乙酸乙酯使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色的原因研究

李偉偉+李光躍+劉玉暢+孫曉然

摘要：乙酸乙酯可以使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色，許多教師把此現(xiàn)象解釋為乙酸乙酯的堿性水解。為探究該褪色的真實原因，通過設計一系列實驗、對照以及理論計算、分析，證實了褪色的真正原因是乙酸乙酯萃取了溶液中的酚酞。

關鍵詞：乙酸乙酯；氫氧化鈉；酚酞；溶液褪色；實驗探究

文章編號：1005–6629（2017）12–0068–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

高中化學習題常涉及到“乙酸乙酯使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色”這一實驗現(xiàn)象。許多教師把溶液褪色的原因解釋為，加入的乙酸乙酯與氫氧化鈉溶液發(fā)生水解反應，生成乙酸鈉和乙醇。但實際上乙酸鈉水溶液顯堿性，仍然可能使酚酞變紅（pH>8.2，酚酞由無色變?yōu)闇\紅色）。所以我們認為乙酸乙酯的水解反應可能不是使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色的原因。為此，我們進行了一系列的實驗來證實此想法，并尋找褪色現(xiàn)象的真正原因。

1 主要試劑及儀器

使用的主要試劑包括：氫氧化鈉（分析純）、酚酞（pH指示劑）、乙酸乙酯（分析純）、乙酸鈉（分析純）、石蠟油（分析純）、甲苯（分析純）、四氯化碳（分析純）、正丁醇（分析純）、環(huán)己酮（分析純），石油醚（分析純）和純水。（其中氫氧化鈉購自天津市科密歐化學試劑有限公司，純水通過反滲透法制得，其余試劑均購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。）

實驗中溶液的pH由HY5116型pH計（濟南恒耀電子科技有限公司）測得。

2 實驗設計

2.1 實驗探究一：乙酸乙酯使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色情況

（1）配制0.10mol/L的氫氧化鈉溶液，滴加幾滴酚酞溶液，溶液變紅。

（2）取2mL上述溶液于試管中，再向溶液中加入2mL乙酸乙酯，輕輕振蕩試管，不需加熱，酚酞很快（<1min）褪色。

從酚酞褪色時間和反應條件來看，乙酸乙酯使酚酞褪色的原因不可能是乙酸乙酯的水解。因為過量的乙酸乙酯在不加熱的條件下與氫氧化鈉完全反應，需要一段較長的時間。理論上，隨著反應進行，氫氧化鈉濃度越來越小，堿性水解速率越來越慢，氫氧化鈉不會在短時間內(nèi)完全反應。

2.2 實驗探究二：酚酞使0.10mol/L醋酸鈉溶液變色情況

乙酸乙酯遇氫氧化鈉溶液發(fā)生水解，水相中氫氧化鈉剩余越少，其堿性就越小。假設氫氧化鈉完全反應，此時溶液為0.10mol/L乙酸鈉溶液。

2.3 實驗探究三：乙酸乙酯使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色的原因

（1）取5.0mL含酚酞的0.10mol/L氫氧化鈉溶液于分液漏斗中，向分液漏斗中加入5.0mL乙酸乙酯，充分振蕩后將溶液靜置，分層。

（2）取少許下層水溶液，滴加幾滴0.10mol/L的氫氧化鈉溶液，溶液仍然保持無色；另取少許下層水溶液，滴加幾滴酚酞，溶液變紅。

假設乙酸乙酯使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色僅僅是因為乙酸乙酯的水解，那么酚酞應留在水層。此時，若向水溶液中滴加氫氧化鈉溶液，理論上溶液應由無色變?yōu)榧t色；若向水溶液中滴加酚酞，理論上溶液應該依然保持無色。而實驗結(jié)果恰恰與假設相反。這再次說明酚酞已經(jīng)由水層轉(zhuǎn)移到酯層。換句話說，乙酸乙酯萃取了水相中的酚酞。酚酞和乙酸乙酯一樣，是一種酯類化合物（見圖1）。相似的結(jié)構(gòu)導致酚酞在乙酸乙酯中的溶解度較大[2]，所以水層中具有內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的酚酞（H2In）逐漸被萃取到酯層中。水層中H2In濃度下降會導致紅色的In2-轉(zhuǎn)化為無色的H2In，我們就觀察到了溶液褪色。謝雕等也曾經(jīng)通過實驗證實，在乙酸乙酯的制備實驗中，酯層使含酚酞的碳酸鈉溶液褪色的原因是酯層萃取了酚酞[3，4]。

2.4 實驗探究四：哪些有機溶劑可使含有酚酞的氫氧化鈉溶液褪色

既然乙酸乙酯因萃取酚酞使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色，那么其他有機溶劑是否也可因萃取而使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色呢？為此，我們選擇了7種極性不同的溶劑（以相對介電常數(shù)衡量），進行了以下實驗。

（1）分別配制了0.10mol/L和0.01mol/L的氫氧化鈉溶液，向兩溶液中分別滴加幾滴酚酞，溶液均變紅。

（2）分別取含酚酞的0.01mol/L氫氧化鈉溶液2.0mL于8支試管中，向其中7支試管中分別加入2.0mL乙酸乙酯、石蠟油、甲苯、四氯化碳、正丁醇、環(huán)己酮、石油醚（沸程30～60℃），實驗結(jié)果如表1所示。

（3）分別取含酚酞的0.10mol/L氫氧化鈉溶液重復上一步實驗，實驗結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，極性較大的有機溶劑（如正丁醇，環(huán)己酮）可以使含酚酞的0.01mol/L的氫氧化鈉溶液褪色，而極性較小的有機溶劑或者非極性有機溶劑（如甲苯、石油醚、四氯化碳等），由于對酚酞的溶解度小，不能使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色。這是因為酚酞的內(nèi)酯結(jié)構(gòu)H2In中含有酚羥基和酯基官能團，極性較大。根據(jù)“相似相溶”原理，H2In在極性有機溶劑中的溶解度大于其在非極性有機溶劑中的溶解度。H2In在正丁醇、環(huán)己酮等有機溶劑中的溶解度較大，使得水相中更多H2In被萃取到有機相，H2In濃度下降導致圖1中平衡左移，最終In2-轉(zhuǎn)化為無色的H2In結(jié)構(gòu)，我們就觀察到了溶液褪色。

由表1可以看出：氫氧化鈉溶液濃度為0.10mol/L時，正丁醇和環(huán)己酮也無法使其褪色，只有乙酸乙酯可使其褪色。這是因為氫氧化鈉溶液濃度大，圖1中平衡右移，酚酞更多以In2-結(jié)構(gòu)存在，即水相中In2-的濃度較大，而H2In濃度較小。只有有機溶劑對H2In的萃取能力足夠大，才能使水相中H2In更多地被萃取到有機相中，水相中H2In濃度下降，從而使圖1中的平衡左移，紅色的In2-逐漸轉(zhuǎn)化為無色的H2In。實驗使用的有機溶劑中，只有乙酸乙酯和H2In結(jié)構(gòu)相似，它對H2In的溶解度最大[6]，所以，所采用的有機溶劑中，只有乙酸乙酯可使含酚酞的0.10mol/L的氫氧化鈉溶液褪色。

3 結(jié)論

本文通過設計一系列實驗，探究乙酸乙酯可以使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色的原因。將過量乙酸乙酯和含酚酞的氫氧化鈉溶液充分混合，無需加熱氫氧化鈉溶液就迅速褪色。我們配制了0.10mol/L的醋酸鈉溶液，滴加酚酞，溶液變紅。假如0.10mol/L的氫氧化鈉溶液完全與乙酸乙酯反應，生成的0.10mol/L的醋酸鈉仍可以使酚酞變紅，這說明水相中已經(jīng)沒有酚酞，酚酞已經(jīng)轉(zhuǎn)移到酯層。將氫氧化鈉溶液和過量乙酸乙酯溶液充分振蕩并靜置分液，取少量的無色下層水溶液中滴加酚酞，會觀察到溶液變紅；另取少量無色下層水溶液滴加氫氧化鈉溶液，溶液不會變紅，這同樣說明原來的酚酞被乙酸乙酯萃取到了酯層?？傊?，乙酸乙酯之所以使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色，是因為萃取而不是水解。除了乙酸乙酯之外，正丁醇、環(huán)己酮等極性有機溶劑也可使含酚酞的0.01mol/L氫氧化鈉溶液因萃取而褪色。

參考文獻：

[1]武漢大學.分析化學（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2000：319.

[2]謝雕，唐婭.乙酸乙酯制備實驗中酚酞褪色原因的探究[J].化學教學，2016，（12）：64～66.

[3]余灼森.制取乙酸乙酯時使含酚酞的碳酸鈉溶液褪色的原因探究[J].化學教學，2007，（9）：36，72.

[4][5] Lide D. CRC Handbook of Chemistry and Physics（84th） [J]. American Journal of the Medical Sciences，2003：6～148.

[6]孫張瑋，湯福隆，張?zhí)?現(xiàn)代化學試劑手冊（第二分冊）·化學分析試劑[M].北京：化學工業(yè)出版社，1987：35.endprint