Как собрать метан над водой
Наиболее удобный лабораторный способ получения метана — взаимодействие ацетата натрия с натронной известью. Взаимодействие солей карбоновых кислот со щелочью является общим способом получения углеводородов. Реакция в общем виде изображается уравнением:
если R = СН3, то образуется метан.
Поскольку едкий натр является веществом гигроскопичным, а присутствие влаги мешает успешному прохождению реакции, то к нему добавляют оксид кальция. Смесь едкого натра с оксидом кальция и называется натронной известью.
Для успешного протекания реакции требуется довольно сильное нагревание, однако чрезмерный перегрев смеси ведет к побочным процессам и получению нежелательных продуктов, например ацетона:
Ацетат натрия до опыта должен быть обезвожен. Натронную известь перед приготовлением смеси также следует прокалить. Если нет готовой натронной извести, ее готовят следующим образом. В железной или фарфоровой чашке обливают хорошо прокаленную измельченную известь СаО вдвое меньшим количеством насыщенного водного раствора щелочи NaOH. Смесь выпаривают досуха, прокаливают и измельчают. Вещества хранят в эксикаторе.
Для демонстрации получения метана лучше всего воспользоваться небольшой колбой с отводной трубкой, а для практического занятия — пробиркой (рис. 1 и 2). Собирают прибор, как указано на рис. 1 или 2.
В промывную склянку, для улавливания примесей, наливают раствор щелочи (рис. 1).
В реакционную колбу или пробирку помещают смесь ацетата натрия и натронной извести. Для этого тонкоизмельченные вещества тщательно смешивают в объемном отношении 1:3, т.е. со значительным избытком извести, чтобы заставить по возможности полностью прореагировать ацетат натрия. Колбу нагревают с помощью горелки через асбестовую сетку, а пробирку на голом пламени. Собирают метан в пробирку по способу вытеснения воды. Для проверки чистоты полученного газа пробирку вынимают из воды и не переворачивая поджигают газ. Так как процесс получения метана нецелесообразно прерывать, а все другие опыты невозможно успеть выполнить, пока идет реакция, то рекомендуется набрать газ для последующих опытов в несколько цилиндров (пробирок) или в газометр. Наполненные цилиндры оставляют на время в ванне или же закрывают под водой стеклянной пластинкой (пробкой) и ставят на стол вверх дном.
Источник
Получение метана и изучение его свойств.
Составление формул органических веществ.
Цели:1. Научиться, опытным путем, доказывать качественный состав углеводородов и хлоропроизводных органических соединений.
2. Познакомиться с лабораторным способом получения метана, и лабораторным способом доказать его свойства.
4. Приобрести навыки составления формул углеводородов и их изомеров..
Оборудование:штатив металлический с лапкой, пробирка с газоотводной трубкой, спиртовка, спички, пробирки, тигельные щипцы, промывная склянка для улавливания примесей , колба, набор шаростержневых моделей.
Реактивы:парафин, оксид меди (2), известковая вода, медная проволока со спиралью на одном конце, дихлорэтан, раствор соляной кислоты (1:3), ацетат натрия, оксид кальция.
Ход работы:
Опыт № 1. Определение углерода и водорода в парафине.
Взять 0,2 парафина, насыпать в пробирку, добавить 1г.оксида меди (2) , смешать, укрепить в лапке штатива, закрыть пробкой с газоотводной трубкой. Конец газоотводной трубки опустить в известковую воду, как указано на рисунке №1. Пробирку с парафином и оксидом меди (2) нагреть.
Взять 0,2 парафина, насыпать в пробирку, добавить 1г.оксида меди (2) , смешать, укрепить в лапке штатива, закрыть пробкой с газоотводной трубкой. Конец газоотводной трубки опустить в известковую воду, как указано на рисунке №1. Пробирку с парафином и оксидом меди (2) нагреть.
Рис. 1. Установка для получения этилена. Рис. 2. Определение хлора.
Наблюдения:
1. Что замечаете на стенках пробирки?
2. Что происходит с известковой водой?
3.Во что превращается оксид меди? __________________________________________________________________________________
Сделайте выводы и запишите уравнения реакции.
Выводы:
- Каков качественный состав парафина? Как это доказали?
- Что является продуктами окисления парафина?
- Допишите уравнение окисления парафина: C30H62 + CuO→
- По каким продуктам реакции можно судить о наличии в органическом веществе элементов углерода и водорода?
- Почему для реакции используют оксид меди (2), не оксид другого металла?
Опыт № 2. Определение хлора в дихлорэтане.
Прокалить спираль из медной проволоки до тех пор, пока пламя не будет окрашиваться. Опустить эту медную проволоку в дихлорэтан и опять в пламя горелки. Прокалить снова медную проволоку, поместить на её поверхность 1-2 капли раствора соляной кислоты и снова поместить в пламя.
Наблюдения:
1. В какой цвет окрашивается пламя?
Выводы:
1. В чем убеждает вас этот опыт?
2. Как доказать наличие хлора в органических соединениях?
3. Почему в обоих случаях пламя окрашивается в зеленый цвет?
Опыт № 3.Получение метана.
Взаимодействие ацетата натрия, щелочи и оксида кальция является общим способом получения углеводородов. Образующиеся при этом углеводороды содержат в молекуле на один атом углерода меньше, чем исходная соль. Реакция в общем виде изображается уравнением:
CnH2n+1COONa + NaOH
Щелочь – вещество гигроскопическое. Присутствие влаги мешает успешному прохождению реакции, поэтому для связывания влаги, а так же чтобы меньше разрушалось стекло при нагревании, к щелочи добавляют оксид кальция. Смесь щелочи с известью и представляет собой натровою известь.
Собрать установку как указано на рисунке. В колбу поместить смесь ацетата натрия и натровой извести. Смесь нагреть. Образующийся газ собрать в пробирку перевернутой вверх дном путем вытеснения воды. После этого пробирку не переворачивая вынуть из воды, закрыть её и использовать для следующего опыта.
| |
Рис.3. Установка для получения метена (Обозначьте рисунок)
Наблюдения:
1. Что наблюдали в пробирке при получении метана?
2.Какого цвета и запаха выделяющийся газ? __________________________________________________________________________________
2. Почему метан необходимо собрать в пробирке, перевернутой вверх дном?
Уравнение реакции получения метана:
Выводы:
1. Каковы условия получения метана в лабораторных условиях?
Опыт № 4.Горение метана.
Стеклянный цилиндр (емкостью, например, 250мл.), заполненный метаном, или пробирку с метаном с предыдущего опыта ставят на стол, снимают с него пластинку или открывают пробку и без промедления поджигают газ лучинкой. По мере сгорания метана пламя опускается внутрь цилиндра.
Чтобы пламя держалось все время над цилиндром, и было хорошо заметно студентам, в цилиндр с горящим метаном можно вливать постепенно воду, вытесняя тем самым газ наружу. Наблюдения:
1. Каким пламенем горит метан?
Уравнение реакции горения метана:
Выводы:
ВЫПОЛНИТЕ ЗАДАНИЯ:
Задание 1. Составьте структурные формулы молекул по их названиям:
Источник
Мир после конца света
Предыдущие записи автора
Биогаз. Получение метана в домашних условиях.
«Безумный Макс 3. Под куполом грома» все смотрели? Тогда читаем очередной копипаст, взятый отсюда: http://serhii.my1.ru/publ/stati_dr_avtorov/biogaz_.
Биогаз. Получение метана в домашних условиях.
Что такое биогаз?
В последнее время все большее внимание привлекают нетрадиционные, с технической точки зрения, источники энергии: солнечное излучение, морские приливы и волны и многое другое. Некоторые из них, например ветер, находили широкое применение и в прошлом, а сегодня переживают второе рождение. Одним из «забытых» видов сырья является и биогаз, использовавшийся еще в Древнем Китае и вновь «открытый» в наше время.
Что же такое биогаз? Этим термином обозначают газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации (перепревания) органических веществ самого разного происхождения. В любом крестьянском хозяйстве в течение года собирается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским жителям.
Биогаз — смесь газов. Его основные компоненты: метан (CH4) — 55-70% и углекислый газ (СО2) — 28-43%, а также в очень малых количествах другие газы, например — сероводород (H2S).
В среднем 1 кг органического вещества, биологически разложимого на 70%, производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг неразложимого остатка.
Факторы, влияющие на производство биогаза.
Поскольку разложение органических отходов происходит за счет деятельности определенных типов бактерий, существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Так, количество вырабатываемого газа в значительной степени зависит от температуры: чем теплее, тем выше скорость и степень ферментации органического сырья. Именно поэтому, вероятно, первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым климатом. Однако применение надежной теплоизоляции, а иногда и подогретой воды позволяет освоить строительство генераторов биогаза в районах, где температура зимой опускается до -20?С. Существуют определенные требования и к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий, содержать биологически разлагающееся органическое вещество и в большом количестве воду (90-94%). Желательно, чтобы среда была нейтральной и без веществ, мешающих действию бактерий: например, мыла, стиральных порошков, антибиотиков.
Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе ферментации жидкость в резервуаре имеет тенденцию к разделению на три фракции. Верхняя — корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа, через некоторое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.
Бактерии наиболее активны в средней зоне. Поэтому содержимое резервуара необходимо периодически перемешивать — хотя бы один раз в сутки, а желательно — до шести раз. Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособлений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса), под напором пневматической системы (частичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных методов самоперемешивания.
Установки для получения биогаза.
В Румынии генераторы биогаза получили широкое распространение. Одна из первых индивидуальных установок (рис.1А) была введена в эксплуатацию еще в декабре 1982 года. С тех пор она успешно обеспечивает газом три соседствующие семьи, имеющие каждая по обычной газовой плите с тремя конфорками и духовкой. Ферментатор находится в яме диаметром около 4 м и глубиной 2 м (объем примерно 21 м3), выложенной изнутри кровельным железом, сваренным дважды: сначала электрической сваркой, а затем, для надежности, газовой. Для антикоррозионной защиты внутренняя поверхность резервуара покрыта смолой. Снаружи верхней кромки ферментатора сделана кольцевая канавка из бетона глубиной примерно 1 м, выполняющая функцию гидрозатвора; в этой канавке, заполненной водой, скользит вертикальная часть колокола, закрывающего резервуар.
Колокол высотой около 2,5 м — из листовой двух миллиметровой стали. В верхней его части и собирается газ.
Автор этого проекта выбрал вариант собирания газа в отличив от других установок с помощью трубы, находящейся внутри ферментатора и имеющей три подземных ответвления — к трем хозяйствам. Кроме того, вода в канавке гидрозатвора проточная, что предотвращает обледенение в зимнее время. Ферментатор загружается примерно 12 м3 свежего навоза, поверх которого выливается коровья моча (без добавления воды. Генератор начинает работать через 7 дней после наполнения.
Похожую компоновку имеет еще одна установка (рис. 1Б). Ее ферментатор сделан в яме, имеющей квадратное поперечное сечение размерами 2х2 и глубиной примерно 2,5 м. Яма облицована железобетонными плитами толщиной 10-12 см, оштукатурена цементом и покрыта для герметичности смолой. Канавка гидрозатвора глубиной около 50 см также бетонная, колокол сварен из кровельного железа и может на четырех «ушках» свободно скользить по четырем вертикальным направляющим, установленным на бетонном резервуаре. Высота колокола примерно 3 м, из которых 0,5 м погружено в канавку.
При первом наполнении в ферментатор было загружено 8 м3 свежего коровьего навоза, а сверху запито примерно 400 л коровьей мочи. Через 7- 8 дней установка уже полностью обеспечивала владельцев газом.
Аналогичную конструкцию имеет и генератор биогаза, рассчитанный на прием 6 м3 смешанного навоза (от коров, овец и свиней). Этого оказалось достаточно, чтобы обеспечить нормальную работу газовой плиты с тремя конфорками и духовкой.
Еще одна установка отличается любе пытной конструктивной деталью: рядом с ферментатором уложены присоединенные к нему с помощью Т-образного шланга три большие тракторные камеры, соединенные и между собой (риг. 2). В ночное время, когда биогаз не используется и накапливается под колоколом, возникает опасность, что последний из-за избыточного давления опрокинется. Резиновый резервуар служит дополнительной емкостью. Ферментатора размером 2х2×1,5 м вполне достаточно для работы двух горелок, а при увеличении полезного объема установки до 1 м3 можно получить количество биогаза, достаточное и для обогрева жилища.
Особенность этого варианта установки — устройство колокола 138 см и высотой 150 см из прорезиненного полотна, применяемого для изготовления надувных лoдок. Ферментатор представляет собой металлический резервуар 140х380 см и имеет объем 4,7 м3. Колокол вводится в находящийся в ферментаторе навоз на глубину не менее 30 см для обеспечения гидравлического заслона выходу биогаза в атмосферу. В верхней части разбухающего резервуара предусмотрен кран, соединенный со шлангом; по нему газ поступает к газовой плите с тремя конфорками и колонке для нагрева воды. Чтобы обеспечить оптимальные условия для работы ферментатора, навоз смешивается с горячей водой.Наилучшие результаты установка показала при влажности сырья 90% и температуре 30-35°.
Для обогрева ферментатора используется и эффект теплицы. Над емкостью сооружается металлический каркас, который покрывают полиэтиленовой пленкой: при неблагоприятных погодных условиях она сохраняет тепло и позволяет заметно ускорить процесс разложения сырья.
В Румынии генераторы биогаза используются и в государственных или кооперативных хозяйствах. Вот один из них. Он имеет два ферментатора емкостью по 203 м3, закрытых каркасом с полиэтиленовой пленкой (рис. 3). Зимой навоз обогревается горячей водой. Производительность установки составляет 300-480 м3 газа в день. Такого количества вполне хватает для обеспечения всех потребностей местного агропромышленного комплекса.
Как уже отмечалось, решающую роль. в развитии процесса ферментации играет температура: нагрев сырья с 15? до 20° может вдвое увеличить производство энергоносителя. Поэтому часто генераторов имеет специальную систему подогрева сырья, однако большинство установок не оборудовано ею; они используют лишь тепло, выделяемое в процессе самого разложения органических веществ. Одним из важнейших условий нормальной работы ферментатора является наличие надежной ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ. Кроме того, необходимо свести к минимуму потери тепла при очистке и наполнении бункера ферментатора.
Необходимо помнить также о необходимости обеспечения биохимического равновесия, Иногда темпы производства бактериями кислот выше, чем темпы их потребления бактериями второй группы, В этом случае кислотность массы растет, а выработка биогаза снижается. Положение может быть исправлено либо уменьшением ежедневной порции сырья, либо увеличением его растворимости (по возможности, горячей водой), либо, наконец, добавкой нейтрализующего вещества — например известкового молока, стиральной или питьевой соды.
Производство биогаза может уменьшиться за счет нарушения соотношения между углеродом и азотом. В этом случае в ферментатор вводят вещества, содержащие азот, — мочу или в небольшом количестве соли аммония, используемые обычно в качестве химических удобрений (50 — 100 г на 1 м3 сырья).
Следует помнить, что высокая влажность и наличие сероводорода (содержание которого в биогазе может достигать 0,5%) стимулируют повышенную коррозию металлических частей установки. Поэтому состояние всех остальных элементов ферментатора следует регулярно контролировать и в местах повреждений тщательно защищать: лучше всего свинцовым суриком — в один или два слоя, а затем еще двумя слоями любой масляной краски.
В качестве трубопровода для транспортировки биогаза от выпускного патрубка в верхней части колокола установки до потребителя могут использоваться как трубы (металлические или пластмассовые), так и резиновые шланги. Их желательно вести в глубокой траншее, чтобы исключить разрывы из-за замерзания зимой конденсировавшейся воды. Если же транспортировка газа с помощью шланга осуществляется по воздуху, то для отвода конденсата необходимо специальное устройство. Самая простая схема такого приспособления представляет собой U-образную трубку, присоединенную к шлангу в самой нижней его точке (рис. 4). Длина свободной ветви трубки (х) должна быть больше, чем выраженное в миллиметрах водяного столба давление биогаза. По мере того как в трубку стекает конденсат из трубопровода, вода выливается через ее свободный конец без утечки газа.
В верхней части колокола целесообразно также предусмотреть патрубок для установки манометра, чтобы по величине давления судить о количестве накопленного биогаза.
Опыт эксплуатации установок показал, что использование в качестве сырья смеси разных органических веществ дает больше биогаза, чем при загрузка ферментатора одним из компонентов. Влажность сырья рекомендуется немного уменьшать зимой (до 88-90%) и повышать летом (92-94%). Вода, которую используют для разбавления, должна быть теплой (желательно 35-40°).
Сырье подается порциями, по крайней мере один раз в сутки. После первой загрузки ферментатора нередко сначала вырабатывается биогаз, который содержит более 60% углекислого газа и поэтому не горит. Этот газ удаляют в атмосферу, и через 1 -3 дня установка начнет функционировать нормально.
Источник
