高中化學(xué)乙烯的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　內(nèi)容提要:本文介紹了用P2O5代替濃硫酸做脫水劑制備乙烯的實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象，并利用氣囊收集的乙烯氣體進(jìn)行乙烯燃燒的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，通過不同的實(shí)驗(yàn)方案來探究乙烯與Br2反應(yīng)的反應(yīng)類型。

　　關(guān)鍵詞：乙烯性質(zhì)實(shí)驗(yàn)制備反應(yīng)類型改進(jìn)探究

　　一、教材中實(shí)驗(yàn)不足的地方

　　1.用濃硫酸與乙醇加熱的方法制取的乙烯含雜質(zhì)，產(chǎn)率低，產(chǎn)生氣體的速率慢，不利于乙烯的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

　　2.在點(diǎn)燃乙烯的實(shí)驗(yàn)中，由于生成氣體的速率慢，采用的是尖嘴導(dǎo)管來點(diǎn)燃?xì)怏w，導(dǎo)致氣流小，無法看到“火焰明亮，并伴有黑煙”的現(xiàn)象。

　　3.即使是使用除雜后的乙烯氣體通入溴的CCl4溶液，可看到溴的CCl4溶液褪色，卻無法通過實(shí)驗(yàn)說明Br2與乙烯發(fā)生的是取代反應(yīng)還是加成反應(yīng)。

　　二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方法

　　1.采用新的方法提前制備乙烯，并用氣囊收集乙烯氣體待用。

　　用濃硫酸與乙醇加熱制取乙烯，所用時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生的氣體少。實(shí)驗(yàn)后燒瓶清洗困難（有黑色難溶物），并有刺激性難聞的氣體釋放出來，不利于環(huán)保和健康。依然采用原來的發(fā)生裝置，用P2O5代替濃硫酸做脫水劑[1]，使乙醇脫水來制取乙烯。

　　在燒瓶中先加入14g的P2O5，再加入10mL的無水乙醇，干燥管中裝入氯化鈣固體干燥劑（可以吸收乙醇?xì)怏w，干燥乙烯）。擠扁氣囊，并用鐵夾夾住橡皮管a，用酒精燈給燒瓶加熱，溫度迅速上升至80～90℃，乙醇開始回流，同時(shí)有氣體生成。待從燒杯中的導(dǎo)管口處冒出均勻的氣泡后，打開橡皮管a處的鐵夾，同時(shí)用鐵夾夾住橡皮管b，開始收集乙烯氣體。

　　開始產(chǎn)生的氣體速度較快，氣囊鼓起來的速度很明顯，一段時(shí)間后，產(chǎn)生氣體的速度開始變慢，乙醇的回流現(xiàn)象減弱。繼續(xù)加熱，溫度迅速?gòu)?00℃左右上升至170℃，接近170℃時(shí)溫度上升的速度明顯減慢，并在170～190℃區(qū)間有一定的停頓時(shí)間，此時(shí)氣體產(chǎn)生的速度比開始時(shí)更快（打開橡皮管b處的鐵夾，可以看到燒杯中的導(dǎo)管口處急速地冒出氣泡）。此時(shí)收集到的氣體較80～90℃區(qū)間收集到的氣體更多。

　　反應(yīng)結(jié)束后（或氣囊充滿后），用鐵夾夾住氣囊的橡皮管，密封，留存?zhèn)溆�。該方法制取乙烯的速度快；由于P2O5和磷酸沒有強(qiáng)氧化性，不會(huì)產(chǎn)生SO2雜質(zhì)氣體，產(chǎn)物純凈，產(chǎn)率高；氣囊里的氣體可隨時(shí)使用，存儲(chǔ)氣體量多，便于進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

　　2.乙烯的燃燒試驗(yàn)

　　將氣囊外部的橡皮管連接10cm長(zhǎng)的玻璃尖嘴導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)面塞有一股細(xì)銅絲（起阻燃、防爆的作用）。打開橡膠管上的鐵夾，輕壓氣囊，在酒精燈的火焰上方點(diǎn)燃乙烯氣體。由于氣體流量較大，可以觀察到明亮的火焰，火焰上方伴有黑煙。實(shí)驗(yàn)安全，現(xiàn)象明顯。

　　3.乙烯與溴反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理探究

　　Br2與乙烯發(fā)生的到底是取代反應(yīng)還是加成反應(yīng)，可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過反應(yīng)產(chǎn)物的檢驗(yàn)或通過反應(yīng)前后容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化能夠得出正確結(jié)論。

　　【探究方案一】

　　若是取代反應(yīng)，則有HBr生成。我們可以在反應(yīng)后的試管中加蒸餾水，振蕩。靜置分層后取上層水溶液，用pH試紙測(cè)其pH值，看溶液是否明顯酸性（如是取代反應(yīng)最終溶液應(yīng)呈酸性）；也可以取上層清液，滴加AgNO3溶液[2]，看溶液是否變渾濁（如是取代反應(yīng)，應(yīng)能觀察到淺黃色沉淀產(chǎn)生）。

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作：

　　1.去1mL左右溴的CCl4溶液（溴的濃度宜較低），用裝有乙烯的氣囊向其中通入過量的純凈乙烯氣體，直至溶液呈無色。向試管中加適量蒸餾水，振蕩，靜置分層后取上層水溶液，分為兩等份。

　　2.用pH試紙測(cè)其中的一份水溶液的pH值[2]，pH值約為6。

　　3.向另一份溶液中滴加AgNO3溶液。溶液略有些混濁，但混濁為白色，沒有呈現(xiàn)淺黃色。

　　說明：該實(shí)驗(yàn)中溴的用量宜小，乙烯必須充分過量。操作3中溶液略變渾濁的原因是有Cl-存在（CCl4中的雜質(zhì)及遇水后的作用）。

　　【探究方案二】

　　如下圖示，在燒瓶中收集乙烯氣體，燒杯中裝入水。用雙孔膠塞上的滴管取一定量的溴的CCl4溶液（溴的濃度和用量可大些），連接好裝置，用鐵夾夾住a處的橡膠管。擠壓膠頭滴管的膠頭，要蕩錐形瓶。反應(yīng)結(jié)束后，松開a處的鐵夾，燒杯中的水迅速噴入燒瓶中。說明反應(yīng)后燒瓶的壓強(qiáng)迅速減小。通過對(duì)反應(yīng)類型及反應(yīng)物、生成物狀態(tài)的分析，我們能得出：壓力明顯減小，只能是發(fā)生加成反應(yīng)。

　　【繼續(xù)探究】

　　在具體教學(xué)中，針對(duì)探究方案二，學(xué)生提出這樣的疑問：會(huì)不會(huì)是乙烯與Br2發(fā)生取代反應(yīng)，生成了HBr，而HBr極易溶于水，從而發(fā)生噴泉反應(yīng)，使燒杯中的水噴入燒瓶？

　　可以設(shè)想：如果反應(yīng)后，燒瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)沒有發(fā)生明顯變化，松開a處的鐵夾就立即能發(fā)生噴泉現(xiàn)象嗎？如果燒瓶?jī)?nèi)有HBr氣體，該怎樣操作來引發(fā)噴泉？

　　而最佳的回答是通過實(shí)驗(yàn)證明：反應(yīng)后燒瓶的壓強(qiáng)明顯減小。改用蒸餾燒瓶，支管上連接壓力傳感器的探頭，記錄下反應(yīng)前后的壓力，可以觀察到反應(yīng)后燒瓶的壓力迅速減小。

　　以上改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象明顯，留給學(xué)生思考、設(shè)計(jì)的空間大，彌補(bǔ)了教材中有機(jī)化學(xué)部分缺少學(xué)生探究活動(dòng)的不足。由于有機(jī)反應(yīng)往往比較復(fù)雜，有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以同無機(jī)實(shí)驗(yàn)一樣理想，但通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究，師生能夠在思考和創(chuàng)新的過程中得到進(jìn)步和提高。