与氯气取代反应实验的再改进
图 １ 实验 装 置
光 源省 略 ）。
３ 实 验 过 程
３．１ 实 验 的准备 根 据 相关 反应 机理 ，经 过 实验对 比确定 了本 实
验 的最 佳 实验 条 件 。 ３．１．１ 光 源 的 选 择
ＣＨ 与 Ｃ１：的反 应属 于 自由基 反 应 ，１ ｔ ｏｏ！Ｃ１ｚ 分子 断 键 成 ２ ｔｏｏｌ氯 原 子 （氯 自 由 基 ）要 吸 收 ２４２．７ ｋＪ的能 量 ，这个 能量 可 以通 过 升 温或 光 照 供 给 。若使 Ｃｌ。分 子 离 解 成 氯 自由基 ，可 用 波 长 为 ４９３ ｎｍ 的光 。波长 越短 ，光 子 的能 量 越 高 ，越 是 接 近 紫外 区 的光源 ，越有 利 于反 应 。
第 ２５卷
中小 学实 验 与装 备 ２０１４年 第 ３期
４１
自制 ·改 进 ·创 新
甲烷 与氯 气取代反应实验 的再改进
江 苏省 海 门市海 门中学 （２２６１００） 张 盛
Hale Waihona Puke １ 实验 中 的 不 足
经 过实 验逐 一验 证发 现 采用排 水 法 收集 氯 气 ， 内壁 上 是 油 珠 还 是 水 珠 存 在 疑 问 ，且 在 日常 灯 光 下 ，现象 在短 时 间 内不 能 显现 。这 导 致在 教 学 中许 多教 师 常 以视 频 替 代 实验 演 示 ，缺 少 真 实 感 ，对 学 生建 构 取代 反应 的概念 有较 大 的影 响 。
碳 ，影响 实验 效 果 。 由于 太 阳光 的 不 可控 制 性 ，因 此 高压 汞灯 是理 想 的选择 。
占 高压 汞 灯 的选 择 不仅 与功率 有关 ，还 与灯 和 反
应 仪器 的 距 离 有 关 。最 终 经 过 比对 ，选 用 ２５０ Ｗ 高 压汞灯 ，灯 与反 应 仪 器 距 离 为 ５ ｃｍ，反应 ５ ｒ ａｉｎ 左 右 ，可 以确 保 实验 的效果 。
光 源省 略 ）。
３ 实 验 过 程
３．１ 实 验 的准备 根 据 相关 反应 机理 ，经 过 实验对 比确定 了本 实
验 的最 佳 实验 条 件 。 ３．１．１ 光 源 的 选 择
ＣＨ 与 Ｃ１：的反 应属 于 自由基 反 应 ，１ ｔ ｏｏ！Ｃ１ｚ 分子 断 键 成 ２ ｔｏｏｌ氯 原 子 （氯 自 由 基 ）要 吸 收 ２４２．７ ｋＪ的能 量 ，这个 能量 可 以通 过 升 温或 光 照 供 给 。若使 Ｃｌ。分 子 离 解 成 氯 自由基 ，可 用 波 长 为 ４９３ ｎｍ 的光 。波长 越短 ，光 子 的能 量 越 高 ，越 是 接 近 紫外 区 的光源 ，越有 利 于反 应 。
第 ２５卷
中小 学实 验 与装 备 ２０１４年 第 ３期
４１
自制 ·改 进 ·创 新
甲烷 与氯 气取代反应实验 的再改进
江 苏省 海 门市海 门中学 （２２６１００） 张 盛
Hale Waihona Puke １ 实验 中 的 不 足
经 过实 验逐 一验 证发 现 采用排 水 法 收集 氯 气 ， 内壁 上 是 油 珠 还 是 水 珠 存 在 疑 问 ，且 在 日常 灯 光 下 ，现象 在短 时 间 内不 能 显现 。这 导 致在 教 学 中许 多教 师 常 以视 频 替 代 实验 演 示 ，缺 少 真 实 感 ，对 学 生建 构 取代 反应 的概念 有较 大 的影 响 。
碳 ，影响 实验 效 果 。 由于 太 阳光 的 不 可控 制 性 ，因 此 高压 汞灯 是理 想 的选择 。
占 高压 汞 灯 的选 择 不仅 与功率 有关 ，还 与灯 和 反
应 仪器 的 距 离 有 关 。最 终 经 过 比对 ，选 用 ２５０ Ｗ 高 压汞灯 ，灯 与反 应 仪 器 距 离 为 ５ ｃｍ，反应 ５ ｒ ａｉｎ 左 右 ，可 以确 保 实验 的效果 。
甲烷氯取代实验的改进
甲烷氯取代实验的改进甲烷氯取代实验的改进步慧娟，张明山(上海市闵行中学，上海200240)摘要：本文分析了教材上甲烷的氯取代实验的不足，提出了环保、定量化、成功率高的改进方案。
关键词：甲烷；氯取代反应；氯气文章编号：1005—6629(2011)05—0043-01中圈分类号：G633．8文献标识码：C1教材实验介绍《高一化学第二学期(试验本)》(上海科学技术出版社)中有甲烷与氯气反应的教师演示实验，实验内容为：“取一只大试管，用排饱和食盐水的方法收集4体积氯气，然后通入1体积甲烷，把装有混和气体的试管倒置于盛有饱和食盐水的水槽氅，用日光或者高压汞灯的光照射，观察现象。
”为使实验过程更加环保，并提高实验的成功率，我们对实验进行了改进。
2实验改进2．1实验仪器和药品饱和食盐水、50mL玻璃注射器两支(一只装有约15mL甲烷气体并用针头和橡胶塞密封，另一只装有约37mL氯气并用约5cm长的带止水夹的胶管密封)、50 mL小烧杯、铁架台、250W高压汞灯。
大试管换成容积可变的注射器的改进是：利用注射器的活塞可以消除反应过程中气体体积变化的干扰因素，同时，注射器上的刻度能使得氯气和甲烷的体积比更精确。
2．2实验过程(1)将甲烷气体通过胶管注入装有氯气的注射器中，控制混合气体体积为50mL，如图1所示。
轻轻晃动注射器使甲烷和氯气混合均匀。
图1气体混合装置图2取代反应实验装置(2)将装有混合气体的注射器和高压汞灯固定在铁架台上，灯泡放置于距注射器3。
4cm处，如图2所示。
(3)打开电源，用高压汞灯照射注射器，片刻可以看到注射器活塞向内移动，说明其中有反应发生。
几分钟后，当气体体积不再变小时，即可停止照射(时间约5分钟，或注射器内气体体积减，J、为40mL时)。
化学教学2011年第5期(4)打开止水夹，将胶管插入饱和食盐水中，饱和食盐水被倒吸入注射器中(此时若压差不够，可以稍稍拉动—_下-注射器活塞，在半分钟内可倒吸入约16mL饱和食盐水)，溶液的表面有少量的油滴出现。
甲烷与氯气取代反应实验的改进
甲烷与氯气取代反应实验的改进作者：雷雨虹左艳来源：《中国房地产业》2011年第15期甲烷与氯气取代反应有机化学教学中的一个重要实验，这不仅是学生学习有机化学接触到的第一个有机反应，也是烷烃的一个重要性质实验。
做好本实验对于刚刚涉足有机化学的学生来说具有非常重要的意义。
本文对该实验的相关问题进行了讨论，并对该实验作了改进。
1 实验原理甲烷与氯气的混合气体在光照条件下可发生取代反应，反应历程属于自由基链反应：CH4+Cl2→Cl•CH4+Cl•CH4→2CH3•C1+2HC1；CH3•C1+C12→Cl•CH3C1+Cl•…CCl3•+C1•→CCl4要使反应进行，需要一定的能量，这些能量来自光照或受热。
能说明取代反应已经发生的指标性现象是：1．氯气黄绿色褪去，2.有油状液体生成，3.有氯化氢气体生成。
4.气体体积减少。
2 常见几种实验的讨论人卫版教材有机化学（2)专题3第一单元中，甲烷性质的实验，采用的是在集气瓶中，用排饱和食盐水法收集氯气与甲烷（体积比为4：1)的混合气体（见图1所示），也有一些资料介绍，用100 mL的量筒来收集混合气体（甲烷20 mL氯气80 mL，如图2所示），对混合气体进行光照，然后观察反应现象。
采用教材中的实验装置（如图1)进行实验，观察到的实验现象是瓶内气体体积减少、氯气的黄绿色褪去、瓶壁上有液滴。
但存在三个疑点：（1)生成的氯化氢气体溶解在水中无法检验，也没有证据可证明有氯化氢气体生成。
(2)混合气体是用排饱和食盐水方式取得的，瓶壁上会残留水珠，实验时无法辨认是有機生成物还是残留的水珠，不能确信有氯代物生成。
(3）如果用液面上升的现象说明气体体积减少了，以此来说明取代反应已发生，也缺乏说服力。
即使没有甲烷，单是氯气装在瓶中倒插在水里，给予光照，液面也会上升。
因为氯气可与水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸又能分解生成氧气，最终体积是原体积的一半，且氯气的黄绿色也褪去，相关的反应方程式如下：C12+H2O HCl+HC1O2HC1O光照2HC1+O2↑按图2的实验装置，观察到的反应现象及存在的问题与上述一样。
甲烷的取代反应实验改进
化学教与学 圆园员缘 年第 缘 期
窑来自课堂窑
成野气体冶袁野引冶应读成野沉淀冶等遥
渊圆冤现象辅助袁名野符冶其野实冶
比如 晕匀猿 要与氨臭味联系起来袁孕圆韵缘 要跟白烟联 系起来袁默写化学式可以用颜色引导院
绿色粉末寅黑色粉末 垣 水滴 垣 使石灰水变浑浊的气体
渊冤
渊冤 渊冤
渊冤
如果遗忘袁还可以多看看视频尧图片等袁帮助学生
回忆遥
渊猿冤宏微联系袁符号媒介
初三学生袁逻辑思维虽有一定的发展袁但还需要
直观尧感性经验的直接支持袁属于野经验型冶的逻辑思
维遥 符号是宏观和微观的桥梁与纽带袁应尽量用宏观
的图片或实物或横型等与对应的符号联系起来袁将抽
象的符号直观化尧微观世界宏观化袁有助于学生野从理
解化学冶的角度袁掌握相关的化学用语遥 比如记忆氯化
形式袁可以减少师生对立情绪袁激发学生记忆的主动
性遥 比如我们运用了小卡片 尧反复看视频尧用朗读代
替默写等方式袁同时减少默写量袁每次 猿 到 缘 个袁这些
做法在短时间内起到明显的效果遥
缘援 规范书写袁美化记忆
教师一定要起好示范作用袁自己规范了袁学生才
能规范遥 特别是右上角和右下角标尧原子团的化合价尧
斜体要斜正体要正袁不随意连笔等遥 还有学生开始练
缘援 缓慢的滴入浓盐酸袁试管内就会产生氯气遥 形 成甲烷和氯气的混合气体遥 在不同的条件下开展定量 的实验遥
四尧结果与讨论 员援 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袁用不同光源 进行实验遥
表 员 不同光源催化下氯气与甲烷反应的比较
序号
光源
现象
1 太阳光直射
12min 左右出现油状液滴
中图分类号院G远猿猿援愿
甲烷与氯气取代反应实验的改进
意义。
2.实验原型及不足之处
教材设计的实验装臵（如右 图）及方法，耗时长、实验现象 不明显，成功率低、氯气易泄漏 等不足，致使在教学实践中，许 多老师不愿意做这个演示实验，
而是课堂上分析，讲解实验，学
生缺乏感性认识。
3.实验创新与改进之处
（1）装臵创新及改进：用导 管形成封闭装臵，防止氯气与 水较大面积接触发生反应和逸 出。（2）条件改进：改自然 光为55W的节能灯,并用光亮的 铝箔反光聚能。（3）原料比 例改进：甲烷与氯气体积比由
郴州市第四届中学化学实验创新大赛
甲烷与氯气取代反应实验的改进
郴州市第二中学 陈利平
2013年9月
1.实验在教材中所处的地位与作用
取代反应是有机化学中一重要的反应类型。 甲烷与氯气取代反应的实验是人教版新课程教 材化学2（必修）的内容，也是烷烃的一个重 要性质实验。做好本实验不仅可以加深对取代 反应的理解，还可以提高学生学习兴趣，对于 刚刚涉足有机化学的学生来说具有非常重要的
Fe(SCN)3溶液 铝 箔
1:1改为1：3。
4.实验效果
（1）试管内出现大量白雾。 （2）水沿着导管上升，较快的进入试管中。 （3）混合气体的黄绿色变浅甚至消失。
5.自我评价
Байду номын сангаас
（1）利用铝箔反光聚能，引发反应，实验用 时短，实验现象明显，成功率高。 （2）实验器材易得，装臵简洁，适合做课堂 演示实验。 （3）装臵安全，装臵属于封闭体系而非密闭 体系，压强减小（HCl易溶于水），水面会上升， 不会发生中的“爆炸”。 （4）装臵密封性好，氯气不泄漏，更加绿色 环保。
对甲烷光氯取代反应的教学探索和实验创新
一般 4s~ 5s, 反应主要是爆炸式的置换反应:
直射日光
CH4 + 2Cl2
C+ 4HCl
明亮的散射 日光条件的诱导 期一般在 1min
~ 2min, 整个反应期可在 10min 左右完成; 暗的散
射光照条件下的诱导期较长, 反应期更长, 没有实
际的教学价值。
( 2) Cl2 、CH4 混合气中不可以含有空气 如果 Cl2 、CH4 混合气 中含有空 气, 空 气中的 O2 会跟甲烷产生的自由基( CH3#) 结合, 生成活动 性远低于 CH3#的自由基 CH3OO#:
» 到 1997 年, 由人教社化学室编著的全日制 高中化学( 实验本) 第二册 152 页, 对甲烷取代反 应提升为实验 6- 3, 并附图 1 所示, 内文呈述也是 明显地提升到了定量实验的水平: / 取一个 100mL 的大量筒, 用排饱 和食盐水的方 法先收集 20mL CH4 和 80mL Cl2 , 放 在光亮的地方( 注意: 不要放 在日光直射的地方, 以免发生爆炸) , 等待片刻, 观 察发生的现象。0
( 收稿日期: 2009-02-10)
# 30 #
Educat ional Equipment And Experiment Vol. 25, No. 7, 2009
3 CH4 光氯取代反应实验的创新实践
CH4 和 Cl2 在暗处不发生反 应。理论上 CH4
的光氯取代反应过程可表示如下:
光
+ CH4
+ Cl2
Cl2 ¹ 2Cl# º CH3# » CH3 Cl+ Cl#
可见关键是要首先提供足够的 Cl#。然而按 传统实验方法, 是先将 CH4 与 Cl2 混合好, 且只能 在明亮的散射光 ( 或人工光 源) 照射 下产生 Cl#。 取代反应不理想, 往往是因为这种散射光不够强, 不能提供足够丰富的 Cl#。于是笔者曾经萌发了 一种想法: 能不能把收集的纯净的 Cl2 先放在明 亮的直射日光下照射一段时间( 5min~ 10min) , 待 有相当多的 Cl#之后, 充分利用 Cl#有短 暂的寿 命, 迅速拿回室内, 再通进定量体积的 CH4( Cl2 与 CH4 的体积比为 4B1) 。笔者按照这 一想法去实 验, 所得到的效果曾经使我兴奋不已。首先是反 应的诱导期很短, 只有 2min 左右, 其次是反应期 也短。我 用 一只 250mL 的 量 筒, 先 收 集 200mL Cl2 , 日光直射 10min 后, 再通 入 50mL CH4 与 Cl2 混合, 约 12min, 量筒内的水位上升到量筒体积的 90% 。更使我兴奋的是, 当把 Cl2 放 在明亮的散 射光下放置( 照射) 一段时间( 10min 左右) , 再拿 回教室通入 CH4 , 观察取代反应实验, 反应的诱导 期约是 5min, 反应期约是 15min。当反应完毕, 轻 轻摇动量筒, 可见聚积在量筒内液面上的浅黄绿 色( 溶有 Cl2) 的不溶性卤代烷烃油滴。由于氯代 烷密度比水大, 像绿豆、米粒大样的油滴沉在水槽 底部。CH4 的光氯取代反应实验过程见图 3。
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甲烷与氯气取代反应实验的改进
甲烷与氯气取代反应有机化学教学中的一个重要实验，这不仅是学生学习有机化学接触到的第一个有机反应，也是烷烃的一个重要性质实验。
做好本实验对于刚刚涉足有机化学的学生来说具有非常重要的意义。
本文对该实验的相关问题进行了讨论，并对该实验作了改进。
1 实验原理
甲烷与氯气的混合气体在光照条件下可发生取代反应，反应历程属于自由基链反应：
ch4+cl2→clch4+clch4→2ch3c1+2hc1；
ch3c1+c12→clch3c1+cl…ccl3+c1→ccl4
要使反应进行，需要一定的能量，这些能量来自光照或受热。
能说明取代反应已经发生的指标性现象是：1．氯气黄绿色褪去，2.有油状液体生成，3.有氯化氢气体生成。
4.气体体积减少。
2 常见几种实验的讨论
人卫版教材有机化学（2)专题3第一单元中，甲烷性质的实验，采用的是在集气瓶中，用排饱和食盐水法收集氯气与甲烷（体积比为4：1)的混合气体（见图1所示），也有一些资料介绍，用100 ml 的量筒来收集混合气体（甲烷20 ml氯气80 ml，如图2所示），对混合气体进行光照，然后观察反应现象。
采用教材中的实验装置（如图1)进行实验，观察到的实验现象是瓶内气体体积减少、氯气的黄绿色褪去、瓶壁上有液滴。
但存在
三个疑点：（1)生成的氯化氢气体溶解在水中无法检验，也没有证据可证明有氯化氢气体生成。
(2)混合气体是用排饱和食盐水方式取得的，瓶壁上会残留水珠，实验时无法辨认是有机生成物还是残留的水珠，不能确信有氯代物生成。
(3）如果用液面上升的现象说明气体体积减少了，以此来说明取代反应已发生，也缺乏说服力。
即使没有甲烷，单是氯气装在瓶中倒插在水里，给予光照，液面也会上升。
因为氯气可与水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸又能分解生成氧气，最终体积是原体积的一半，且氯气的黄绿色也褪去，相关的反应方程式如下：
c12+h2o hcl+hc1o
2hc1o光照2hc1+o2↑
按图2的实验装置，观察到的反应现象及存在的问题与上述一样。
按图3的实验装置，选用烧瓶，先用排饱和食盐水法收集氯气与甲烷（体积比为4：1)的混合气体，满瓶后，再塞上带有导气管的胶塞、倒置，导气管下端插人盛有紫色石蕊试液的水槽中，然后，对混合气体进行光照，观察反应现象。
当用250 w的高压汞灯照射时，光照约一分钟左右，出现红色喷泉，这说明有氯化氢气体生成，但看不到无色油状液滴。
利用上述实验装置，笔者进行多次实验，虽能看到部分实验现象，但总觉得不尽理想。
可见，上述三个实验装置都不能达到预期的效果，存在某些不足的地方。
因此，希望通过改进实验，能得到
理想的实验效果。
笔者对该实验做了如下的改进。
3 改进后的实验
3.1 实验材料：①用100 ml注射器作为反应器；②250 w的高压汞灯；③氯气与甲烷体积比为3:1（75 ml氯气，25 ml甲烷），实验装置如图4所示。
实验操作过程：用100 ml注射器从储气袋中抽取氯气75 ml, 再在储气瓶中抽取甲烷25 ml, 把针头插进橡胶塞内密封好针头，然后，在注射器内塞与外筒交界处涂上少量的机油，旋转内塞，使机油均匀涂在注射器内塞与外筒交界处，这样既密封又润滑。
接着，把注射器按图4所示装在铁架台上，用250 w的高压汞灯照射，光源离注射器距离巧cm左右。
如果室温较低，可缩短光源离注射器的距离，如10 cm左右。
光照约半分钟左右，活塞开始上升，1分钟左右，体积可上升至140 ml左右，随后缓慢回落到100 ml，此时可看到注射器内气体黄绿色褪去，说明氯气已反应。
注射器筒内壁有少量的无色油状液滴，说明有氯代甲烷生成。
冷却片刻，筒内气体体积仍然在100 ml。
反应后气体体积与反应前气体体积相同（或很接近）的原因，主要是有氯化氢气体，同时，生成的一氯甲烷常温下是气体，而二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷等在常温虽是液体，由于生成的量少，且它们易挥发，很大部分以气体形式存在，因此，反应气体体积改变不大。
检验筒内气体，把针头靠近盛浓氨水的试剂瓶口，缓慢推动活塞可看到有浓烟产生，注人硝酸酸化的硝酸银溶液有白色沉淀产生。
虽然用氯气进行上述实验也会出现相同的现
象，但从颜色上可以区别氯气与氯化氢气体。
去掉针头，将针筒插人滴有石落试池的水中，可形成红色喷泉（如图5所示），这一现象可有为证明该无色气体是氯化氢气体。
喷泉实验后，发现注射器内尚有15毫升左右的无色气体。
检验该气体：把针头插人澄清的石灰水，缓慢推动活塞，澄清石灰水未见浑浊现象，说明不是二氧化碳；把针头靠近酒精灯火焰，缓慢推动活塞，未见燃烧现象，说明不是未反应的甲烷；也没有看到酒精火焰明显变亮，说明气体不助燃，也不是氧气。
这主要是在制取甲烷和氯气气体时，不可能得到很纯的气体，有空气混杂在其中，最后剩余的可能是氮气等。
可见，改进后的实验，上述四个指标性现象都能很好地实现。
4 做好本实验的关键及相应措施：
要使本实验现象明显，必须做到以下三点：
4.1 所用的甲烷与氯气的纯度要高，尽可能不含氧气，因为甲烷与氯气的反应历程是自由基链反应，氧气会消耗自由基，中断反应链，从而阻止反应。
4.2 容器要密封，且活塞要能轻松活动。
4.3 要有足够的光照强度。
5 实验改进的理由
5.1 实验装置的改进。
改用注射器作反应器是为了使反应气体与液体隔离，这样，反应后在原先干燥的注射器内出现油状液体，能有力说明氯代烷的生成。
同时，又能很方便地检验氯化氢气体的
存在，证明有氯化氢气体生成。
5.2 原料比例的改进。
氯气与甲烷体积比由4：1改为3：1，主要是为了增加甲烷的浓度，以便增加反应速率。
改进后的实验，操作方便，反应速度快，现象明显，证据有力可靠，方便课堂演示实验。
5.3 原料的改进。
若用乙烷代替甲烷，用同样的方法来做本实验，效果更好。
在甲烷与氯气反应中，由于一氯甲烷常温下是气体，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷等部分以气体形式存在，因此，反应后看到的油状液体量不多，且反应前后气体体积改变也不大。
若改用乙烷，由于一氯乙烷常温下就是液体，多氯代乙烷显然是液体，这样，可以增加生成物的液体量，且反应前后气体体积变化增大，现象也更为明显。
作者简介：
雷雨虹：辽宁省本溪市卫生学校化学教师，高级讲师，具有丰富的教学实践经验和实验经验，是本学科的学科带头人。
教学之余积极参与教科研活动，撰写并发表多篇具有学术水平的论文，参与学校多项国家、省级的科研项目。
左艳：辽宁本溪市机电工程学校任职。
高级讲师。
1984年毕业于锦州师范学院化学系，获得理学学士。
1998年进为高级讲师。
教学之余积极参与教科研活动，撰写并发表多篇具有学术水平的论文，参与学校多项国家、省级的科研项目。