甲烷与氯气的取代反应

实验目的

通过观察现象,认识甲烷与氯气在光照下发生取代反应及其产物。

实验原理

光照条件下,甲烷分子中的氢原子被氯原子逐步取代:CH₄ + Cl₂ =光= CH₃Cl + HCl,CH₃Cl + Cl₂ =光= CH₂Cl₂ + HCl,CH₂Cl₂ + Cl₂ =光= CHCl₃ + HCl,CHCl₃ + Cl₂ =光= CCl₄ + HCl。有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应叫取代反应。

实验器材

• 甲烷与氯气的混合气体
• 收集气体的试管(或集气瓶)
• 饱和食盐水
• 水槽
• 漫射光光源
• 黑纸(用于对照)

实验步骤

1. 在两支试管中分别收集体积比约为 1∶1 的甲烷和氯气。
2. 将一支试管用黑纸包好,另一支放在漫射光下。
3. 观察光照下试管内气体颜色的变化。
4. 观察试管壁是否出现油状液滴,液面有何变化。
5. 对比无光照的试管,得出光照是反应条件的结论。

实验现象与结论

光照下试管内黄绿色逐渐变浅,管壁出现油状液滴,试管内液面上升;用黑纸包住的试管几乎无变化。结论:甲烷与氯气在光照下发生取代反应,生成 CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄ 和 HCl,其中 CH₃Cl 常温下为气体,其余为油状液体。

注意事项

• 氯气有毒,实验应在通风橱中进行
• 不可用强光直射,以防发生爆炸
• 取用氯气注意佩戴防护用品

常见问题

甲烷与氯气的反应为什么要光照?

光照提供引发反应的能量,无光照时在常温下几乎不反应。

试管壁上的油状液滴是什么?

主要是 CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄ 等不溶于水的氯代甲烷液体。