甲烷与氯气反应的化学方程式（精选6篇）
四部取代反应方程式可以合并吗
需要注意以上四个方程式不能合并，因为甲烷与氯气的取代反应是分步进行的`,每一步的化学反应平稳常数都不同,反应进行的程度也不同,两者反应的产物不是只有CCl4和HCl.首先步氯代,诞生CH3Cl,然后部分CH3Cl发生第二步氯代,诞生CH2Cl2,再然后部分CH2Cl2发生第三步氯代,诞生CHCl3,最后部分CHCl3发生第四步氯代,生成CCl4,因此,二者的反应产物应该是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物,所以这个取代反应的方程式不能合并。
1 数学模型与边界条件
1.1 数学模型
1.1.1 气相和固相的质量守恒方程
undefined (1)
undefined (2)
式中undefined、undefined——气相和固相单位时间单位体积内生成的质量。
1.1.2 气相和固相动量守恒方程
undefined
(3)
undefined
(4)
其中,固相应力τs表示为
undefined (5)
考虑到高颗粒浓度区,摩擦应力对床内颗粒流动行为的重要影响,将颗粒相应力分解成两部分,其中由颗粒碰撞引起的颗粒相压力psl按颗粒动理学理论[9]确定
undefined (6)
颗粒相动力粘度μsl为
undefined
(7)
而对于摩擦应力的影响,采用Srivastava and Sundaresan提出的考虑应变速率波动的影响的摩擦应力模型[10]
undefined (8)
undefined (9)
式中 S——应变率张量;
ψ——内摩擦角;
n——表面形状指数。
undefined
(10)
1.1.3 颗粒拟温度方程
undefined
(11)
其中,ks为颗粒相热传导系数,表示为指数
undefined
(12)
颗粒相脉动能耗散γs和单位体积能量耗散率Dgs分别表示为
undefined (13)
undefined (14)
1.1.4 气相组分守恒方程
undefined (15)
其中,扩散通量Jg,i可根据Fick定律计算:
undefined (16)
1.1.5 气相和固相的能量守恒方程
undefined
(17)
undefined
(18)
其中,c、λ、φ分别表示比热容、热传导系数和相间换热系数。
1.1.6 化学反应模型
在本文的研究中,颗粒相包括NiO和Ni两种组分,假定NiO和Ni的粒径、表观密度相同。在化学反应模型的选取中,使用缩核反应计算模型[11]
4NiO+CH4→4Ni+CO2+2H2O (19)
undefined
(20)
1.1.7 气固相间作用力模型
在双流体模型中,两相间是通过动量交换项进行耦合的,因此合适的曳力模型计算公式的选取对流化床的模拟具有很重要的意义。本文采用Gidaspow[9]提出的曳力模型,其表达式为
undefined
1.2 边界条件
在壁面上对气相采用无滑移边界条件,将颗粒的法向速度定为0。颗粒相则采用Johnson and Jackson提出的部分滑移边界条件[12]
undefined (22)
undefined (23)
式中 ew——壁面的弹性恢复系数。
2 计算结果与讨论
计算模型采用Jung等[13]的燃料反应器的结构尺寸。其中反应器高0.6 m,直径为0.25 m,反应器底部为气体速度入口,顶部为压力出口,壁面设置为绝热壁面,初始条件下,颗粒以孔隙率0.42堆积,堆积高度为0.25 m。
图1表示不同时刻下燃料反应器中颗粒浓度的瞬时分布。由图可以看出,鼓泡床内表现出乳化相和气泡并存的流动结构。气泡在布风板处形成,在向上运动的过程中,气泡之间不断的聚并,伴随着体积较大的气泡不断破裂,气固相间的强烈作用导致气体和颗粒的流动呈现出不稳定状态。
图2表示不同时刻下甲烷摩尔分数分布,从图中可以看出,在进口处甲烷浓度较高,随着反应的进行,沿着高度的方向甲烷浓度逐渐减小,在反应器底部,由于没有颗粒的存在,使得甲烷浓度趋于常数,结合图2,在气泡处,由于颗粒浓度很小,因此未反应的甲烷随着气泡上升到床层底部,致使转换率有所下降。
图3为不同高度下时均颗粒浓度与速度沿径向的分布。颗粒浓度整体上表现出中心低壁面高的分布趋势,这主要是由于在床内中心区域更易形成气泡,随着高度增加,颗粒浓度降低,而速度在中心处向上流动,沿着壁面向下流动,整个床内形成了内循环流动结构。
图4表示不同高度处气体温度以及产物二氧化碳摩尔分数沿径向的分布。进口处气体温度是950 K,而随着反应的进行,由于是吸热反应,气体温度沿着高度方向气体温度逐渐降低。由于中心处气泡的存在,使得壁面区域反应程度较大,因此温度较中心区域要低,而二氧化碳的浓度随着高度的增加而增加,在壁面处由于气体浓度较低,反应速率没有达到最大,二氧化碳浓度的最大值出现在壁面附近处。
3 结论
关键词：铁丝；氯气；演示实验；氯化铁
文章编号：1005–6629（2014）2–0041–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
铁在氯气中燃烧的实验是现行化学教材[1]中的一个重要实验（实验装置如图1所示），教材中的实验方法尽管能够达到实验目的。但有明显的缺陷：其一，在集气瓶中收集氯气时需要一个较为复杂的氯气制备系统，在制备和收集过程中容易造成氯气外逸，污染室内空气；其二，在进行铁与氯气反应实验过程中瓶内未反应的氯气及大量的棕黄色的烟（三氯化铁小颗粒）容易外逸，污染室内环境，不利于师生健康。针对教材中实验的不足，笔者对该实验进行了认真的研究和设计，并收到了较好的教学效果，现介绍如下。
1 实验用品
蒸馏瓶（500 mL）1个，单球干燥管1支，小试管（15 mm×100 mm）1支，分液漏斗（50 mL）1个，胶头滴管1支，2号单孔橡胶塞1个，5号单孔橡胶塞1个，粗铜丝（40 cm）1根，酒精灯1盏，火柴1盒，铁架台1个，十字夹、铁夹各1个。
浓盐酸，高锰酸钾晶体，颗粒状碱石灰，细铁丝（φ=0.22 mm，细铁丝网专用），蒸馏水，10%氢氧化钠溶液。
2 实验装置
如图2所示。
3 附件制作
3.1 制作铜丝试管架
取1根40 cm长的粗铜丝，用铁钳弯成一个能固定试管的架子（如图3所示）。
3.2 组装橡胶塞
将自制铜丝试管架的柄穿入5号单孔橡胶塞的中央；在橡胶塞的小孔上安装分液漏斗，并保证气密性良好（如图4所示）。
4 实验方法及其实验现象
（1）在蒸馏瓶内加入3 g左右的细铁丝。
（2）在干燥管内加入用蒸馏水润湿的碱石灰颗粒后固定在蒸馏瓶的支管上。
（3）在小试管中加入1 g左右的高锰酸钾晶体后，将小试管放在试管架上固定好；将大胶塞上的分液漏斗注入1.5 mL浓盐酸；最后把大胶塞紧紧塞在蒸馏瓶的瓶口处，并保证气密性良好。
（5）用力下推试管架的铜丝柄，使小试管下移到蒸馏瓶的底部。由于氯气的密度大于空气的密度，空气通过干燥管排出瓶体外。
待细铁丝燃烧结束、蒸馏瓶冷却后，旋转铜丝柄，使小试管不再对准分液漏斗的下端；在分液漏斗内加入有盐酸的蒸馏水20 mL，旋转分液漏斗旋塞，使蒸馏水全部注入蒸馏瓶内后关闭旋塞，可观察到溶液呈黄色，说明生成物为氯化铁。
实验完毕后，向分液漏斗内加入30 mL 10%的氢氧化钠溶液，打开旋塞，当氢氧化钠溶液全部注入蒸馏瓶时，关闭分液漏斗的旋塞。轻轻振荡蒸馏瓶，使其内部的剩余的氯气全部被氢氧化钠溶液吸收掉（Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O）。
5 实验优点及其说明
（1）铁与氯反应实验的环保型装置，取材容易，制作简单，操作方便，现象明显，无空气污染，重复性好，是目前较为理想的一个实验装置，深受师生的好评。
（2）在给蒸馏瓶内铁丝加热过程中，严禁液体滴入瓶内，以防瓶体炸裂。
参考文献：
[1]人民教育出版社化学室编著.全日制普通高级中学教科书（必修加选修）化学第二册[M].北京：人民教育出版社，2003：87.
摘要：铁在氯气里燃烧实验是现行高中化学教材中的一个重要演示实验，但进行演示时，逸出的氯气等有害物质，严重污染教学环境，影响师生健康。为此，利用蒸馏瓶作为反应器设计出了环保型实验装置，完全消除了实验过程中的环境污染，教学效果良好。不仅能够实现教学目标，而且培养了学生的创新能力，增强了学生的环保意识。
关键词：铁丝；氯气；演示实验；氯化铁
文章编号：1005–6629（2014）2–0041–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
铁在氯气中燃烧的实验是现行化学教材[1]中的一个重要实验（实验装置如图1所示），教材中的实验方法尽管能够达到实验目的。但有明显的缺陷：其一，在集气瓶中收集氯气时需要一个较为复杂的氯气制备系统，在制备和收集过程中容易造成氯气外逸，污染室内空气；其二，在进行铁与氯气反应实验过程中瓶内未反应的氯气及大量的棕黄色的烟（三氯化铁小颗粒）容易外逸，污染室内环境，不利于师生健康。针对教材中实验的不足，笔者对该实验进行了认真的研究和设计，并收到了较好的教学效果，现介绍如下。
1 实验用品
蒸馏瓶（500 mL）1个，单球干燥管1支，小试管（15 mm×100 mm）1支，分液漏斗（50 mL）1个，胶头滴管1支，2号单孔橡胶塞1个，5号单孔橡胶塞1个，粗铜丝（40 cm）1根，酒精灯1盏，火柴1盒，铁架台1个，十字夹、铁夹各1个。
浓盐酸，高锰酸钾晶体，颗粒状碱石灰，细铁丝（φ=0.22 mm，细铁丝网专用），蒸馏水，10%氢氧化钠溶液。
2 实验装置
如图2所示。
3 附件制作
3.1 制作铜丝试管架
取1根40 cm长的粗铜丝，用铁钳弯成一个能固定试管的架子（如图3所示）。
3.2 组装橡胶塞
将自制铜丝试管架的柄穿入5号单孔橡胶塞的中央；在橡胶塞的小孔上安装分液漏斗，并保证气密性良好（如图4所示）。
4 实验方法及其实验现象
（1）在蒸馏瓶内加入3 g左右的细铁丝。
（2）在干燥管内加入用蒸馏水润湿的碱石灰颗粒后固定在蒸馏瓶的支管上。
（3）在小试管中加入1 g左右的高锰酸钾晶体后，将小试管放在试管架上固定好；将大胶塞上的分液漏斗注入1.5 mL浓盐酸；最后把大胶塞紧紧塞在蒸馏瓶的瓶口处，并保证气密性良好。
（5）用力下推试管架的铜丝柄，使小试管下移到蒸馏瓶的底部。由于氯气的密度大于空气的密度，空气通过干燥管排出瓶体外。
待细铁丝燃烧结束、蒸馏瓶冷却后，旋转铜丝柄，使小试管不再对准分液漏斗的下端；在分液漏斗内加入有盐酸的蒸馏水20 mL，旋转分液漏斗旋塞，使蒸馏水全部注入蒸馏瓶内后关闭旋塞，可观察到溶液呈黄色，说明生成物为氯化铁。
实验完毕后，向分液漏斗内加入30 mL 10%的氢氧化钠溶液，打开旋塞，当氢氧化钠溶液全部注入蒸馏瓶时，关闭分液漏斗的旋塞。轻轻振荡蒸馏瓶，使其内部的剩余的氯气全部被氢氧化钠溶液吸收掉（Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O）。
5 实验优点及其说明
（1）铁与氯反应实验的环保型装置，取材容易，制作简单，操作方便，现象明显，无空气污染，重复性好，是目前较为理想的一个实验装置，深受师生的好评。
（2）在给蒸馏瓶内铁丝加热过程中，严禁液体滴入瓶内，以防瓶体炸裂。
参考文献：
[1]人民教育出版社化学室编著.全日制普通高级中学教科书（必修加选修）化学第二册[M].北京：人民教育出版社，2003：87.
摘要：铁在氯气里燃烧实验是现行高中化学教材中的一个重要演示实验，但进行演示时，逸出的氯气等有害物质，严重污染教学环境，影响师生健康。为此，利用蒸馏瓶作为反应器设计出了环保型实验装置，完全消除了实验过程中的环境污染，教学效果良好。不仅能够实现教学目标，而且培养了学生的创新能力，增强了学生的环保意识。
关键词：铁丝；氯气；演示实验；氯化铁
文章编号：1005–6629（2014）2–0041–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
铁在氯气中燃烧的实验是现行化学教材[1]中的一个重要实验（实验装置如图1所示），教材中的实验方法尽管能够达到实验目的。但有明显的缺陷：其一，在集气瓶中收集氯气时需要一个较为复杂的氯气制备系统，在制备和收集过程中容易造成氯气外逸，污染室内空气；其二，在进行铁与氯气反应实验过程中瓶内未反应的氯气及大量的棕黄色的烟（三氯化铁小颗粒）容易外逸，污染室内环境，不利于师生健康。针对教材中实验的不足，笔者对该实验进行了认真的研究和设计，并收到了较好的教学效果，现介绍如下。
1 实验用品
蒸馏瓶（500 mL）1个，单球干燥管1支，小试管（15 mm×100 mm）1支，分液漏斗（50 mL）1个，胶头滴管1支，2号单孔橡胶塞1个，5号单孔橡胶塞1个，粗铜丝（40 cm）1根，酒精灯1盏，火柴1盒，铁架台1个，十字夹、铁夹各1个。
浓盐酸，高锰酸钾晶体，颗粒状碱石灰，细铁丝（φ=0.22 mm，细铁丝网专用），蒸馏水，10%氢氧化钠溶液。
2 实验装置
如图2所示。
3 附件制作
3.1 制作铜丝试管架
取1根40 cm长的粗铜丝，用铁钳弯成一个能固定试管的架子（如图3所示）。
3.2 组装橡胶塞
将自制铜丝试管架的柄穿入5号单孔橡胶塞的中央；在橡胶塞的小孔上安装分液漏斗，并保证气密性良好（如图4所示）。
4 实验方法及其实验现象
（1）在蒸馏瓶内加入3 g左右的细铁丝。
（2）在干燥管内加入用蒸馏水润湿的碱石灰颗粒后固定在蒸馏瓶的支管上。
（3）在小试管中加入1 g左右的高锰酸钾晶体后，将小试管放在试管架上固定好；将大胶塞上的分液漏斗注入1.5 mL浓盐酸；最后把大胶塞紧紧塞在蒸馏瓶的瓶口处，并保证气密性良好。
（5）用力下推试管架的铜丝柄，使小试管下移到蒸馏瓶的底部。由于氯气的密度大于空气的密度，空气通过干燥管排出瓶体外。
待细铁丝燃烧结束、蒸馏瓶冷却后，旋转铜丝柄，使小试管不再对准分液漏斗的下端；在分液漏斗内加入有盐酸的蒸馏水20 mL，旋转分液漏斗旋塞，使蒸馏水全部注入蒸馏瓶内后关闭旋塞，可观察到溶液呈黄色，说明生成物为氯化铁。
实验完毕后，向分液漏斗内加入30 mL 10%的氢氧化钠溶液，打开旋塞，当氢氧化钠溶液全部注入蒸馏瓶时，关闭分液漏斗的旋塞。轻轻振荡蒸馏瓶，使其内部的剩余的氯气全部被氢氧化钠溶液吸收掉（Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O）。
5 实验优点及其说明
（1）铁与氯反应实验的环保型装置，取材容易，制作简单，操作方便，现象明显，无空气污染，重复性好，是目前较为理想的一个实验装置，深受师生的好评。
（2）在给蒸馏瓶内铁丝加热过程中，严禁液体滴入瓶内，以防瓶体炸裂。
参考文献：
水富一中 牟利平
一、实验改进原因
在现行人教版必修2中，钠与氯气反应实验是一个重要的演示实验，教材中的实验方法虽然装置简单、操作方便、现象明显，但是存在一个明显的不足——“将盛有氯气的集气瓶迅速倒扣在钠的上方”，在这个操作中氯气容易外逸，污染环境，影响师生健康。
二、改进实验 1.实验用品
酒精灯 铁架台 具支烧瓶 具支试管 烧杯 小刀 镊子 钥匙 试管夹 漏斗 滤纸 玻璃管 KMnO4、浓HCl、NaOH、金属钠、细沙 2.操作方法（1）检查气密性。（2）添加药品。
a.具支试管里面盛装2g左右的KMnO4，然后将胶塞复位、塞紧，取下注射器吸入10ml浓HCl，然后复位、塞紧在针头上
（此处为生成氯气2KMnO4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O）； b.具支烧瓶瓶底放上一小块钠（取用可以钠用玻璃管），然后将胶塞复位、塞紧，取下注射器吸入10mlNaOH，然后复位、塞紧在针头上
（吸收未反应完的氯气2NaOH + Cl2 == NaCl+ NaClO + H2O）;c.尾气吸收装置。用一个小烧杯盛装一定量的NaOH,漏斗倒置在液面上。3.实验现象
具支试管、具支烧瓶里面都充满了黄绿色气体，点燃酒精灯，可观察到钠块受热后，首先熔化，然后在氯气中剧烈燃烧，发出黄色火焰，生成大量的烟。4.废气处理
（1）待具支试管里面反应结束后，用另一支盛装NaOH的注射器，处理具支试管里面残留的氯气；
（2）待烧瓶冷却后，将烧瓶胶塞上注射器里面的NaOH全部注入烧瓶内，吸收烧瓶内剩余的氯气。5.实验优点
（1）取材容易，易于组装，操作方便，现象明显；将制取氯气的装置和钠与氯气反应装置连在一起，无空气污染，最后的废气处理非常有效，有利于培养学生爱护环境的环保意识。
（2）此实验还让学生知道生成氯气的另一个反应；取用钠的时候可以采用玻璃管从钠块中间钻取出一小块，可以清楚的观察金属钠的颜色，完全可以推广到钠的性质实验中去，有助于培养学生的创新能力。
（3）此装置除了做钠与氯气反应，还可以做氯气与铁、铜反应等。（4）容易推广为教师演示实验和学生实验，提高教学效果。6.实验注意事项
（1）必须检查气密性，防止氯气泄露。（2）钠块上不能有煤油，否则会影响实验现象。
氯气泄漏极易造成人身伤亡和区域性污染，防止氯气泄漏的方法有：
1、不能选用存在缺陷的设备和部件，各设备和部件要定期检测和检验;
2、加强工艺管理，严格控制工艺指标，发现问题必须及时检查和处理;
3、加强事故氯处理装置的管理和检修，相关装置采用多路电源供电，定期清洗事故氯处理装置，机泵定期试车;
1 事件发生经过
2008年4月16日上午7时左右, 怀柔区某饮品有限公司的8名员工在刷洗工序浸泡槽中使用一种新型消毒液刷洗玻璃瓶 (原来一直使用84消毒液) 。工序为:将大塑料桶里 (容积为20 L) 的深黄色液体倒进小量杯 (容积为0.5 L) 中, 再倒进消毒池, 然后用刷子清洗玻璃瓶。员工将混合液倒入浸泡槽瞬间即冒起白烟, 似开锅, 有刺鼻气味, 之后觉憋气、流泪、头晕、眼疼、咳嗽。员工田某、罗某胸闷、憋气严重, 伴剧烈咳嗽, 至9时30分已经无法工作, 期间有五六次呕吐。但并未引起单位以及个人的重视, 后又有6人相继出现类似症状, 于17时被公司负责人送到区中医院就诊, 医院及时给予输液对症治疗。
2 临床表现
中毒较轻的患者表现为头痛、眼疼、流泪、咳嗽;较重的患者表现为胸闷、憋气严重、剧烈咳嗽、呕吐和视物模糊, 就诊时意识清、精神尚可, 查体正常。
3 现场卫生学调查
该公司主要生产饮料。生产车间约300 m2, 屋顶距地面6 m, 门口朝向东开。发生事故的地点为生产车间刷洗工序浸泡槽旁, 该槽长1.5 m, 宽1.5 m, 高0.6 m, 位于生产车间西北测, 距离门口约14 m。车间中央屋顶部装有机械通风设施, 通风口约30 cm× 30 cm, 距刷洗工序浸泡槽直线距离7 m。据工人所述, 该通风设施在生产时未开启。工人操作时把某公司生产的A液、B液等量混合后倒入浸泡槽 (据供货商介绍, A液为次氯酸钠, B液为盐酸) 。
北京市CDC与怀柔区CDC于当晚21时赶到现场, 进行现场调查与检测, 市CDC工作人员对浸泡槽旁空气进行了采样检测, 此时距事故发生后停产近9 h。厂房已经进行了通风、清洗等处理。检测人员先在浸泡槽东南角采集空气样品1件, 然后模拟事故发生现场的情况, 将少量A、B混合液倒入浸泡槽, 开启水龙头放水稀释, 并在浸泡槽西南角、东南角采集空气样品各1件, 检测结果见表1。
注:混合液中A液为次氯酸钠, B液为盐酸。
4 讨论
次氯酸钠与盐酸混合后倒入水中, 水解成次氯酸, 而次氯酸不稳定, 分解释放活性氯和原子态氧, 呈现杀菌作用[1]。氯是一种黄绿色有强烈刺激性的气体, 主要作用于支气管和细支气管, 也可作用于肺泡, 急性中毒起病及病情变化一般均较迅速, 可立即出现眼及上呼吸道刺激反应如支气管痉挛、支气管炎和支气管周围炎, 吸入大量时可引起中毒性肺水肿, 高浓度时还可造成眼角膜损伤[2]。
现场检测结果可见倒入混合液前池内尚有残存氯气, 倒入混合液后浸泡槽旁氯气浓度迅速升高, 2个检测点均超过国家职业卫生标准[3], 池西南角超标1.4倍, 池东南角超标15倍。根据现场调查、检测结果等情况, 可以判断此次事件为接触氯气发生的急性反应, 其中重度2人, 轻度6人。
发生此次事件的直接原因为工人在生产操作过程中未意识到职业病危害因素的存在, 未使用个人防护用品, 生产车间通风设施欠佳。间接原因为公司职业卫生管理松懈, 职业病防护意识淡漠, 如:在引进新型消毒液之前, 未向生产厂家索要原料成分说明, 对使用过程中可能产生的职业危害一无所知, 而且在使用前未对员工进行使用与防护知识的培训, 未配备个人使用的防毒口罩等。
此次事件的发生, 提示企业应加强职业卫生管理, 防患于未然。①要依据《中华人民共和国职业病防治法》有关规定, 凡生产作业场所存在有害物质, 必须进行申报, 并进行检测, 以确保作业安全;②企业应加强职业卫生管理:对生产过程中使用的原料、辅料严格把关, 若改换原料、辅料或者改变生产工艺, 需进行职业病危害因素检测;③要加强对员工的职业卫生知识培训, 提高职工的自我保护意识和能力[4];④建立健全职业病防护制度, 设置安全有效的职业病防护设备, 定期进行检查维修, 使其处于正常使用状态并在工作时开启;⑤为生产工人配备有效的个人防护用品, 并建立制度监督工人的使用。
摘要：目的及时查清事故发生原因, 为采取预防控制措施提供科学依据。方法流行病学调查及现场监测。结果此次事件, 有8名员工接触氯气发生接触性反应。现场检测结果为2.4～16mg/m3, 超过国家职业卫生标准1mg/m3。结论这是一起氯气接触性反应事件。提示企业应加强职业卫生工作的管理, 加强员工职业卫生知识的培训和个人防护用品的使用。
关键词：氯气,接触性反应
参考文献
[1]马文杰, 赵建军.一起因消毒剂使用不当引起氯气中毒的调查报告.中国职业医学, 2008, 35 (1) :86-87.
[2]陈献文, 冯鸿义, 刘川, 等.一起氯气和氯化氢泄露致群体性中毒事故调查.中国公共卫生, 2008, 24 (2) :174.
[3]CBZ2-2002.工作场所有害因素职业接触限值.
