乙酸乙酯制備實驗中酚酞褪色原因的探究

謝雕+唐婭

摘要：在乙酸乙酯制備演示實驗中，向飽和碳酸鈉溶液中滴入酚酞，觀察分層及振蕩褪色現象，酚酞褪色的原因多被解釋為碳酸鈉溶液被蒸出的乙酸中和。為此，進行了一系列實驗和理論探究，發現酯化實驗過程中蒸出的乙酸量較少，不足以中和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液褪色的原因是酚酞被乙酸乙酯萃取到了酯層中；以多元恒沸混合物的理論數據為依據，進一步改進了酯化反應的實驗裝置，證明了實驗過程中乙酸不會被大量蒸出。

關鍵詞：乙酸乙酯；酚酞褪色原因；二元共沸；實驗探究

文章編號：1005–6629（2016）12–0064–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

乙酸乙酯的制備（人教版《化學2》第75頁）是高中有機化學的重要演示實驗，體現了有機化學實驗的基本思想和方法。在乙酸乙酯制備的演示實驗中，為了讓學生能更清楚地看到乙酸乙酯與碳酸鈉溶液的分層現象，教師在演示時常向飽和碳酸鈉溶液中滴加幾滴酚酞使溶液呈紅色。當制備完成收集產物后，溶液上層為無色，下層為紅色，振蕩試管后，兩層均變為了無色。對下層碳酸鈉溶液褪色的原因，教師一般解釋為：蒸出的物質中含有乙酸，與碳酸鈉溶液反應而使酚酞褪色，并以此來強化碳酸鈉溶液的作用。

這個推理看似合理，在某些資料上甚至以此設置考題。余灼森老師[1]進行了一些實驗探究，也認為碳酸鈉被蒸出的乙酸完全消耗而導致酚酞褪色。該結論與筆者平時的實驗結果有較大的差異，為此筆者設計了一系列實驗，多角度、多因素分析碳酸鈉溶液中酚酞褪色的原因，還對酯化反應中蒸出乙酸的量進行了測定和理論分析，并從不同角度設計實驗進行驗證。

1 實驗探究一 反應后水層溶液中是否有碳酸鈉剩余

（1）用pH計測試所用飽和碳酸鈉溶液pH為12.23。

（2）用“3mL無水乙醇+2mL濃硫酸+2mL冰醋酸”進行酯化實驗，用5mL飽和碳酸鈉溶液收集乙酸乙酯，振蕩靜止分層后，分離出下層液體，將液體分成三份，分別完成下面實驗。

當然由于測定過程存在實驗誤差，計算結果只是一個估算值，但我們仍可清晰地看出碳酸鈉溶液的濃度變化很小，因此可以推測Na2CO3溶液吸收乙酸的量應是比較少的。

但我們不禁又想到，由于酯化反應自身的特點，加熱程度和時間長短不同，蒸出乙酸的量可能會出現較大差異。因此我們將測試在規范的實驗操作情況下，不同的實驗者進行酯化反應實驗時，蒸出乙酸的量。

2 實驗探究二 蒸出乙酸量的測定

在乙酸乙酯的制取實驗中，將5mL飽和碳酸鈉溶液改為5mL飽和氯化鈉溶液來收集乙酸乙酯，然后分離出下層溶液并測pH。我們選取三位不同的教師在相同實驗條件下平行進行該實驗，結果如下：

由此可見，酯化實驗時，不同的實驗者由于個人實驗差異，蒸出乙酸的量也不相同，但只要在相同實驗條件、規范操作的情況下，蒸出的乙酸都是少量的，只有加入乙酸量的1%左右。

既然乙酸蒸出量很少，碳酸鈉溶液還有相當多的剩余，溶液仍然呈現較強的堿性，那紅色為什么褪去了？酚酞去哪兒了？

查閱資料可知：酚酞是一種白色晶體狀粉末，不溶于水，1g酚酞可溶于13mL乙醇或70mL乙醚中[3]。由此可見，酚酞難溶于水而易溶于有機溶劑，那么酚酞是否被乙酸乙酯萃取到上層去了呢？

3 實驗探究三 乙酸乙酯層中是否溶有酚酞

萃取能否發生與溶質在不同溶劑中的溶解度緊密相關。因此，我們又做了如下三組對比實驗，從溶解度的角度找到酚酞被乙酸乙酯萃取的依據。

4 實驗探究四 酚酞在不同溶劑中溶解度的測定

從下面的實驗可以看出，酚酞在水中的溶解度非常小，幾乎不溶于水，而酚酞在乙酸乙酯中的溶解度比在乙醇中還要大，因此乙酸乙酯將酚酞從碳酸鈉溶液中萃取出來是完全合理的，這才是酚酞褪色的真正原因。

我們一般認為乙醇、乙酸、乙酸乙酯都是易揮發的液體，為何在乙酸乙酯制備實驗的實際加熱過程中，乙酸蒸出會很少呢？筆者通過查閱文獻得到下面的數據。

從上面表格可以看出，乙酸、乙醇、乙酸乙酯的沸點是118.1℃、78.3℃、77.1℃，乙酸的沸點比乙醇和乙酸乙酯高得多，且乙酸不能和水、乙醇、乙酸乙酯形成恒沸物；而乙酸乙酯可以和乙醇、水分別形成二元恒沸物，導致沸點分別降為71.8℃和70.4℃，這與乙酸的沸點相差就更大了，相差達到46℃左右。因此不難分析出，酯化實驗加熱時從反應試管蒸出的主要是乙酸乙酯和乙醇，而乙酸是不易被蒸出來的，即使蒸出來也是少量的。那么在酯化反應實驗的操作過程中，溶液溫度是如何變化的？筆者設計了如下實驗進行驗證。

5 實驗探究五 酯化反應過程中加熱溫度的測定

如圖1所示，在酯化實驗裝置中加上一支溫度計，測量加熱過程中溶液的溫度變化。實驗結果如下：

反應液受熱時溫度迅速上升，70℃左右微沸，保持微沸1～2分鐘后，大火加熱到80℃劇烈沸騰，85℃左右產生大量餾出液，此時可抽出溫度計至試管口，測試試管口溫度在80℃左右。這一實驗結果和上面沸點數據基本吻合。

通過上述實驗探究，可以得出以下結論：該實驗中由于乙酸乙酯能形成二元恒沸物使沸點降低，而乙酸不能形成恒沸物，因此在酯化反應實驗條件下，乙酸乙酯易被大量蒸出，而乙酸蒸出量較少；雖然有少量碳酸鈉會被乙酸中和，但仍有大量碳酸鈉剩余，因此乙酸與碳酸鈉反應不是酚酞褪色的主要原因；由于酚酞在乙酸乙酯中的溶解度較大，所以振蕩后酚酞被乙酸乙酯萃取到了酯層中，這才是碳酸鈉溶液中酚酞褪色的根本原因。

參考文獻：

[1]余灼森.制取乙酸乙酯時使含酚酞的碳酸鈉溶液褪色的原因探究[J].化學教學，2007，（9）：36，72.

[2]武漢大學.分析化學（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2000：319.

[3]張孫瑋，湯福隆，張泰.現代化學試劑手冊（第二分冊）·化學分析試劑[M].北京：化學工業出版社，1987：35.

[4] J. A.迪安主編.魏俊發等譯.蘭氏化學手冊（第十三版）[M].北京：科學出版社，2003：64～74.