高考物質制備實驗的深度復習

林燕麗

摘 要：物質制備是一個綜合實驗體系，需從實驗的原理、實驗的條件、實驗的裝置、物質的分離提純等方面，再結合反應速率及化學平衡移動等多方面展開研究分析。高三的學生具有較系統的化學理論知識，可以從多方面，多角度對物質制備進行分析，優化實驗方案及實驗裝置，以“多、快、好、省”的目標實現物質制備，從而促進物質制備實驗的深度復習。

關鍵詞：深度復習;高考酯化反應;實驗優化

高三化學的專題復習，應倡導深度復習，不是埋頭于題海，學生成為做題的“機器”，刷著大量的習題而思考甚少，缺少對專題內容的歸納總結與問題的升華。深度復習是復習教學中促進關鍵能力和必備品格內化，是發展學科核心素養的有效途徑。[1]而物質制備的實驗一直都是歷年來高考化學的重中之重，多維度考查學生的實驗能力，旨在發展學生解決綜合實驗問題的能力，促進學生化學核心素養的培養。[2]

一、問題的提出

高考化學實驗題多以陌生物質的制備為核心，提供陌生物質的相關信息，要求學生能夠根據實驗目的和要求，結合信息了解陌生物質的相關性質，根據化學實驗常用的儀器，基本操作，物質分離提純的方法及反應原理的相關內容來促成“多、快、好、省”的制備物質。而“多、快、好、省”與物質制備存在如圖1所示的關系。

高考的考察是源于課本，高于課本，其物質制備的形式常見的主要有三種類型。一種是以課本呈現的常見氣體的實驗室制法（包括H2、O2、Cl2、SO2、NH3等）為紐帶的無機物制備的原型（如圖2）;一種是以“化工流程”為載體來制備物質類型。（如圖3，2019年全國I卷26題）;一種是以課本展示以乙酸乙酯的制備為原型的有機物制備實驗。不管是哪一種物質的制備，均是為實現“多、快、好、省”，現以這有機物的制備展開敘述物質制備的深度復習。

二、物質制備深度復習

（一）乙酸乙酯制備的原型分析

乙酸和乙醇酯化反應是有機化學中最為重要的反應之一，是有機物制備實驗的基礎和原型。乙酸乙酯的制備實驗，有機物的性質及物質的分離提純方法共同構成有機物制備實驗的基礎體系，四者之間的關系見圖4。

教材實驗重現：在一支試管中加入3mL乙醇，然后邊振蕩試管邊慢慢加入2mL濃硫酸和2mL乙酸，再加入幾片碎瓷片。連接好裝置，用酒精燈小心加熱，將產生的蒸氣經導管通到飽和Na2CO3溶液的液面上（見圖3），觀察現象。[2]

學生在高一接觸這個實驗時，由于平衡移動原理還未學習，物質分析提純的相關知識尚未系統化，因此對于該反應停留于較為表層的認識，能知道實驗中需要注意的問題，如實驗的現象、藥品的添加順序、添加碎瓷片的作用、長導管的作用、濃硫酸作催化劑的作用及飽和碳酸鈉的作用等。但對于為什么乙醇選擇過量的作用，濃硫酸的吸水性以及該裝置的優點和不足無法進行分析。

（二）乙酸乙酯實驗的深度復習

高三再復習這個實驗時，學生已經掌握了高中化學的主干知識，可以從多方面，多角度，如化學反應速率，反應物的轉化率，產物的產率等對該制備實驗進行較為全面的分析，可依據圖1和圖4所示的有機物制備實驗的結構化知識體系來對有機物制備的實驗展開探究。

分析實驗時，首先需知道有機物的性質，主要是物理性質，如熔沸點，溶解性等問題。其次了解該反應的原理，酯化反應是一個正反應放熱的可逆反應，低溫有利于反應正向進行，而加熱的主要目的就是加快反應速率;反應有水，產生濃硫酸的作用除了催化劑之外，還可以作為吸水劑，促進平衡正移;選擇過量乙醇的目的則可以提高乙酸的轉化率……這些都是學生在學過反應原理后所能得出的實驗結論。對于該實驗裝置（圖5）的好處除了簡單易操作外，還有其他優點嗎？可以引導學生從物質的沸點進行分析，該裝置中，乙酸乙酯的沸點較低，在加熱過程中，乙酸乙酯會離開反應體系，促進平衡的正向進行，且有利于乙酸乙酯的收集。但再觀察物質的沸點，學生便會發現，乙酸、乙醇的沸點也不高，加熱過程中也會一起揮發出來。因此反應物的利用率不高，這就是該套裝置存在的最大的不足，那應該如何改進？可以既提高反應物的利用率又促進平衡正向移動。

（三）乙酸乙酯實驗的優化設計

如何解決反應物沸點低，易揮發的問題？學生會想出讓揮發出去的氣體冷凝回流，因此就會提出需要配上冷凝回流的裝置。冷凝回流需要用到冷凝管，而冷凝管有多種選擇，常見的有直形冷凝管、球形冷凝管、蛇形冷凝管等，什么樣的冷凝管效果好？由接觸面積決定，接觸面積越大則冷凝效果越好，因此冷凝回流中較少選擇直形冷凝管，可選擇球形或蛇形冷凝管。但乙酸、乙醇、乙酸乙酯的沸點相差不多，因此產物也會冷凝回流下來，要如何進一步提高反應物的轉化率或者產物的產率？此時可以引導學生再觀察這個反應，酯化反應中除了產生乙酸乙酯之外，還產生了水。分析兩者的性質，可發現乙酸乙酯在水中的溶解度很小且乙酸乙酯的密度小于水，既然難以將乙酸乙酯分離出去，能否將水分離出去？如何將水分離出去？此時可以教師可以展示分水器，讓學生觀察分水器的構造，h型、有支管、且有活塞，并思考如何利用這個儀器將水分離出去。

根據分水器的構造以及對分水器工作原來的思考和猜想，學生提出分水器應該是利用乙酸乙酯在水中溶解度不大且密度的差異，因此密度較大的水會在下層，而密度較小的有機層會在上層，當有機層到分水器的支管口附近時，有機層應該回流到反應體系，而水過多時則可以通過旋塞放掉。因此學生就將課本的裝置優化成如圖6所示裝置。當然這套裝置也不盡完美，雖然提高反應物轉化率，但是產品和反應物混合在一起，需要進行分離提純才可以得到乙酸乙酯。

如何分離提純乙酸乙酯？分析此時乙酸乙酯中混有硫酸、乙酸、乙醇，分析這四種物質的性質差異，主要是水溶性方面，因此可以采用洗滌、分液、蒸餾等方式進行分離純化，可形成如圖6所示的物質分離提純方案，最后得到較為純凈的乙酸乙酯。

結束語

學生對知識的認知具有層次性，在高三的綜合復習時，因為已經形成較為完善的知識體系，可對問題進行綜合的、全面的分析，對所學內容進行綜合復習時可以從不同的角度進行思考。酯化反應實驗是有機物制備實驗經典的實驗，從對酯化反應的深入認識，不斷上升對有機物制備實驗的理解，從而遷移到其他物質的制備，并歸納總結形成體系，做到深度復習。高考考題的命制如何高于課本的？就是通過站在不同的角度對實驗進行深入思考，抓其基本，追溯其源，不斷改進，達其目的。

參考文獻

[1]劉汝亭、洪茲田、羅德炳、江堅智.基于核心素養的高中化學實驗深度復習教學——以“青蒿素的提取與物質的分離提純”為例[J]實驗教學與儀器，2020（3）：12～15

[2]普通高中教科書化學必修第二冊.[M].江蘇鳳凰教育出版社.2020（7）