應(yīng)春曉

摘要： 從藥品配置（乙烯利制乙烯）、實(shí)驗(yàn)原理、微型化裝置三個(gè)方面對(duì)蘇教版《化學(xué)2》中的乙烯性質(zhì)實(shí)驗(yàn)作改進(jìn)，通過(guò)多次試驗(yàn)探究影響改進(jìn)實(shí)驗(yàn)效果的各個(gè)因素，充分挖掘該實(shí)驗(yàn)的探究?jī)r(jià)值和知識(shí)價(jià)值，加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 乙烯利制乙烯; 乙烯性質(zhì)實(shí)驗(yàn); 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)： 10056629（2019）4006903中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

蘇教版中乙烯的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)安排在化學(xué)2專(zhuān)題3第一單元第二節(jié)“石油煉制乙烯”的“活動(dòng)與探究”欄目中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下： （1）把乙烯氣體通入酸性高錳酸鉀溶液中;（2）把乙烯氣體通入溴的四氯化碳溶液中。我們可以看到： （1）教材中沒(méi)有提供乙烯的制法。實(shí)驗(yàn)室中常采用乙醇和濃硫酸共熱制得乙烯，《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》（選修）中采用在催化劑五氧化二磷或氧化鋁作用下加熱乙醇制乙烯。這些制法都具有需要加熱、副產(chǎn)物多、實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)等特點(diǎn)，不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展[1]。（2）教材中的實(shí)驗(yàn)只能證明乙烯和溴、高錳酸鉀可以反應(yīng)，但其原理大多是通過(guò)教師從理論的角度去講授，學(xué)生初學(xué)有機(jī)反應(yīng)普遍覺(jué)得比較抽象、難以接受。（3）教材中沒(méi)有給出實(shí)驗(yàn)裝置。因此，有必要對(duì)教材原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再改進(jìn)。

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

1.1 乙烯利制乙烯的藥品配置

彭梭等[2]采用25%乙烯利溶液和氫氧化鈉固體反應(yīng)制乙烯。該制法不需要加熱，且可以快速地獲得較多高純度乙烯，使學(xué)生實(shí)驗(yàn)具有了安全性和可操作性。其反應(yīng)原理如下：

但此方法不適用于本文采用的微型化裝置。因?yàn)椋蚁├蜌溲趸c反應(yīng)會(huì)放出大量的熱，導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)于劇烈，使得反應(yīng)液很容易沖出容積僅為10mL的反應(yīng)瓶。因此，須對(duì)該制法的藥品配置作改進(jìn)，具體方案見(jiàn)下文各表。

1.2 增加反應(yīng)原理探究

研究者對(duì)乙烯實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，多數(shù)以反應(yīng)藥品改進(jìn)[3]、催化劑和脫水劑改進(jìn)[4]、實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)[2]這三個(gè)方向?yàn)橹?，很少涉及反?yīng)原理探究。本改進(jìn)設(shè)計(jì)了探究其反應(yīng)原理的實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生更加深刻地認(rèn)識(shí)到乙烯和溴、酸性高錳酸鉀反

應(yīng)的本質(zhì)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及其原理如下：

（1） 將乙烯和酸性高錳酸鉀反應(yīng)后產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中，如發(fā)現(xiàn)其變渾濁，則可以證明乙烯被酸性高錳酸鉀氧化成二氧化碳，從而證明該反應(yīng)是氧化反應(yīng)。

（2） 將乙烯和溴反應(yīng)后產(chǎn)生的氣體先通入四氯化碳再通入硝酸酸化的硝酸銀溶液中，如發(fā)現(xiàn)無(wú)渾濁現(xiàn)象，則證明沒(méi)有溴化氫生成，說(shuō)明該反應(yīng)原理不同于烷烴與鹵素發(fā)生的碳?xì)滏I斷裂的取代反應(yīng)，從而引入新的有機(jī)反應(yīng)類(lèi)型——加成反應(yīng)。

（說(shuō)明： 溴化氫的檢驗(yàn)不能在反應(yīng)后的溶液中加硝酸酸化的硝酸銀，因?yàn)殇寤瘹潆y溶于四氯化碳而易揮發(fā)出來(lái)，也不能將產(chǎn)生的氣體直接通入硝酸酸化的硝酸銀溶液中，因?yàn)殇逭魵庖踩菀讚]發(fā)出來(lái)與水反應(yīng)生成氫溴酸對(duì)結(jié)果造成干擾。因此，筆者先將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體通入四氯化碳除去溴蒸氣，再通入硝酸酸化的硝酸銀溶液中檢驗(yàn)溴化氫。）

1.3 微型化反應(yīng)裝置

本實(shí)驗(yàn)采用圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該裝置操作簡(jiǎn)單，特別適用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)。課前用一次性輸液針管將6個(gè)西林瓶（有膠塞的注射劑瓶）的橡膠塞按圖1連接好，課堂上只需在瓶中加入相應(yīng)試劑，蓋上連接好的橡膠塞，再用注射器加入乙烯利溶液，反應(yīng)即可開(kāi)始。反應(yīng)結(jié)束后只需打開(kāi)橡膠塞更換瓶中的試劑即可進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)該裝置還具有以下優(yōu)點(diǎn)： 微型化設(shè)計(jì)可以節(jié)約試劑、減少反應(yīng)時(shí)間;注射器可調(diào)節(jié)反應(yīng)進(jìn)程，防止反應(yīng)過(guò)于劇烈;充分考慮了防倒吸，安全可靠;無(wú)環(huán)境污染。

2 儀器和試劑

10mL量筒、一次性輸液針管、5mL注射器、10mL西林瓶

40%乙烯利溶液（網(wǎng)購(gòu)）、氫氧化鈉、0.01%酸性高錳酸鉀溶液、澄清石灰水、5%溴的四氯化碳溶液、四氯化碳、0.1mol·L-1硝酸酸化的硝酸銀溶液

3 實(shí)驗(yàn)的操作步驟及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

按圖1安裝儀器檢查其氣密性后添加相應(yīng)的試劑。實(shí)驗(yàn)1： 打開(kāi)開(kāi)關(guān)1，關(guān)閉開(kāi)關(guān)2，將注射器中的乙烯利溶液（每次定量1mL）加到氫氧化鈉濁液中，觀察酸性高錳酸鉀溶液的顏色變化和澄清石灰水有無(wú)渾濁;實(shí)驗(yàn)2： 打開(kāi)開(kāi)關(guān)2，關(guān)閉開(kāi)關(guān)1，觀察溴的四氯化碳溶液顏色變化和硝酸酸化的硝酸銀有無(wú)渾濁。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)因素可以影響實(shí)驗(yàn)效果。

4.1 氫氧化鈉與水的質(zhì)量比

4.2 氫氧化鈉濁液用量

4.3 酸性高錳酸鉀、溴的四氯化碳溶液用量

由表3可知： 酸性高錳酸鉀溶液的量選擇1.5mL為宜，量太少或太多都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)。量太少耗時(shí)長(zhǎng)可能的原因是： 二氧化碳的生成量減少，使得氣流中二氧化碳濃度降低，導(dǎo)致二氧化碳與石灰水的反應(yīng)速率降低而增加實(shí)驗(yàn)耗時(shí);量過(guò)大而耗時(shí)長(zhǎng)可能的原因是： 氣流經(jīng)過(guò)高錳酸鉀溶液時(shí)溫度降低，或者因溶解損失增加而減少了二氧化碳的逸出量，使得二氧化碳與石灰水的反應(yīng)速率降低而增加實(shí)驗(yàn)耗時(shí)。溴的四氯化碳溶液用量越大實(shí)驗(yàn)耗時(shí)越大，但其用量并不一定越少越好。應(yīng)保證假設(shè)乙烯和溴發(fā)生取代反應(yīng)生成溴化氫的量，可以被0.1mol·L-1硝酸銀溶液檢測(cè)到。計(jì)算過(guò)程如下：

假設(shè)溴的四氯化碳溶液用量為1mL，溴的四氯化碳溶液密度約為1.5g·mL-1，可計(jì)算出1mL 5%溴的四氯化碳溶液中，m（Br2）=1mL×1.5g·mL-1×5%=0.05g， n（Br2）=0.05g÷160g·mol-1=3×10-4mol，則進(jìn)入3mL硝酸銀溶液中的n（HBr）=n（Br-）=3×10-4mol， c（Br-）=0.1mol·L-1，則c（Br-）×c（Ag+）=0.1×0.1=×10-2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ksp（AgBr）=5.0×10-13。因此，溴的四氯化碳溶液用量可以用1mL，甚至在操作方便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的前提下可以更少。

另外，需要指出的是，乙烯的氣流快慢，也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)耗時(shí)。乙烯利與氫氧化鈉反應(yīng)越劇烈，氣體溫度就越高、氣流越快，反應(yīng)速率也就越快。筆者在做酸性高錳酸鉀溶液、溴的四氯化碳溶液的用量影響實(shí)驗(yàn)耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，都采用一次性加1mL乙烯利溶液（不振蕩）的方法，以盡量排除這個(gè)因素的干擾，但并不能保證百分百無(wú)干擾，因此筆者提供的實(shí)驗(yàn)耗時(shí)數(shù)據(jù)可能存在一些誤差。

5 結(jié)語(yǔ)

乙烯可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，反應(yīng)后的氣體可以使澄清石灰水渾濁;乙烯也可以使溴的四氯化碳溶液褪色，反應(yīng)后的氣體（除去溴蒸氣）不能使硝酸酸化的硝酸銀變渾濁。因此，本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到探索乙烯反應(yīng)原理的教學(xué)目標(biāo);本實(shí)驗(yàn)一般在3分鐘之內(nèi)即可完成，適合課堂上學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展;本實(shí)驗(yàn)單次消耗的試劑： 氫氧化鈉濁液用量1mL，乙烯利溶液1mL，酸性高錳酸鉀溶液1.5mL，石灰水2mL，溴的四氯化碳溶液1mL。試劑用量小，污染少，符合綠色化學(xué)要求。

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