高中化學(xué)乙烯的制備和性質(zhì)實驗設(shè)計
來源:京翰教育中心 2009-09-07 16:59:13
內(nèi)容提要:本文介紹了用P2O5代替濃硫酸做脫水劑制備乙烯的實驗操作和現(xiàn)象,并利用氣囊收集的乙烯氣體進行乙烯燃燒的改進實驗,通過不同的實驗方案來探究乙烯與Br2反應(yīng)的反應(yīng)類型。
關(guān)鍵詞:乙烯性質(zhì)實驗制備反應(yīng)類型改進探究
一、教材中實驗不足的地方
1.用濃硫酸與乙醇加熱的方法制取的乙烯含雜質(zhì),產(chǎn)率低,產(chǎn)生氣體的速率慢,不利于乙烯的性質(zhì)實驗。
2.在點燃乙烯的實驗中,由于生成氣體的速率慢,采用的是尖嘴導(dǎo)管來點燃氣體,導(dǎo)致氣流小,無法看到“火焰明亮,并伴有黑煙”的現(xiàn)象。
3.即使是使用除雜后的乙烯氣體通入溴的CCl4溶液,可看到溴的CCl4溶液褪色,卻無法通過實驗說明Br2與乙烯發(fā)生的是取代反應(yīng)還是加成反應(yīng)。
二、實驗改進的方法
1.采用新的方法提前制備乙烯,并用氣囊收集乙烯氣體待用。
用濃硫酸與乙醇加熱制取乙烯,所用時間長,產(chǎn)生的氣體少。實驗后燒瓶清洗困難(有黑色難溶物),并有刺激性難聞的氣體釋放出來,不利于環(huán)保和健康。依然采用原來的發(fā)生裝置,用P2O5代替濃硫酸做脫水劑[1],使乙醇脫水來制取乙烯。
在燒瓶中先加入14g的P2O5,再加入10mL的無水乙醇,干燥管中裝入氯化鈣固體干燥劑(可以吸收乙醇氣體,干燥乙烯)。擠扁氣囊,并用鐵夾夾住橡皮管a,用酒精燈給燒瓶加熱,溫度迅速上升至80~90℃,乙醇開始回流,同時有氣體生成。待從燒杯中的導(dǎo)管口處冒出均勻的氣泡后,打開橡皮管a處的鐵夾,同時用鐵夾夾住橡皮管b,開始收集乙烯氣體。
開始產(chǎn)生的氣體速度較快,氣囊鼓起來的速度很明顯,一段時間后,產(chǎn)生氣體的速度開始變慢,乙醇的回流現(xiàn)象減弱。繼續(xù)加熱,溫度迅速從100℃左右上升至170℃,接近170℃時溫度上升的速度明顯減慢,并在170~190℃區(qū)間有一定的停頓時間,此時氣體產(chǎn)生的速度比開始時更快(打開橡皮管b處的鐵夾,可以看到燒杯中的導(dǎo)管口處急速地冒出氣泡)。此時收集到的氣體較80~90℃區(qū)間收集到的氣體更多。
反應(yīng)結(jié)束后(或氣囊充滿后),用鐵夾夾住氣囊的橡皮管,密封,留存?zhèn)溆。該方法制取乙烯的速度快;由于P2O5和磷酸沒有強氧化性,不會產(chǎn)生SO2雜質(zhì)氣體,產(chǎn)物純凈,產(chǎn)率高;氣囊里的氣體可隨時使用,存儲氣體量多,便于進行性質(zhì)實驗。
2.乙烯的燃燒試驗
將氣囊外部的橡皮管連接10cm長的玻璃尖嘴導(dǎo)管,導(dǎo)管內(nèi)面塞有一股細銅絲(起阻燃、防爆的作用)。打開橡膠管上的鐵夾,輕壓氣囊,在酒精燈的火焰上方點燃乙烯氣體。由于氣體流量較大,可以觀察到明亮的火焰,火焰上方伴有黑煙。實驗安全,現(xiàn)象明顯。
3.乙烯與溴反應(yīng)的反應(yīng)機理探究
Br2與乙烯發(fā)生的到底是取代反應(yīng)還是加成反應(yīng),可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗,通過反應(yīng)產(chǎn)物的檢驗或通過反應(yīng)前后容器內(nèi)壓強的變化能夠得出正確結(jié)論。
【探究方案一】
若是取代反應(yīng),則有HBr生成。我們可以在反應(yīng)后的試管中加蒸餾水,振蕩。靜置分層后取上層水溶液,用pH試紙測其pH值,看溶液是否明顯酸性(如是取代反應(yīng)最終溶液應(yīng)呈酸性);也可以取上層清液,滴加AgNO3溶液[2],看溶液是否變渾濁(如是取代反應(yīng),應(yīng)能觀察到淺黃色沉淀產(chǎn)生)。
實驗設(shè)計與操作:
1.去1mL左右溴的CCl4溶液(溴的濃度宜較低),用裝有乙烯的氣囊向其中通入過量的純凈乙烯氣體,直至溶液呈無色。向試管中加適量蒸餾水,振蕩,靜置分層后取上層水溶液,分為兩等份。
2.用pH試紙測其中的一份水溶液的pH值[2],pH值約為6。
3.向另一份溶液中滴加AgNO3溶液。溶液略有些混濁,但混濁為白色,沒有呈現(xiàn)淺黃色。
說明:該實驗中溴的用量宜小,乙烯必須充分過量。操作3中溶液略變渾濁的原因是有Cl-存在(CCl4中的雜質(zhì)及遇水后的作用)。
【探究方案二】
如下圖示,在燒瓶中收集乙烯氣體,燒杯中裝入水。用雙孔膠塞上的滴管取一定量的溴的CCl4溶液(溴的濃度和用量可大些),連接好裝置,用鐵夾夾住a處的橡膠管。擠壓膠頭滴管的膠頭,要蕩錐形瓶。反應(yīng)結(jié)束后,松開a處的鐵夾,燒杯中的水迅速噴入燒瓶中。說明反應(yīng)后燒瓶的壓強迅速減小。通過對反應(yīng)類型及反應(yīng)物、生成物狀態(tài)的分析,我們能得出:壓力明顯減小,只能是發(fā)生加成反應(yīng)。
【繼續(xù)探究】
在具體教學(xué)中,針對探究方案二,學(xué)生提出這樣的疑問:會不會是乙烯與Br2發(fā)生取代反應(yīng),生成了HBr,而HBr極易溶于水,從而發(fā)生噴泉反應(yīng),使燒杯中的水噴入燒瓶?
可以設(shè)想:如果反應(yīng)后,燒瓶內(nèi)的壓強沒有發(fā)生明顯變化,松開a處的鐵夾就立即能發(fā)生噴泉現(xiàn)象嗎?如果燒瓶內(nèi)有HBr氣體,該怎樣操作來引發(fā)噴泉?
而最佳的回答是通過實驗證明:反應(yīng)后燒瓶的壓強明顯減小。改用蒸餾燒瓶,支管上連接壓力傳感器的探頭,記錄下反應(yīng)前后的壓力,可以觀察到反應(yīng)后燒瓶的壓力迅速減小。
以上改進實驗,現(xiàn)象明顯,留給學(xué)生思考、設(shè)計的空間大,彌補了教材中有機化學(xué)部分缺少學(xué)生探究活動的不足。由于有機反應(yīng)往往比較復(fù)雜,有些實驗現(xiàn)象難以同無機實驗一樣理想,但通過實驗設(shè)計和探究,師生能夠在思考和創(chuàng)新的過程中得到進步和提高。
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