乙醇消去實驗的課堂有效性改進

◇ 新疆 朱紅菊

乙醇的消去反應實驗在不同教材中有不同的實驗方式,這也是高中化學一個重要的知識點.乙醇的消去反應有2種機理對應著2種方式,即分子間脫水和分子內脫水.分子內脫水在不同教材中使用了不同的實驗方式.

1)乙醇分子間脫水反應是按照SN2機理進行的,具體過程如圖1所示.

圖1

2)乙醇分子內脫水反應是按照E1機理進行的,具體過程如圖2所示.

圖2

1 課本對比

人教版2007年2月第2版課本:在長頸圓底燒瓶中加入乙醇和濃硫酸(體積比約為1∶3)的混合溶液20 mL,放入幾片碎瓷片,以避免混合液在受熱時爆沸.加熱混合液,使液體溫度迅速升到170℃,將生成的氣體通入高錳酸鉀酸性溶液和溴的四氯化碳溶液中,觀察并記錄實驗現象:酸性高錳酸鉀溶液褪色,溴的四氯化碳溶液褪色,大約需要14 min.魯科版也采用了這種實驗.

蘇教版課本:在試管中加入石棉絨并注入2 mL 95%的乙醇(石棉絨稍露出液面),加熱試管,將生成的氣體經過水洗后,用排水集氣法收集.這樣操作,嘗試了多次,發現乙醇會隨著加熱揮發出來使裝水的裝置中液體增多,但基本上收集不到氣體.

課本下方給出內容:乙醇可以在Al2O3、濃硫酸或石棉絨等催化劑的作用下發生脫水反應,實驗室也經常采用乙醇和濃硫酸共熱發生脫水反應來獲得乙烯或乙醚.

2 改變催化劑使用方式實驗

石棉絨是一種天然礦物纖維,不易燃燒,可作為防火材料使用,耐高溫,所以打算用石棉絨作載體,滴加無水乙醇和濃硫酸的混合液體(體積比為1∶3,無須冷卻,直接用膠頭滴管滴加在石棉絨上即可),用酒精燈直接加熱進行實驗.在大試管中用鑷子裝入浸有反應物的石棉絨,連接單孔橡皮塞與后面的試管.依次是兩支具支試管和一支普通試管,里面分別裝濃Na OH溶液約8 mL,酸性高錳酸鉀溶液約2 mL,澄清石灰水約2 mL,并將第一支具支試管放在盛有冰水的燒杯中.將后續裝置和液體裝好,從取石棉絨加乙醇和濃硫酸,加熱到出現明顯現象:每個試管中有大量氣泡冒出,酸性高錳酸鉀溶液褪色,澄清石灰水變渾濁,反應總共可以在6 min內完成.

3 改進實驗可行性說明

1)低溫時有乙醚生成,因為反應過程中生成的碳正離子很活潑,尤其在高溫下,它的存在壽命更短,來不及與乙醇相遇,就失去質子變成乙烯.而在較低溫度時,碳正離子存在時間長些,與乙醇分子相遇的概率增多,生成乙醚.因反應是用酒精燈直接加熱的,故升溫較快,生成乙醚較少,另外乙醚沸點低,易液化,通過裝冰水的試管時可減少揮發出來的乙醚和乙醇.

2)乙醇脫水生成炭黑,進而產生副產物CO、CO2、SO2(炭化是加入濃硫酸時不可避免的現象).CO、CO2、SO2氣體隨乙烯一同出來,通過濃Na OH會除去兩種酸性氣體,CO不影響乙烯性質的檢驗,故不除去也無妨.

3)乙醇氧化生成乙醛、乙酸,若生成的乙醛、乙酸隨氣體出來,則會在第一支試管中溶解或反應,不影響乙烯檢驗.

4)與酸形成酯:若有硫酸氫乙酯隨氣體蒸出,酯類物質會在堿中水解,會有乙醇蒸氣影響乙烯與酸性高錳酸鉀的反應.但可通過后面的澄清石灰水變渾濁來說明是乙烯被酸性高錳酸鉀氧化為二氧化碳,乙醇則被氧化為乙酸,不會有上述現象.在沒有溫度計指示反應溫度時,上述的副反應都有可能出現,為確保主產品乙烯出現并檢驗出,用裝冰水的燒杯冷卻濃氫氧化鈉是很有必要的.

4 改進優點

本實驗只用1膠頭滴管的無水乙醇,大約1 mL,用3膠頭滴管的濃硫酸,大約3 mL,節約資源.改進后的實驗中乙醇基本上可耗完,用鑷子取出石棉絨加水浸泡,可以回收殘余反應物,實驗更容易成功.