高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

熊盛東

[摘 要]以硬脂酸和氫氧化鈉反應(yīng)生成硬脂酸鈉作為制備固體酒精的固化劑，選用酚酞作指示劑來確定硬脂酸與氫氧化鈉中和的中點(diǎn)，研究固體酒精的制備工藝與性質(zhì)，通過單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得出了最佳工藝條件，即確定酒精，硬脂酸，氫氧化鈉的最佳配比為97.2∶7.0∶1（質(zhì)量比），最佳水浴溫度70℃。此外，通過添加無機(jī)鹽和有機(jī)染色劑，制備出彩色固體酒精；找出了改變固體酒精燃燒時(shí)火焰顏色的無機(jī)鹽離子。

[關(guān)鍵詞]固體酒精；硬脂酸；氫氧化鈉；固化劑

一、選題依據(jù)

1.按照《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》要求，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)更多的去體驗(yàn)探究過程，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，獲得科學(xué)方法，從而形成終身學(xué)習(xí)的態(tài)度。

2.在高中化學(xué)教學(xué)中，對(duì)于物質(zhì)的性質(zhì)，物質(zhì)的變化講解和體現(xiàn)的不是很透徹和直觀，而固體酒精的制備兩者兼具。

3.高中化學(xué)新課改后，在化學(xué)試驗(yàn)中對(duì)于很重要的實(shí)驗(yàn)變量探究的不是很深入，而固體酒精的制備實(shí)驗(yàn)中變量多達(dá)4個(gè)。

4.固體酒精的制備實(shí)驗(yàn)既有無機(jī)化學(xué)并兼具有機(jī)化學(xué)的內(nèi)容，涵蓋知識(shí)點(diǎn)豐富，而且具體。

5.固體酒精制備實(shí)驗(yàn)，緊貼生活，探究過程豐富多彩，極易調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究精神，并逐步養(yǎng)成創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

二、實(shí)驗(yàn)部分

1.實(shí)驗(yàn)原料及儀器

（1）實(shí)驗(yàn)原料。酒精（工業(yè)），硬脂酸，氫氧化鈉，酚酞，硝酸銅，氯化鐵，蒸餾水

（2）實(shí)驗(yàn)儀器。電子節(jié)能控溫儀，水浴鍋，三頸燒瓶，回流冷凝管

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）實(shí)驗(yàn)步驟。配制10%的硝酸銅溶液100mL備用；配制10%的氯化鐵溶液100mL備用；將氫氧化鈉配成8%的水溶液，然后用工業(yè)酒精稀釋成1：1的混合溶液，備用；將1g酚酞溶于100mL 60%的工業(yè)酒精中備用。分別取5g工業(yè)硬脂酸、100mL工業(yè)酒精和兩滴酚酞置于150mL的三頸燒瓶中，水浴加熱，攪拌，回流。維持水浴溫度在70℃左右，直至硬脂酸全部溶解后，馬上滴加事先配好了的氫氧化鈉混合溶液，滴加速度先快后慢，滴至溶液顏色由無色變?yōu)闇\紅又馬上褪掉為止。繼續(xù)維持水浴溫度在70℃左右，攪拌，回流反應(yīng)10min后，一次性加入2.5mL10%的硝酸銅溶液再反應(yīng)5min后，停止加熱，冷卻至60℃再將溶液倒入模具中，自然冷卻后得嫩藍(lán)綠色的固體酒精。若改用一次性加入0.5mL10%的氯化鐵溶液，可得淺黃色的固體酒精。

（2）實(shí)驗(yàn)原理。用一種可凝固的物質(zhì)來承載酒精，包容其中，使酒精具有一定形狀和硬度。硬脂酸與氫氧化鈉混合后將發(fā)生下列反應(yīng)：

反應(yīng)生成的硬脂酸鈉是一個(gè)長碳鏈的極性分子，室溫下在酒精中不易溶。在較高的溫度下，硬脂酸鈉可以均勻地分散在液體酒精中，而冷卻后則形成凝膠體系，使酒精分子被束縛于相互連接的大分子之間，呈不流動(dòng)狀態(tài)而使酒精凝固，形成固體狀態(tài)的酒精。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1.硬脂酸的用量對(duì)固體酒精質(zhì)量的影響。在100mL70%的工業(yè)酒精中分別加入3.5g、4.0g、4.5g、5g、5.5g硬脂酸，均滴加適量的氫氧化鈉，分別加入2.5mL的硝酸銅。在整個(gè)過程中水浴溫度溫度控制在70℃，考查硬脂酸的用量對(duì)產(chǎn)品的固化狀況、硬度及燃燒狀況的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3-1。

由表3-1可知編號(hào)為4的實(shí)驗(yàn)較理想，所制備的產(chǎn)品色澤美觀，有雪花狀花紋的半透明固體，硬度大，燃燒時(shí)不流淌，燃燒時(shí)間為235s，燃燒殘?jiān)?，制備成本低?/p>

2.反應(yīng)溫度對(duì)固體酒精質(zhì)量的影響。按實(shí)驗(yàn)步驟，保持工業(yè)酒精100mL與5g硬脂酸和適量的氫氧化鈉配比不變，待硬脂酸溶解后，控制滴加溫度分別為60℃、65℃、70℃、75℃、80℃實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3-2。

由表3-2可以看出，開始滴加氫氧化鈉的混合溶液時(shí)，溫度控制在70℃較理想，產(chǎn)品質(zhì)量最好。

3.氫氧化鈉的用量對(duì)固體酒精質(zhì)量的影響。氫氧化鈉的用量主要影響產(chǎn)品的硬度、燃燒時(shí)流淌程度、燃燒后剩余殘?jiān)牧?。在不加無機(jī)鹽的情況下，在100mL酒精中加入5g硬脂酸，選用酚酞作指示劑，滴加溫度為70℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3-3。

由表3-3可知編號(hào)為2的實(shí)驗(yàn)效果較好，產(chǎn)品的硬度適中，燃燒時(shí)間為234s，燃燒時(shí)不流淌，燃燒后殘?jiān)?。氫氧化鈉過量越多，產(chǎn)品的硬度越大，燃燒后殘?jiān)蕉唷?/p>

4.加入不同金屬離子對(duì)固體酒精質(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)金屬離子的加入起了兩個(gè)很好的作用：其一改變了固體酒精的外觀色澤，其二改變了固體酒精燃燒時(shí)火焰的顏色。添加少量不同的無機(jī)鹽類可以改變固體酒精的外觀色澤和火焰顏色，按實(shí)驗(yàn)步驟，保持水浴溫度在70℃時(shí)，分別一次性加入不同無機(jī)鹽溶液再反應(yīng)5min后結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

四、結(jié)論

（1）通過單因素實(shí)驗(yàn)，確定了酒精：硬脂酸：氫氧化鈉的最佳配比為97.2∶7.0∶1（質(zhì)量比）。最佳水浴溫度為70℃。

（2）找到了能改變固體酒精顏色的無機(jī)鹽及有機(jī)染色劑。如硝酸銅，制備出藍(lán)色的固體酒精；氯化鐵，制備出黃色的固體酒精；高錳酸鉀，制備出深紫色的固體酒精；蘇丹紅，制備出紅色的固體酒精；酚酞，制備出紫色的固體酒精。

（3）找到了能改變固體酒精燃燒時(shí)火焰顏色的無機(jī)鹽離子。如氯化鈉，火焰顏色為黃色；氯化鈣，火焰顏色為磚紅色；碳酸鉀，火焰顏色為紫色。

（4）結(jié)合實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，選用酚酞作為指示劑來確定硬脂酸與氫氧化鈉中和的終點(diǎn)。

（5）對(duì)于高中的學(xué)生，通過固體酒精的制備實(shí)驗(yàn)，能夠有效地提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和學(xué)習(xí)興趣。

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