溴乙烷消去反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)的再改進(jìn)

摘要：針對(duì)現(xiàn)行教材中溴乙烷消去反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)存在耗時(shí)長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯等不足，依據(jù)演示實(shí)驗(yàn)的原理，設(shè)計(jì)了演示實(shí)驗(yàn)的裝置，采用強(qiáng)堿氫氧化鉀、氣（蒸氣）-液反應(yīng)的方式、高于溴乙烷沸點(diǎn)的反應(yīng)溫度以及用酸性高錳酸鉀溶液潤(rùn)濕的棉團(tuán)檢驗(yàn)烯烴等措施，改進(jìn)該演示實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)后的演示實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)速率快、反應(yīng)完成的程度高、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、裝置簡(jiǎn)單、操作方便、易于推廣。

關(guān)鍵詞：溴乙烷消去反應(yīng)；氫氧化鉀、氣-液反應(yīng)；演示實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）3–0069–03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

高中化學(xué)課程中關(guān)于鹵代烴消去反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)，許多中學(xué)教師在課堂上一般均采用溴乙烷與氫氧化鈉的乙醇溶液共熱、用酸性高錳酸鉀溶液檢驗(yàn)烯烴這一方法，演示實(shí)驗(yàn)的效果差，甚至于完全失敗。為此，許多化學(xué)工作者提出了不少改進(jìn)的方法[1～7]，有的采用溴乙烷與氫氧化鈉的乙醇溶液共熱后強(qiáng)力振蕩或磁力攪拌的方式改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)，雖有一定的效果，但演示實(shí)驗(yàn)的安全性和可行性差。針對(duì)溴乙烷消去反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，我們進(jìn)行了認(rèn)真的分析，認(rèn)為：（1）從鹵代烴的結(jié)構(gòu)上講，溴乙烷為一級(jí)鹵代烴，很難發(fā)生消去反應(yīng)；（2）從化學(xué)反應(yīng)的方式液-液反應(yīng)上看，溴乙烷與氫氧化鈉的乙醇溶液不相溶，二者僅在界面發(fā)生接觸，接觸面積小，反應(yīng)物之間發(fā)生的有效碰撞次數(shù)少，故不易反應(yīng)；（3）由于反應(yīng)產(chǎn)生的乙烯量小，短時(shí)間內(nèi)酸性高錳酸鉀溶液褪色現(xiàn)象不明顯。為此，我們對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的裝置、鹵代烴與氫氧化鈉的乙醇溶液反應(yīng)方式及烯烴的檢驗(yàn)方法進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的演示實(shí)驗(yàn)，演示時(shí)間縮短、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，有利于正確引導(dǎo)和幫助學(xué)生學(xué)習(xí)鹵代烴的性質(zhì)，對(duì)提高中學(xué)化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)原理

鹵代烴的消去反應(yīng)是指鹵代烴在堿性條件下，脫去鹵化氫，生成烯烴的反應(yīng)。圖1是溴乙烷與氫氧化鈉的乙醇溶液作用生成烯烴的反應(yīng)歷程。

從上述溴乙烷發(fā)生反應(yīng)的機(jī)理可以看出，溴乙烷的親核取代反應(yīng)和消去反應(yīng)為一對(duì)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，二者同時(shí)發(fā)生。不同的反應(yīng)條件或有利于取代反應(yīng)或有利于消去反應(yīng)。一般地，在鹵代烴結(jié)構(gòu)一定的情況下，試劑的堿性強(qiáng)，有利于消去反應(yīng)。氫氧化鉀的堿性強(qiáng)于氫氧化鈉，且在乙醇溶液中的溶解度高于氫氧化鈉，因而溴乙烷的消去反應(yīng)采用氫氧化鉀的乙醇溶液效果更好；溴乙烷消去反應(yīng)歷程過(guò)渡態(tài)的極性較親核取代反應(yīng)歷程過(guò)渡態(tài)的極性弱，故強(qiáng)極性分子的溶劑有利于親核取代反應(yīng)，弱極性分子的溶劑有利于消去反應(yīng)，這就是為什么溴乙烷的取代反應(yīng)（如水解）常以水作溶劑，而溴乙烷的消去反應(yīng)用乙醇作溶劑；溴乙烷在不同的溫度下取代反應(yīng)和消去反應(yīng)的比例不同，溴乙烷發(fā)生消去反應(yīng)的活化能高于發(fā)生取代反應(yīng)的活化能，故高溫下有利于消去反應(yīng)，低溫下有利于親核取代反應(yīng)。

溴乙烷在堿性條件下即便采用強(qiáng)堿氫氧化鉀、弱極性分子的乙醇作溶劑、在較高的溫度下仍有取代反應(yīng)的發(fā)生，且取代反應(yīng)占有相對(duì)較高的比例[8]。這也是我們中學(xué)化學(xué)教師做這一演示實(shí)驗(yàn)時(shí)常常失敗的主要原因。在對(duì)上述原理充分認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)。

2 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

溴乙烷（分析純）；氫氧化鉀（分析純）；乙醇（分析純）；1%酸性高錳酸鉀溶液；藥棉等

冷凝管、試管、圓底燒瓶、空氣冷凝管、滴液漏斗等

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

圖3為改進(jìn)的鹵代烴的性質(zhì)演示實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，由圓底燒瓶、空氣冷凝管、冷凝管、滴液漏斗、試管組成。其中，在空氣冷凝管的下端塞進(jìn)一團(tuán)玻璃絲作支撐，從上口加滿填料，填料是粒徑為0.5～1.0mm陶瓷小球或玻璃珠或河砂；試管中放入用酸性高錳酸鉀溶液潤(rùn)濕的棉團(tuán)。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）按圖3連接好裝置。

（2）在圓底燒瓶中加入10～15mL溴乙烷和2粒沸石。

（3）滴液漏斗中加入20～30mL（預(yù)熱至65℃）25%氫氧化鉀乙醇溶液。

（4）冷凝管夾層通冷卻水。

（5）加熱圓底燒瓶中的溴乙烷液體至沸騰。

（6）當(dāng)冷凝管內(nèi)有回流液，打開(kāi)滴液漏斗的活塞開(kāi)關(guān)，慢慢均勻地滴加25%氫氧化鉀乙醇溶液。

（7）保持圓底燒瓶中的反應(yīng)液沸騰回流狀態(tài)，冷凝液返回圓底燒瓶中，氣體經(jīng)導(dǎo)管進(jìn)入試管中，觀察試管中用酸性高錳酸鉀溶液潤(rùn)濕的紫紅色的棉團(tuán)顏色變化情況。

2.4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：反應(yīng)開(kāi)始1min后，試管底部紫紅色的棉團(tuán)顏色變淺，5min后，整個(gè)試管紫紅色的棉團(tuán)變?yōu)闊o(wú)色。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：說(shuō)明產(chǎn)物有烯烴生成，溴乙烷發(fā)生了消去反應(yīng)。

2.5 注意事項(xiàng)

（1）空氣冷凝管外保溫

為減少熱損失、反應(yīng)溫度平穩(wěn)、縮短演示時(shí)間，應(yīng)對(duì)空氣冷凝管采取外保溫措施，如用石棉布包裹空氣冷凝管。

（2）控制氫氧化鉀乙醇溶液的滴加速度

若滴加氫氧化鉀乙醇溶液的速度過(guò)快，氫氧化鉀乙醇溶液與鹵代烴蒸氣接觸時(shí)間短，來(lái)不及反應(yīng)；若滴加速度過(guò)慢，氫氧化鉀乙醇溶液在空氣冷凝管中的填料表面易出現(xiàn)斷流，鹵代烴的反應(yīng)速度緩慢。故以控制滴加氫氧化鉀乙醇溶液速度能在空氣冷凝管中的填料表面形成均勻、薄薄的液膜為宜，這是該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。

3 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

演示實(shí)驗(yàn)的裝置是演示實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是確保演示實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。改進(jìn)后的演示裝置由反應(yīng)部分、分離部分和檢驗(yàn)部分組成。反應(yīng)部分由圓底燒瓶和加有填料的空氣冷凝管組成，填料不僅增大了液態(tài)反應(yīng)物的比表面積，而且填料的主要成分是硅類(lèi)化合物，對(duì)溴乙烷中溴的活化離去也有一定的催化作用；分離部分為防止乙醇蒸氣和烯烴一起逸出，干擾烯烴的鑒定，頂端裝有冷凝管，烯烴常溫、常壓下為不可凝性氣體，經(jīng)導(dǎo)管進(jìn)入檢驗(yàn)裝置，乙醇蒸氣經(jīng)冷凝后變?yōu)橐后w返回圓底燒瓶中；檢驗(yàn)藥品用酸性高錳酸鉀溶液潤(rùn)濕的棉團(tuán)，演示實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、方便，使用安全。改進(jìn)后的裝置既簡(jiǎn)約，又可滿足實(shí)驗(yàn)原理的教學(xué)需求。

3.2 反應(yīng)方式

化學(xué)反應(yīng)的方式一般有液-液、氣（蒸氣）-液、氣-氣、液-固、固-固、氣-固幾種方式，常見(jiàn)的反應(yīng)方式以液-液、氣（蒸氣）-液居多。溴乙烷在堿性條件下的消去反應(yīng)，若采用常規(guī)的液-液反應(yīng)方式，由于溴乙烷與堿的乙醇溶液不相溶，反應(yīng)速率慢。本實(shí)驗(yàn)溴乙烷的消去反應(yīng)，采用氣（蒸氣）-液的方式進(jìn)行，加熱圓底燒瓶中的鹵代烴液體至沸騰，鹵代烴蒸氣自下而上進(jìn)入裝有填料的空氣冷凝管中；與此同時(shí)滴加氫氧化鉀的乙醇溶液，液體沿著空氣冷凝管中填料表面自上而下流動(dòng)，鹵代烴的蒸氣與氫氧化鉀乙醇溶液逆向接觸，極大地提高了兩相的接觸面積，故反應(yīng)快，進(jìn)行程度高。

3.3 消去反應(yīng)可在較高的溫度下進(jìn)行

采用常規(guī)的溴乙烷與氫氧化鉀的乙醇溶液共熱的方式進(jìn)行反應(yīng)，由于溴乙烷的沸點(diǎn)僅有38.4℃，故反應(yīng)的最高溫度只能在溴乙烷的沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行反應(yīng)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)采用溴乙烷的蒸氣與氫氧化鉀乙醇溶液反應(yīng)，可用具有一定溫度的氫氧化鉀乙醇溶液（高于溴乙烷的沸點(diǎn)）與溴乙烷蒸氣反應(yīng)，升高反應(yīng)溫度不僅有利于溴乙烷的消去反應(yīng)，使得消去產(chǎn)物的比例增加，而且反應(yīng)速率可大大提高。

3.4 檢驗(yàn)方法

用酸性高錳酸鉀溶液檢驗(yàn)烯烴，由于溴乙烷的消去反應(yīng)程度低，加熱過(guò)程易發(fā)生“倒吸”現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。采用酸性高錳酸鉀溶液潤(rùn)濕的棉團(tuán)代替酸性高錳酸鉀溶液，不僅可杜絕“倒吸”現(xiàn)象，而且由于棉團(tuán)有較好的透氣性能，可保持反應(yīng)體系在常壓下進(jìn)行，易于烯烴逸出，可增大鹵代烴消去反應(yīng)的取向；再者，棉團(tuán)吸附的高錳酸鉀的量較少，即便遇到少量的烯烴也可使其褪色，檢驗(yàn)的靈敏度高、現(xiàn)象明顯。

4 小結(jié)

溴乙烷消去反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)是為了演示乙烯生成的原理和過(guò)程，幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)溴乙烷的性質(zhì)。經(jīng)筆者改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、使用方便；在較高的溫度下反應(yīng)、氣（蒸氣）-液反應(yīng)方式極大地提高了溴乙烷的消去反應(yīng)的速率和取向；烯烴的檢驗(yàn)方法高效、綠色環(huán)保，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯?？傊倪M(jìn)后的演示實(shí)驗(yàn)，能節(jié)省課堂中的寶貴時(shí)間，具有較高的實(shí)用性、安全性、可操作性和科學(xué)性。

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