有機(jī)化學(xué)實驗中的幾個細(xì)節(jié)問題探討

王金權(quán)， 錢國慶， 王 鑫， 徐海青，高曉燕， 陳小芳， 陳曉娟， 程曉春

(1.淮陰工學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003； 2.江蘇省鹽化工新材料工程實驗室、凹土資源利用實驗室、特色資源開發(fā)與藥用研究重點實驗室，江蘇 淮安 223003)

0 引 言

有機(jī)化學(xué)實驗是與化學(xué)相關(guān)的各類專業(yè)必修的一門基礎(chǔ)實驗課程，是有機(jī)化學(xué)教學(xué)不可或缺的重要組成部分，為有機(jī)化學(xué)理論教學(xué)提供實驗支撐。有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)的目的是訓(xùn)練學(xué)生的實驗操作技能，驗證有機(jī)化學(xué)理論教學(xué)中所學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生選擇合理的有機(jī)合成方法和分離、鑒定手段，以及分析和解決實際問題的能力；同時也是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的作風(fēng)，實事求是、嚴(yán)格認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度與良好的工作習(xí)慣的一個重要環(huán)節(jié)。

在有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)實踐中，教學(xué)研究人員不斷地發(fā)現(xiàn)問題，不斷地尋找解決方案并付諸實踐，并取得了一系列成績。如強(qiáng)根榮等[1]研究將專題式教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法、參與式教學(xué)法、基于網(wǎng)絡(luò)資源的PBL教學(xué)法等綜合運用到實驗教學(xué)過程中，明顯提高了實驗教學(xué)效果。楊振平等[2]研究了參與式教學(xué)法各個要素對有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)效果的影響，從而激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，將學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由被動轉(zhuǎn)為主動，顯著提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。張紅素等[3]介紹了四川大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心對基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行探索、改革與實踐的經(jīng)驗。李厚金等[4]將有機(jī)人名反應(yīng)、優(yōu)秀的科研成果改編成新的實驗教學(xué)項目，同時增設(shè)了新的微型實驗、綠色實驗、原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)實驗、全英實驗，顯著提高了有機(jī)化學(xué)實驗的教學(xué)效果。蔣衛(wèi)華等[5]以苯甲酸正丁酯的合成為例，將學(xué)、教、做、評四位一體的教學(xué)模式應(yīng)用到有機(jī)化學(xué)實驗，有效地提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。文獻(xiàn)[6-8]中從不同的角度對有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)存在的問題進(jìn)行了探討，提出各自的見解并付諸實踐，且都取得了較為顯著的教學(xué)效果。

對于學(xué)生而言，有機(jī)化學(xué)實驗知識的準(zhǔn)確性和可操作性是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。若知識點不準(zhǔn)確或不具有可操作性，則會讓學(xué)生學(xué)習(xí)時產(chǎn)生迷茫，不能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。而在現(xiàn)有的有機(jī)化學(xué)實驗教材中，有相當(dāng)一部分教材的部分實驗細(xì)節(jié)需要探討，值得商榷，如沸程測量中第1滴溫度與最后1滴溫度的界定表述不清，重結(jié)晶實驗中使用濾紙過濾實驗結(jié)果誤差大，以濃硫酸為催化劑制備乙酸乙酯易出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象等問題。

本文針對上述提及的3個問題進(jìn)行深入探討，并提出切實可行的解決方案，在一定程度上提升有機(jī)化學(xué)實驗的教學(xué)質(zhì)量。

1 沸程測量中第1滴溫度的界定

1.1 沸程的定義

按照中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7534-2004《工業(yè)用揮發(fā)性有機(jī)液體沸程測定》規(guī)定，沸程的相關(guān)名詞定義如下：

初餾點——在標(biāo)準(zhǔn)條件下蒸餾，第1滴冷凝液滴從冷凝管末端滴下時觀察到的瞬間溫度。

干點——在標(biāo)準(zhǔn)條件下蒸餾，蒸餾瓶底最后1滴液體蒸發(fā)時觀察到的瞬間溫度。

沸程——初餾點與干點之間的溫度間隔。

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7534-2004中使用的蒸餾燒瓶和冷凝器示意圖如圖1所示。此示意圖使用的蒸餾燒瓶為一體式，蒸餾支管與冷凝管間幾乎是無縫對接。

圖1 GB/T 7534-2004規(guī)定的蒸餾燒瓶(左)和冷凝管(右)示意圖(mm)

1.2 現(xiàn)有教材對沸程的描述

在現(xiàn)有有機(jī)化學(xué)實驗教材中，許多教材對蒸餾實驗中的沸程介紹含糊不清。如吳美芳等[9]描述為：前餾分蒸出后，應(yīng)該換上清潔的已稱量的接收瓶，接收需要的餾分，并記錄開始接收時的溫度和接收最后1滴的溫度，這個溫度區(qū)間即為餾分的沸程和沸點范圍，純粹有機(jī)化合物的沸程應(yīng)為1～2 ℃。郭艷玲等[10]描述為：餾分的收集。記錄第1滴餾出液滴入接收瓶時的溫度并接收沸點較低的前餾分。當(dāng)溫度升至所需沸點范圍并恒定時，更換另一接收瓶收集，并記錄此時的溫度范圍，即餾分的沸點范圍。王清廉等[11]描述為：前餾分蒸完，溫度趨于穩(wěn)定后，蒸出的就是較純的物質(zhì)，這時應(yīng)更換一個潔凈干燥的接收瓶接收，記下這部分液體開始餾出時和最后1滴時溫度計的讀數(shù)，即是該餾分的沸程(沸點范圍)。關(guān)燁第等[12]描述為：前餾分蒸完，蒸出的就是較純的物質(zhì)，應(yīng)更換一個潔凈干燥的接收瓶接收，當(dāng)溫度穩(wěn)定后記下這部分液體開始餾出時和最后1滴時的溫度計的讀數(shù)，即是該餾分的沸程。高占先等[13]描述為：應(yīng)當(dāng)在實驗記錄本上記錄下第1滴餾出液滴滴入接受器時的溫度。唐玉海等[14]描述為：記下蒸餾出第1滴液體時的溫度和液體快蒸完時(2～3 mL)的溫度，兩次記錄的溫度范圍稱為待測液體的沸程。通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，僅有雷亞春等[15]關(guān)注了冷卻水對沸程變化的影響。

大部分教材在介紹蒸餾實驗裝置時，使用圖2(a)的示意圖進(jìn)行介紹，該示意圖整體裝置及各部分裝置搭配都是正確的。但是，在實際實驗操作中，經(jīng)常使用的部分蒸餾儀器見圖2(b)。圖中的圈2部分與圖2(a)的圈1部分相對應(yīng)，而圖2(b)中的圈2部分對應(yīng)圖2(c)中的放大圖。由圖2(c)中可以看到，蒸餾頭支管口(圈3所示部分)與冷凝管的直管部分并不是無縫對接，而是有一定的距離d。另外，冷凝管接口部的直徑比冷凝管的直管部分的直徑大，導(dǎo)致接口部分與直管部分連接有一定的緩沖角度，見圖2(c)中圈4。

(a) 蒸餾實驗裝置示意圖

(b) 蒸餾裝置實物圖

1.3 實驗實際沸程的校正

在氣溫較低的冬天做蒸餾實驗時，如果不使用保溫裝置將整個蒸餾頭和冷凝管接口部位包裹住，第1滴冷凝液滴往往會從蒸餾頭支管口滴下，并在圖2(c)圈4區(qū)域積聚，直到液面高于冷凝管的直管部分，才會向冷凝管的下端流淌。若以冷凝管末端第1滴冷凝液滴滴下時的溫度為初餾點，則沸程變小。而在氣溫較高的夏天做蒸餾實驗，第1滴冷凝液滴往往會從冷凝管末端滴下，此時測量的沸程則為正常值。

因而，在普通的蒸餾實驗操作中，冬天沸程以蒸餾頭支管口滴下第1滴的瞬間溫度更為準(zhǔn)確，夏天則以冷凝管末端滴下第1滴的瞬間溫度為準(zhǔn)。

2 重結(jié)晶實驗中使用濾紙過濾實驗結(jié)果誤差大

在重結(jié)晶實驗中，將粗產(chǎn)品溶于熱溶劑后，需要過濾掉不溶的雜質(zhì)。唐玉海等[16]曾介紹，通過熱過濾裝置如熱水漏斗除去不溶物質(zhì)。這一裝置對于本科生而言，操作較為繁瑣。若用普通漏斗進(jìn)行過濾(見圖3(a))，液體滴下速度慢，在室溫較低的冬天，因過濾時間較長，導(dǎo)致溶質(zhì)極易析出，從而封堵住濾紙孔道，進(jìn)而使液體滴下速度更慢，最終使實驗的結(jié)果誤差很大。

其實，在教學(xué)中，可用脫脂棉替代濾紙，將脫脂棉輕輕封堵住漏斗錐形杯底(見圖3(b))，然后進(jìn)行過濾，則液體可快速流下，雜質(zhì)可以全部被過濾掉。

(a) 濾紙漏斗

3 以濃硫酸為催化劑制備乙酸乙酯易出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象

在以濃硫酸為催化劑的乙酸乙酯制備中，加熱反應(yīng)初始，反應(yīng)液易出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象。其實，產(chǎn)生發(fā)黑的原因是：濃硫酸作為催化劑加入到反應(yīng)試劑中，如不能混合均勻，則會使反應(yīng)試劑局部過熱，此時進(jìn)行快速加熱，則會導(dǎo)致有機(jī)試劑被濃硫酸碳化，從而發(fā)黑。

解決發(fā)黑現(xiàn)象可以采取以下方法：將濃硫酸與反應(yīng)物充分?jǐn)嚢杌驌u晃均勻，并讓其自然冷卻到常溫，或用自來水對燒瓶進(jìn)行沖淋冷卻到常溫，然后再進(jìn)行緩慢加熱反應(yīng)即可。

4 部分產(chǎn)品制備分餾裝置中刺形分餾柱不宜太長

在部分產(chǎn)品如乙酰苯胺、環(huán)己烯等制備中，分餾裝置中的刺形分餾柱不宜太長，若太長(如30 cm)，天氣溫度較低時，蒸汽只會被空氣冷凝回流，很難分餾出來。經(jīng)實驗驗證，建議刺形分餾柱的長度在20～25 cm為宜。

5 結(jié) 語

有機(jī)化學(xué)實驗是門教學(xué)相長的課程，在教學(xué)過程中，教師要能夠不斷地對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行大膽探討和創(chuàng)新，才能讓學(xué)生學(xué)到真知、新知。在教學(xué)過程中，教師還要能對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行針對性地實驗性改革，才能讓學(xué)生靈活地掌握實驗技巧。