乙烯性質實驗的再改進

應春曉

摘要： 從藥品配置（乙烯利制乙烯）、實驗原理、微型化裝置三個方面對蘇教版《化學2》中的乙烯性質實驗作改進，通過多次試驗探究影響改進實驗效果的各個因素，充分挖掘該實驗的探究價值和知識價值，加強了對學生化學學科素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關鍵詞： 乙烯利制乙烯; 乙烯性質實驗; 實驗改進

文章編號： 10056629（2019）4006903中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

蘇教版中乙烯的性質實驗安排在化學2專題3第一單元第二節(jié)“石油煉制乙烯”的“活動與探究”欄目中，實驗內容如下： （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）教材中沒有提供乙烯的制法。實驗室中常采用乙醇和濃硫酸共熱制得乙烯，《有機化學基礎》（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、實驗耗時長等特點，不利于學生實驗的開展[1]。（2）教材中的實驗只能證明乙烯和溴、高錳酸鉀可以反應，但其原理大多是通過教師從理論的角度去講授，學生初學有機反應普遍覺得比較抽象、難以接受。（3）教材中沒有給出實驗裝置。因此，有必要對教材原有實驗進行再改進。

1 實驗改進方案

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，使學生實驗具有了安全性和可操作性。其反應原理如下：

但此方法不適用于本文采用的微型化裝置。因為，乙烯利和氫氧化鈉反應會放出大量的熱，導致反應過于劇烈，使得反應液很容易沖出容積僅為10mL的反應瓶。因此，須對該制法的藥品配置作改進，具體方案見下文各表。

1.2 增加反應原理探究

研究者對乙烯實驗的改進，多數(shù)以反應藥品改進[3]、催化劑和脫水劑改進[4]、實驗裝置改進[2]這三個方向為主，很少涉及反應原理探究。本改進設計了探究其反應原理的實驗，可以使學生更加深刻地認識到乙烯和溴、酸性高錳酸鉀反

應的本質。實驗內容及其原理如下：

（1） 將乙烯和酸性高錳酸鉀反應后產(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，從而證明該反應是氧化反應。

（2） 將乙烯和溴反應后產(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)無渾濁現(xiàn)象，則證明沒有溴化氫生成，說明該反應原理不同于烷烴與鹵素發(fā)生的碳氫鍵斷裂的取代反應，從而引入新的有機反應類型——加成反應。

（說明： 溴化氫的檢驗不能在反應后的溶液中加硝酸酸化的硝酸銀，因為溴化氫難溶于四氯化碳而易揮發(fā)出來，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，因為溴蒸氣也容易揮發(fā)出來與水反應生成氫溴酸對結果造成干擾。因此，筆者先將反應產(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溴化氫。）

1.3 微型化反應裝置

本實驗采用圖1裝置進行實驗。該裝置操作簡單，特別適用于學生實驗。課前用一次性輸液針管將6個西林瓶（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，反應即可開始。反應結束后只需打開橡膠塞更換瓶中的試劑即可進行重復實驗。同時該裝置還具有以下優(yōu)點： 微型化設計可以節(jié)約試劑、減少反應時間;注射器可調節(jié)反應進程，防止反應過于劇烈;充分考慮了防倒吸，安全可靠;無環(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）、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 實驗的操作步驟及實驗現(xiàn)象

按圖1安裝儀器檢查其氣密性后添加相應的試劑。實驗1： 打開開關1，關閉開關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渾濁;實驗2： 打開開關2，關閉開關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渾濁。

4 實驗數(shù)據(jù)及分析

實驗過程中發(fā)現(xiàn)以下幾個因素可以影響實驗效果。

4.1 氫氧化鈉與水的質量比

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，量太少或太多都會導致實驗耗時過長。量太少耗時長可能的原因是： 二氧化碳的生成量減少，使得氣流中二氧化碳濃度降低，導致二氧化碳與石灰水的反應速率降低而增加實驗耗時;量過大而耗時長可能的原因是： 氣流經(jīng)過高錳酸鉀溶液時溫度降低，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速率降低而增加實驗耗時。溴的四氯化碳溶液用量越大實驗耗時越大，但其用量并不一定越少越好。應保證假設乙烯和溴發(fā)生取代反應生成溴化氫的量，可以被0.1mol·L-1硝酸銀溶液檢測到。計算過程如下：

假設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，遠遠大于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、實驗現(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，也會影響實驗耗時。乙烯利與氫氧化鈉反應越劇烈，氣體溫度就越高、氣流越快，反應速率也就越快。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驗耗時的實驗時，都采用一次性加1mL乙烯利溶液（不振蕩）的方法，以盡量排除這個因素的干擾，但并不能保證百分百無干擾，因此筆者提供的實驗耗時數(shù)據(jù)可能存在一些誤差。

5 結語

乙烯可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，反應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，本改進實驗可以達到探索乙烯反應原理的教學目標;本實驗一般在3分鐘之內即可完成，適合課堂上學生分組實驗的開展;本實驗單次消耗的試劑： 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，符合綠色化學要求。

參考文獻：

[1]陸金華. 乙烯實驗室簡易制法的探究[J]. 中學生數(shù)理化， 2014， （5）： 14～15.

[2]彭梭， 劉延婷， 陳肖宇， 王后雄. 乙烯的實驗室制備及性質檢驗的實驗改進[J]. 化學教育， 2016， 37（13）： 50～52.

[3]張潔心. 實驗室制備乙烯氣體的改進方法[J]. 實驗教學與儀器， 2013， （12）： 34～35.

[4]張熙. 乙醇脫水制乙烯： 堿性氧化物能否作催化劑[J]. 化學教學， 2013， （1）： 60～62.