甲烷与氯气取代反应实验的再改进

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1、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。2装置的选择能说明该取代反应已经发生的指标性现象是有氯化氢气体生成。根据氯化氢极易溶于水的性质设计成“喷泉实验”，以便达到良好的视觉效果。实验装置如图1所示。（铁架台等支持仪器及光源省略）。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

2、验的最佳实验条件。3.1.1光源的选择CH4与Cl2的反应属于自由基反应，1molCl2分子断键成2mol氯原子（氯自由基）要吸收242?7kJ的能量，这个能量可以通过升温或光照供给。若使Cl2分子离解成氯自由基，可用波长为493nm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。常见光源有太阳光、白炽灯、日光灯（荧光灯、低压汞灯、节能灯）、高压汞灯、LED灯、镁条燃烧等。研究发现，常用的日光灯、LED灯的光谱是不连续的，具有合适波长的蓝色光使Cl2分子离解成氯自由基的效率较低，实验效果不佳。白炽灯发出的光是全色光，但

3、各种色光的成份比例是由发光物质（钨）以及温度决定的，存在一定的不确定性。镁条燃烧会使本实验发生严重的副反应，生成黑色的碳，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。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，反应5min左右，可以确保实验的效果。3.1.2气体的比例甲烷氯化如果要以其中一种产物为主，可利用控制反应物的物质的量之比来达到这一目的。实验发现甲烷与氯气的物质的量之比为0?263∶1，最易形成喷泉。故选用甲烷与氯气的物质的量为1∶3到1∶4之间。3.1.3气体的收集用排

4、饱和食盐水法收集气体，水滴可能会影响油滴的观察，故采用排空气法收集气体。而用排空气法收集气体时，氯气中易混入氧气，氧气又是该取代反应的抑制剂。所以，在收集氯气时，应该注意通足够长的时间，并注意导管口的位置，尽可能减少残余的氧气。在实验时先收集250ml氯气，然后利用注射器抽取出50ml氯气，最后再充入50ml甲烷。这样既减轻了实验的难度，又不影响实验现象。3.2实验步骤及现象（1）检查该装置的气密性，确保不漏气。（2）用排空气法收满氯气后，用注射器抽取出50ml氯气，再充入50ml甲烷。充分混合后组装好实验装置。（3）将250处，接通电源

5、（若没有高压汞灯，可用太阳光替代）。（4）打开左侧弹簧夹，可观察到水缓缓上升，水进入烧瓶内时，进水速度加快，形成喷泉。若先打开左侧弹簧夹，再用高压汞灯照射，则可观察到先有少量气泡从浸没于烧杯中的导管口冒出，随后水沿着导管缓缓上升，最后形成喷泉。收稿日期：2014-04-29