有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)細(xì)節(jié)問題探討

王金權(quán)， 錢國(guó)慶， 王 鑫， 徐海青，高曉燕， 陳小芳， 陳曉娟， 程曉春

(1.淮陰工學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003； 2.江蘇省鹽化工新材料工程實(shí)驗(yàn)室、凹土資源利用實(shí)驗(yàn)室、特色資源開發(fā)與藥用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 淮安 223003)

0 引 言

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是與化學(xué)相關(guān)的各類專業(yè)必修的一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，是有機(jī)化學(xué)教學(xué)不可或缺的重要組成部分，為有機(jī)化學(xué)理論教學(xué)提供實(shí)驗(yàn)支撐。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，驗(yàn)證有機(jī)化學(xué)理論教學(xué)中所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生選擇合理的有機(jī)合成方法和分離、鑒定手段，以及分析和解決實(shí)際問題的能力；同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)，實(shí)事求是、嚴(yán)格認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度與良好的工作習(xí)慣的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，教學(xué)研究人員不斷地發(fā)現(xiàn)問題，不斷地尋找解決方案并付諸實(shí)踐，并取得了一系列成績(jī)。如強(qiáng)根榮等[1]研究將專題式教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法、參與式教學(xué)法、基于網(wǎng)絡(luò)資源的PBL教學(xué)法等綜合運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，明顯提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。楊振平等[2]研究了參與式教學(xué)法各個(gè)要素對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的影響，從而激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，將學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)，顯著提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。張紅素等[3]介紹了四川大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心對(duì)基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行探索、改革與實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。李厚金等[4]將有機(jī)人名反應(yīng)、優(yōu)秀的科研成果改編成新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，同時(shí)增設(shè)了新的微型實(shí)驗(yàn)、綠色實(shí)驗(yàn)、原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、全英實(shí)驗(yàn)，顯著提高了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。蔣衛(wèi)華等[5]以苯甲酸正丁酯的合成為例，將學(xué)、教、做、評(píng)四位一體的教學(xué)模式應(yīng)用到有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，有效地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。文獻(xiàn)[6-8]中從不同的角度對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題進(jìn)行了探討，提出各自的見解并付諸實(shí)踐，且都取得了較為顯著的教學(xué)效果。

對(duì)于學(xué)生而言，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的準(zhǔn)確性和可操作性是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。若知識(shí)點(diǎn)不準(zhǔn)確或不具有可操作性，則會(huì)讓學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)產(chǎn)生迷茫，不能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。而在現(xiàn)有的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中，有相當(dāng)一部分教材的部分實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)需要探討，值得商榷，如沸程測(cè)量中第1滴溫度與最后1滴溫度的界定表述不清，重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)中使用濾紙過濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差大，以濃硫酸為催化劑制備乙酸乙酯易出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象等問題。

本文針對(duì)上述提及的3個(gè)問題進(jìn)行深入探討，并提出切實(shí)可行的解決方案，在一定程度上提升有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。

1 沸程測(cè)量中第1滴溫度的界定

1.1 沸程的定義

按照中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7534-2004《工業(yè)用揮發(fā)性有機(jī)液體沸程測(cè)定》規(guī)定，沸程的相關(guān)名詞定義如下：

初餾點(diǎn)——在標(biāo)準(zhǔn)條件下蒸餾，第1滴冷凝液滴從冷凝管末端滴下時(shí)觀察到的瞬間溫度。

干點(diǎn)——在標(biāo)準(zhǔn)條件下蒸餾，蒸餾瓶底最后1滴液體蒸發(fā)時(shí)觀察到的瞬間溫度。

沸程——初餾點(diǎn)與干點(diǎn)之間的溫度間隔。

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7534-2004中使用的蒸餾燒瓶和冷凝器示意圖如圖1所示。此示意圖使用的蒸餾燒瓶為一體式，蒸餾支管與冷凝管間幾乎是無縫對(duì)接。

圖1 GB/T 7534-2004規(guī)定的蒸餾燒瓶(左)和冷凝管(右)示意圖(mm)

1.2 現(xiàn)有教材對(duì)沸程的描述

在現(xiàn)有有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中，許多教材對(duì)蒸餾實(shí)驗(yàn)中的沸程介紹含糊不清。如吳美芳等[9]描述為：前餾分蒸出后，應(yīng)該換上清潔的已稱量的接收瓶，接收需要的餾分，并記錄開始接收時(shí)的溫度和接收最后1滴的溫度，這個(gè)溫度區(qū)間即為餾分的沸程和沸點(diǎn)范圍，純粹有機(jī)化合物的沸程應(yīng)為1～2 ℃。郭艷玲等[10]描述為：餾分的收集。記錄第1滴餾出液滴入接收瓶時(shí)的溫度并接收沸點(diǎn)較低的前餾分。當(dāng)溫度升至所需沸點(diǎn)范圍并恒定時(shí)，更換另一接收瓶收集，并記錄此時(shí)的溫度范圍，即餾分的沸點(diǎn)范圍。王清廉等[11]描述為：前餾分蒸完，溫度趨于穩(wěn)定后，蒸出的就是較純的物質(zhì)，這時(shí)應(yīng)更換一個(gè)潔凈干燥的接收瓶接收，記下這部分液體開始餾出時(shí)和最后1滴時(shí)溫度計(jì)的讀數(shù)，即是該餾分的沸程(沸點(diǎn)范圍)。關(guān)燁第等[12]描述為：前餾分蒸完，蒸出的就是較純的物質(zhì)，應(yīng)更換一個(gè)潔凈干燥的接收瓶接收，當(dāng)溫度穩(wěn)定后記下這部分液體開始餾出時(shí)和最后1滴時(shí)的溫度計(jì)的讀數(shù)，即是該餾分的沸程。高占先等[13]描述為：應(yīng)當(dāng)在實(shí)驗(yàn)記錄本上記錄下第1滴餾出液滴滴入接受器時(shí)的溫度。唐玉海等[14]描述為：記下蒸餾出第1滴液體時(shí)的溫度和液體快蒸完時(shí)(2～3 mL)的溫度，兩次記錄的溫度范圍稱為待測(cè)液體的沸程。通過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，僅有雷亞春等[15]關(guān)注了冷卻水對(duì)沸程變化的影響。

大部分教材在介紹蒸餾實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，使用圖2(a)的示意圖進(jìn)行介紹，該示意圖整體裝置及各部分裝置搭配都是正確的。但是，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中，經(jīng)常使用的部分蒸餾儀器見圖2(b)。圖中的圈2部分與圖2(a)的圈1部分相對(duì)應(yīng)，而圖2(b)中的圈2部分對(duì)應(yīng)圖2(c)中的放大圖。由圖2(c)中可以看到，蒸餾頭支管口(圈3所示部分)與冷凝管的直管部分并不是無縫對(duì)接，而是有一定的距離d。另外，冷凝管接口部的直徑比冷凝管的直管部分的直徑大，導(dǎo)致接口部分與直管部分連接有一定的緩沖角度，見圖2(c)中圈4。

(a) 蒸餾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

(b) 蒸餾裝置實(shí)物圖

1.3 實(shí)驗(yàn)實(shí)際沸程的校正

在氣溫較低的冬天做蒸餾實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果不使用保溫裝置將整個(gè)蒸餾頭和冷凝管接口部位包裹住，第1滴冷凝液滴往往會(huì)從蒸餾頭支管口滴下，并在圖2(c)圈4區(qū)域積聚，直到液面高于冷凝管的直管部分，才會(huì)向冷凝管的下端流淌。若以冷凝管末端第1滴冷凝液滴滴下時(shí)的溫度為初餾點(diǎn)，則沸程變小。而在氣溫較高的夏天做蒸餾實(shí)驗(yàn)，第1滴冷凝液滴往往會(huì)從冷凝管末端滴下，此時(shí)測(cè)量的沸程則為正常值。

因而，在普通的蒸餾實(shí)驗(yàn)操作中，冬天沸程以蒸餾頭支管口滴下第1滴的瞬間溫度更為準(zhǔn)確，夏天則以冷凝管末端滴下第1滴的瞬間溫度為準(zhǔn)。

2 重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)中使用濾紙過濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差大

在重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)中，將粗產(chǎn)品溶于熱溶劑后，需要過濾掉不溶的雜質(zhì)。唐玉海等[16]曾介紹，通過熱過濾裝置如熱水漏斗除去不溶物質(zhì)。這一裝置對(duì)于本科生而言，操作較為繁瑣。若用普通漏斗進(jìn)行過濾(見圖3(a))，液體滴下速度慢，在室溫較低的冬天，因過濾時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致溶質(zhì)極易析出，從而封堵住濾紙孔道，進(jìn)而使液體滴下速度更慢，最終使實(shí)驗(yàn)的結(jié)果誤差很大。

其實(shí)，在教學(xué)中，可用脫脂棉替代濾紙，將脫脂棉輕輕封堵住漏斗錐形杯底(見圖3(b))，然后進(jìn)行過濾，則液體可快速流下，雜質(zhì)可以全部被過濾掉。

(a) 濾紙漏斗

3 以濃硫酸為催化劑制備乙酸乙酯易出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象

在以濃硫酸為催化劑的乙酸乙酯制備中，加熱反應(yīng)初始，反應(yīng)液易出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象。其實(shí)，產(chǎn)生發(fā)黑的原因是：濃硫酸作為催化劑加入到反應(yīng)試劑中，如不能混合均勻，則會(huì)使反應(yīng)試劑局部過熱，此時(shí)進(jìn)行快速加熱，則會(huì)導(dǎo)致有機(jī)試劑被濃硫酸碳化，從而發(fā)黑。

解決發(fā)黑現(xiàn)象可以采取以下方法：將濃硫酸與反應(yīng)物充分?jǐn)嚢杌驌u晃均勻，并讓其自然冷卻到常溫，或用自來水對(duì)燒瓶進(jìn)行沖淋冷卻到常溫，然后再進(jìn)行緩慢加熱反應(yīng)即可。

4 部分產(chǎn)品制備分餾裝置中刺形分餾柱不宜太長(zhǎng)

在部分產(chǎn)品如乙酰苯胺、環(huán)己烯等制備中，分餾裝置中的刺形分餾柱不宜太長(zhǎng)，若太長(zhǎng)(如30 cm)，天氣溫度較低時(shí)，蒸汽只會(huì)被空氣冷凝回流，很難分餾出來。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，建議刺形分餾柱的長(zhǎng)度在20～25 cm為宜。

5 結(jié) 語

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是門教學(xué)相長(zhǎng)的課程，在教學(xué)過程中，教師要能夠不斷地對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行大膽探討和創(chuàng)新，才能讓學(xué)生學(xué)到真知、新知。在教學(xué)過程中，教師還要能對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性地實(shí)驗(yàn)性改革，才能讓學(xué)生靈活地掌握實(shí)驗(yàn)技巧。