核心素養(yǎng)視角下的有機(jī)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)——以酯類(lèi)物質(zhì)的分離提純?yōu)槔?br/>

重慶 王 明 陳厚波

化學(xué)試題解答的思維過(guò)程通常如圖所示：

模型建構(gòu)：從深入分析教材或者有意識(shí)的練習(xí)或大量練習(xí)中獲得。

證據(jù)推理：在題目中尋找解決本題的關(guān)鍵信息，即“題眼”。

模型修正：前面建構(gòu)的模型并不一定完全適合本題，根據(jù)本題的特征對(duì)前面建構(gòu)的模型做出適當(dāng)修正。

歸納演繹、得出答案：利用題目中的數(shù)據(jù)、圖象等進(jìn)行合理的推導(dǎo)和正確的計(jì)算，即得到題目解答。

思維過(guò)程的前兩步恰好是化學(xué)核心素養(yǎng)中的證據(jù)推理與模型認(rèn)知。

經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的一輪復(fù)習(xí)，學(xué)生對(duì)高中化學(xué)的所有知識(shí)有了全盤(pán)的掌握。但是要能夠把這些零散的知識(shí)用于解題，還需要在老師的幫助或自己的歸納總結(jié)下建立起一系列的解題模型。實(shí)際教學(xué)中，筆者從教材入手，通過(guò)深入分析和思考，給學(xué)生示范了酯類(lèi)物質(zhì)分離提純的模型建構(gòu)和證據(jù)推理，取得了很好的效果。

1.來(lái)源于教材的實(shí)際問(wèn)題——模型認(rèn)知

問(wèn)題1：實(shí)驗(yàn)室利用冰醋酸與無(wú)水乙醇在濃硫酸催化加熱下反應(yīng)生成乙酸乙酯，如何從所得的反應(yīng)混合物中分離出純凈的乙酸乙酯？

問(wèn)題2：如何從實(shí)驗(yàn)室制取溴苯的反應(yīng)混合物中分離出純凈的溴苯？如何從制取硝基苯的反應(yīng)混合物中提純硝基苯呢？

【解析】分離過(guò)程應(yīng)為先將反應(yīng)混合物水洗，除去其中混有的水溶性物質(zhì)，特別是作催化劑的酸，然后加入飽和Na2CO3溶液，除去上一步殘留的酸性物質(zhì)，問(wèn)題2中應(yīng)該用NaOH溶液洗滌；再次加入蒸餾水，除去上一步過(guò)量的鹽或者堿；最后將分離得到的有機(jī)層進(jìn)行后續(xù)處理如蒸餾等，得到純凈的目標(biāo)產(chǎn)物。

總結(jié)提煉后可建構(gòu)出如下模型：

2.在考題中運(yùn)用模型——證據(jù)推理

一個(gè)模型有沒(méi)有用處，需要在真實(shí)的試題環(huán)境中去檢驗(yàn)。現(xiàn)列舉幾例賞析如下，需要說(shuō)明的是由于篇幅所限都只分析了主要流程，對(duì)后面的具體問(wèn)題未做深入探究。

【例1】(2014·全國(guó)卷Ⅰ·26節(jié)選)乙酸異戊酯是組成蜜蜂信息素的成分之一，具有香蕉的香味。實(shí)驗(yàn)室制備乙酸異戊酯的反應(yīng)、裝置示意圖和有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)步驟：

在A中加入4.4 g異戊醇、6.0 g乙酸、數(shù)滴濃硫酸和2～3片碎瓷片。開(kāi)始緩慢加熱A，回流50 min。反應(yīng)液冷至室溫后倒入分液漏斗中，分別用少量水、飽和碳酸氫鈉溶液和水洗滌；分出的產(chǎn)物加入少量無(wú)水MgSO4固體，靜置片刻，過(guò)濾除去MgSO4固體，進(jìn)行蒸餾純化，收集140～143℃餾分，得乙酸異戊酯3.9 g。

【分析】本題年代稍顯久遠(yuǎn)，但卻是這類(lèi)題目的典例，很有必要深入分析！有機(jī)實(shí)驗(yàn)原理和過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，關(guān)鍵在于產(chǎn)品的分離提純，題目的重點(diǎn)設(shè)問(wèn)也在反應(yīng)混合物的分離提純。解決本題的關(guān)鍵在于搞清楚分離提純的過(guò)程，可圖示如下：

本題還需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，無(wú)機(jī)物中的常用干燥劑，比如濃硫酸、堿石灰等通常不用于對(duì)有機(jī)物的干燥。有機(jī)物的干燥劑通常選用無(wú)水鹽，如無(wú)水CaCl2、MgSO4、Na2SO4等，其中以無(wú)水硫酸鹽居多。

圖甲

圖乙

物質(zhì)的部分物理性質(zhì)如表所示：

物質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量密度/g·cm-3沸點(diǎn)/℃水溶性苯甲酸1221.27249微溶異丙醇600.7982易溶苯甲酸異丙酯1641.17218不溶

實(shí)驗(yàn)步驟：

步驟Ⅰ.在干燥的儀器a中加入38.1 g苯甲酸、30 mL異丙醇和15 mL濃硫酸，再加入幾粒沸石；

步驟Ⅱ.加熱至70℃左右，保持恒溫半小時(shí)；

步驟Ⅲ.將儀器a中液體進(jìn)行如下所示操作得到粗產(chǎn)品：

步驟Ⅳ.將粗產(chǎn)品用圖乙所示裝置進(jìn)行精制。

【解析】題目解答的關(guān)鍵是對(duì)步驟Ⅲ的流程進(jìn)行深入分析。

【例3】(2019·全國(guó)卷Ⅲ·27節(jié)選)乙酰水楊酸(阿司匹林)是目前常用藥物之一。實(shí)驗(yàn)室通過(guò)水楊酸進(jìn)行乙?；苽浒⑺酒チ值囊环N方法如下：

水楊酸 醋酸酐 乙酰水楊酸

水楊酸醋酸酐乙酰水楊酸熔點(diǎn)/℃157～159-72～-74135～138相對(duì)密度/(g·cm-3)1.441.101.35相對(duì)分子質(zhì)量138102180

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：在100 mL錐形瓶中加入水楊酸6.9 g及醋酸酐10 mL，充分搖動(dòng)使固體完全溶解。緩慢滴加0.5 mL濃硫酸后加熱，維持瓶?jī)?nèi)溫度在70℃左右，充分反應(yīng)。稍冷后進(jìn)行如下操作。

①在不斷攪拌下將反應(yīng)后的混合物倒入100 mL冷水中，析出固體，過(guò)濾。

②所得結(jié)晶粗品加入50 mL飽和碳酸氫鈉溶液，溶解、過(guò)濾。

③濾液用濃鹽酸酸化后冷卻、過(guò)濾得固體。

④固體經(jīng)純化得白色的乙酰水楊酸晶體5.4 g。

【分析】此題的關(guān)鍵在于明確操作的目的，仍然可以用到上面的模型。

上面的解題模型中把“第二次水洗”修正成了“濃鹽酸酸化”，使之更符合本題的處理流程?？梢园l(fā)現(xiàn)，模型并不是一成不變，在具體的試題情境中需要在證據(jù)推理的基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行合適的修正，但大的方向和環(huán)節(jié)和前述幾乎一致。

3.解題模型的深度運(yùn)用

考試中最常見(jiàn)的是酯類(lèi)物質(zhì)的分離提純，我們歸納的模型也主要是針對(duì)與酯類(lèi)物質(zhì)有關(guān)的反應(yīng)混合物的分離提純，不僅如此，很多其他有機(jī)反應(yīng)混合物的分離提純都可以套用上述模型。

物質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量密度/g·cm-3熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃溶解性AlCl3——190易升華遇水極易潮解并產(chǎn)生白色煙霧,微溶于苯苯780.88—81.1難溶于水,易溶于乙醇氯代叔丁烷92.51.85—51.6難溶于水,可溶于苯叔丁基苯1340.87—169難溶于水,易溶于苯

Ⅱ.如圖是實(shí)驗(yàn)室制備叔丁基苯的裝置(夾持裝置略)：

在三頸燒瓶中加入50 mL的苯和適量的無(wú)水AlCl3，由恒壓漏斗滴加氯代叔丁烷10 mL，一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間后，將反應(yīng)后的混合物洗滌分離，在所得產(chǎn)物中加入少量無(wú)水MgSO4固體，靜置，過(guò)濾，蒸餾得叔丁基苯20 g。

(4)使用恒壓漏斗的優(yōu)點(diǎn)是________________；

加入無(wú)水MgSO4固體的作用是________________。

(5)洗滌混合物時(shí)所用的試劑有如下三種，正確的順序是________(填序號(hào))。

①5%的Na2CO3溶液 ②稀鹽酸 ③H2O

【分析】(4)恒壓漏斗的優(yōu)點(diǎn)是便于溶液順利的滴下；無(wú)水MgSO4是有機(jī)實(shí)驗(yàn)中常用的干燥劑。

(5)套用酯類(lèi)物質(zhì)分離提純解題模型：混合物→第一次水洗→堿洗(或鹽洗)→第二次水洗→有機(jī)層分離提純(干燥后過(guò)濾、蒸餾、重結(jié)晶、升華等)。

酸洗→抑制AlCl3的水解，如果不需要考慮水解問(wèn)題，第一步水洗效果更好。

鹽洗→除去上一步過(guò)量的鹽酸。

水洗→除去上一步過(guò)量的鹽。

綜上所述，正確的加入順序應(yīng)是反應(yīng)混合物→②→①→③。