高考物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)的深度復(fù)習(xí)

林燕麗

摘 要：物質(zhì)制備是一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)體系，需從實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)的條件、實(shí)驗(yàn)的裝置、物質(zhì)的分離提純等方面，再結(jié)合反應(yīng)速率及化學(xué)平衡移動(dòng)等多方面展開研究分析。高三的學(xué)生具有較系統(tǒng)的化學(xué)理論知識(shí)，可以從多方面，多角度對(duì)物質(zhì)制備進(jìn)行分析，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)裝置，以“多、快、好、省”的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)制備，從而促進(jìn)物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)的深度復(fù)習(xí)。

關(guān)鍵詞：深度復(fù)習(xí);高考酯化反應(yīng);實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

高三化學(xué)的專題復(fù)習(xí)，應(yīng)倡導(dǎo)深度復(fù)習(xí)，不是埋頭于題海，學(xué)生成為做題的“機(jī)器”，刷著大量的習(xí)題而思考甚少，缺少對(duì)專題內(nèi)容的歸納總結(jié)與問題的升華。深度復(fù)習(xí)是復(fù)習(xí)教學(xué)中促進(jìn)關(guān)鍵能力和必備品格內(nèi)化，是發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。[1]而物質(zhì)制備的實(shí)驗(yàn)一直都是歷年來高考化學(xué)的重中之重，多維度考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，旨在發(fā)展學(xué)生解決綜合實(shí)驗(yàn)問題的能力，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。[2]

一、問題的提出

高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)題多以陌生物質(zhì)的制備為核心，提供陌生物質(zhì)的相關(guān)信息，要求學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅Y(jié)合信息了解陌生物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)，根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用的儀器，基本操作，物質(zhì)分離提純的方法及反應(yīng)原理的相關(guān)內(nèi)容來促成“多、快、好、省”的制備物質(zhì)。而“多、快、好、省”與物質(zhì)制備存在如圖1所示的關(guān)系。

高考的考察是源于課本，高于課本，其物質(zhì)制備的形式常見的主要有三種類型。一種是以課本呈現(xiàn)的常見氣體的實(shí)驗(yàn)室制法（包括H2、O2、Cl2、SO2、NH3等）為紐帶的無機(jī)物制備的原型（如圖2）;一種是以“化工流程”為載體來制備物質(zhì)類型。（如圖3，2019年全國I卷26題）;一種是以課本展示以乙酸乙酯的制備為原型的有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)。不管是哪一種物質(zhì)的制備，均是為實(shí)現(xiàn)“多、快、好、省”，現(xiàn)以這有機(jī)物的制備展開敘述物質(zhì)制備的深度復(fù)習(xí)。

二、物質(zhì)制備深度復(fù)習(xí)

（一）乙酸乙酯制備的原型分析

乙酸和乙醇酯化反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)中最為重要的反應(yīng)之一，是有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和原型。乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)，有機(jī)物的性質(zhì)及物質(zhì)的分離提純方法共同構(gòu)成有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)體系，四者之間的關(guān)系見圖4。

教材實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)：在一支試管中加入3mL乙醇，然后邊振蕩試管邊慢慢加入2mL濃硫酸和2mL乙酸，再加入幾片碎瓷片。連接好裝置，用酒精燈小心加熱，將產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)導(dǎo)管通到飽和Na2CO3溶液的液面上（見圖3），觀察現(xiàn)象。[2]

學(xué)生在高一接觸這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于平衡移動(dòng)原理還未學(xué)習(xí)，物質(zhì)分析提純的相關(guān)知識(shí)尚未系統(tǒng)化，因此對(duì)于該反應(yīng)停留于較為表層的認(rèn)識(shí)，能知道實(shí)驗(yàn)中需要注意的問題，如實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、藥品的添加順序、添加碎瓷片的作用、長導(dǎo)管的作用、濃硫酸作催化劑的作用及飽和碳酸鈉的作用等。但對(duì)于為什么乙醇選擇過量的作用，濃硫酸的吸水性以及該裝置的優(yōu)點(diǎn)和不足無法進(jìn)行分析。

（二）乙酸乙酯實(shí)驗(yàn)的深度復(fù)習(xí)

高三再復(fù)習(xí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了高中化學(xué)的主干知識(shí)，可以從多方面，多角度，如化學(xué)反應(yīng)速率，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)物的產(chǎn)率等對(duì)該制備實(shí)驗(yàn)進(jìn)行較為全面的分析，可依據(jù)圖1和圖4所示的有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系來對(duì)有機(jī)物制備的實(shí)驗(yàn)展開探究。

分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先需知道有機(jī)物的性質(zhì)，主要是物理性質(zhì)，如熔沸點(diǎn)，溶解性等問題。其次了解該反應(yīng)的原理，酯化反應(yīng)是一個(gè)正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)，低溫有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，而加熱的主要目的就是加快反應(yīng)速率;反應(yīng)有水，產(chǎn)生濃硫酸的作用除了催化劑之外，還可以作為吸水劑，促進(jìn)平衡正移;選擇過量乙醇的目的則可以提高乙酸的轉(zhuǎn)化率……這些都是學(xué)生在學(xué)過反應(yīng)原理后所能得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。對(duì)于該實(shí)驗(yàn)裝置（圖5）的好處除了簡(jiǎn)單易操作外，還有其他優(yōu)點(diǎn)嗎？可以引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)的沸點(diǎn)進(jìn)行分析，該裝置中，乙酸乙酯的沸點(diǎn)較低，在加熱過程中，乙酸乙酯會(huì)離開反應(yīng)體系，促進(jìn)平衡的正向進(jìn)行，且有利于乙酸乙酯的收集。但再觀察物質(zhì)的沸點(diǎn)，學(xué)生便會(huì)發(fā)現(xiàn)，乙酸、乙醇的沸點(diǎn)也不高，加熱過程中也會(huì)一起揮發(fā)出來。因此反應(yīng)物的利用率不高，這就是該套裝置存在的最大的不足，那應(yīng)該如何改進(jìn)？可以既提高反應(yīng)物的利用率又促進(jìn)平衡正向移動(dòng)。

（三）乙酸乙酯實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

如何解決反應(yīng)物沸點(diǎn)低，易揮發(fā)的問題？學(xué)生會(huì)想出讓揮發(fā)出去的氣體冷凝回流，因此就會(huì)提出需要配上冷凝回流的裝置。冷凝回流需要用到冷凝管，而冷凝管有多種選擇，常見的有直形冷凝管、球形冷凝管、蛇形冷凝管等，什么樣的冷凝管效果好？由接觸面積決定，接觸面積越大則冷凝效果越好，因此冷凝回流中較少選擇直形冷凝管，可選擇球形或蛇形冷凝管。但乙酸、乙醇、乙酸乙酯的沸點(diǎn)相差不多，因此產(chǎn)物也會(huì)冷凝回流下來，要如何進(jìn)一步提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率或者產(chǎn)物的產(chǎn)率？此時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生再觀察這個(gè)反應(yīng)，酯化反應(yīng)中除了產(chǎn)生乙酸乙酯之外，還產(chǎn)生了水。分析兩者的性質(zhì)，可發(fā)現(xiàn)乙酸乙酯在水中的溶解度很小且乙酸乙酯的密度小于水，既然難以將乙酸乙酯分離出去，能否將水分離出去？如何將水分離出去？此時(shí)可以教師可以展示分水器，讓學(xué)生觀察分水器的構(gòu)造，h型、有支管、且有活塞，并思考如何利用這個(gè)儀器將水分離出去。

根據(jù)分水器的構(gòu)造以及對(duì)分水器工作原來的思考和猜想，學(xué)生提出分水器應(yīng)該是利用乙酸乙酯在水中溶解度不大且密度的差異，因此密度較大的水會(huì)在下層，而密度較小的有機(jī)層會(huì)在上層，當(dāng)有機(jī)層到分水器的支管口附近時(shí)，有機(jī)層應(yīng)該回流到反應(yīng)體系，而水過多時(shí)則可以通過旋塞放掉。因此學(xué)生就將課本的裝置優(yōu)化成如圖6所示裝置。當(dāng)然這套裝置也不盡完美，雖然提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，但是產(chǎn)品和反應(yīng)物混合在一起，需要進(jìn)行分離提純才可以得到乙酸乙酯。

如何分離提純乙酸乙酯？分析此時(shí)乙酸乙酯中混有硫酸、乙酸、乙醇，分析這四種物質(zhì)的性質(zhì)差異，主要是水溶性方面，因此可以采用洗滌、分液、蒸餾等方式進(jìn)行分離純化，可形成如圖6所示的物質(zhì)分離提純方案，最后得到較為純凈的乙酸乙酯。

結(jié)束語

學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)知具有層次性，在高三的綜合復(fù)習(xí)時(shí)，因?yàn)橐呀?jīng)形成較為完善的知識(shí)體系，可對(duì)問題進(jìn)行綜合的、全面的分析，對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行綜合復(fù)習(xí)時(shí)可以從不同的角度進(jìn)行思考。酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，從對(duì)酯化反應(yīng)的深入認(rèn)識(shí)，不斷上升對(duì)有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)的理解，從而遷移到其他物質(zhì)的制備，并歸納總結(jié)形成體系，做到深度復(fù)習(xí)。高考考題的命制如何高于課本的？就是通過站在不同的角度對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入思考，抓其基本，追溯其源，不斷改進(jìn)，達(dá)其目的。

參考文獻(xiàn)

[1]劉汝亭、洪茲田、羅德炳、江堅(jiān)智.基于核心素養(yǎng)的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)深度復(fù)習(xí)教學(xué)——以“青蒿素的提取與物質(zhì)的分離提純”為例[J]實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2020（3）：12～15

[2]普通高中教科書化學(xué)必修第二冊(cè).[M].江蘇鳳凰教育出版社.2020（7）