高中化學實驗探究

熊盛東

[摘 要]以硬脂酸和氫氧化鈉反應生成硬脂酸鈉作為制備固體酒精的固化劑，選用酚酞作指示劑來確定硬脂酸與氫氧化鈉中和的中點，研究固體酒精的制備工藝與性質，通過單因素實驗對工藝條件進行優化，得出了最佳工藝條件，即確定酒精，硬脂酸，氫氧化鈉的最佳配比為97.2∶7.0∶1（質量比），最佳水浴溫度70℃。此外，通過添加無機鹽和有機染色劑，制備出彩色固體酒精；找出了改變固體酒精燃燒時火焰顏色的無機鹽離子。

[關鍵詞]固體酒精；硬脂酸；氫氧化鈉；固化劑

一、選題依據

1.按照《化學課程標準》要求，學生在學習過程中，應更多的去體驗探究過程，養成科學態度，獲得科學方法，從而形成終身學習的態度。

2.在高中化學教學中，對于物質的性質，物質的變化講解和體現的不是很透徹和直觀，而固體酒精的制備兩者兼具。

3.高中化學新課改后，在化學試驗中對于很重要的實驗變量探究的不是很深入，而固體酒精的制備實驗中變量多達4個。

4.固體酒精的制備實驗既有無機化學并兼具有機化學的內容，涵蓋知識點豐富，而且具體。

5.固體酒精制備實驗，緊貼生活，探究過程豐富多彩，極易調動學生的探究精神，并逐步養成創新精神和實踐能力。

二、實驗部分

1.實驗原料及儀器

（1）實驗原料。酒精（工業），硬脂酸，氫氧化鈉，酚酞，硝酸銅，氯化鐵，蒸餾水

（2）實驗儀器。電子節能控溫儀，水浴鍋，三頸燒瓶，回流冷凝管

2.實驗內容

（1）實驗步驟。配制10%的硝酸銅溶液100mL備用；配制10%的氯化鐵溶液100mL備用；將氫氧化鈉配成8%的水溶液，然后用工業酒精稀釋成1：1的混合溶液，備用；將1g酚酞溶于100mL 60%的工業酒精中備用。分別取5g工業硬脂酸、100mL工業酒精和兩滴酚酞置于150mL的三頸燒瓶中，水浴加熱，攪拌，回流。維持水浴溫度在70℃左右，直至硬脂酸全部溶解后，馬上滴加事先配好了的氫氧化鈉混合溶液，滴加速度先快后慢，滴至溶液顏色由無色變為淺紅又馬上褪掉為止。繼續維持水浴溫度在70℃左右，攪拌，回流反應10min后，一次性加入2.5mL10%的硝酸銅溶液再反應5min后，停止加熱，冷卻至60℃再將溶液倒入模具中，自然冷卻后得嫩藍綠色的固體酒精。若改用一次性加入0.5mL10%的氯化鐵溶液，可得淺黃色的固體酒精。

（2）實驗原理。用一種可凝固的物質來承載酒精，包容其中，使酒精具有一定形狀和硬度。硬脂酸與氫氧化鈉混合后將發生下列反應：

反應生成的硬脂酸鈉是一個長碳鏈的極性分子，室溫下在酒精中不易溶。在較高的溫度下，硬脂酸鈉可以均勻地分散在液體酒精中，而冷卻后則形成凝膠體系，使酒精分子被束縛于相互連接的大分子之間，呈不流動狀態而使酒精凝固，形成固體狀態的酒精。

三、實驗結果與分析

1.硬脂酸的用量對固體酒精質量的影響。在100mL70%的工業酒精中分別加入3.5g、4.0g、4.5g、5g、5.5g硬脂酸，均滴加適量的氫氧化鈉，分別加入2.5mL的硝酸銅。在整個過程中水浴溫度溫度控制在70℃，考查硬脂酸的用量對產品的固化狀況、硬度及燃燒狀況的影響，實驗結果見表3-1。

由表3-1可知編號為4的實驗較理想，所制備的產品色澤美觀，有雪花狀花紋的半透明固體，硬度大，燃燒時不流淌，燃燒時間為235s，燃燒殘渣少，制備成本低。

2.反應溫度對固體酒精質量的影響。按實驗步驟，保持工業酒精100mL與5g硬脂酸和適量的氫氧化鈉配比不變，待硬脂酸溶解后，控制滴加溫度分別為60℃、65℃、70℃、75℃、80℃實驗結果見表3-2。

由表3-2可以看出，開始滴加氫氧化鈉的混合溶液時，溫度控制在70℃較理想，產品質量最好。

3.氫氧化鈉的用量對固體酒精質量的影響。氫氧化鈉的用量主要影響產品的硬度、燃燒時流淌程度、燃燒后剩余殘渣的量。在不加無機鹽的情況下，在100mL酒精中加入5g硬脂酸，選用酚酞作指示劑，滴加溫度為70℃，實驗結果見表3-3。

由表3-3可知編號為2的實驗效果較好，產品的硬度適中，燃燒時間為234s，燃燒時不流淌，燃燒后殘渣少。氫氧化鈉過量越多，產品的硬度越大，燃燒后殘渣越多。

4.加入不同金屬離子對固體酒精質量的影響。實驗發現金屬離子的加入起了兩個很好的作用：其一改變了固體酒精的外觀色澤，其二改變了固體酒精燃燒時火焰的顏色。添加少量不同的無機鹽類可以改變固體酒精的外觀色澤和火焰顏色，按實驗步驟，保持水浴溫度在70℃時，分別一次性加入不同無機鹽溶液再反應5min后結束實驗。

四、結論

（1）通過單因素實驗，確定了酒精：硬脂酸：氫氧化鈉的最佳配比為97.2∶7.0∶1（質量比）。最佳水浴溫度為70℃。

（2）找到了能改變固體酒精顏色的無機鹽及有機染色劑。如硝酸銅，制備出藍色的固體酒精；氯化鐵，制備出黃色的固體酒精；高錳酸鉀，制備出深紫色的固體酒精；蘇丹紅，制備出紅色的固體酒精；酚酞，制備出紫色的固體酒精。

（3）找到了能改變固體酒精燃燒時火焰顏色的無機鹽離子。如氯化鈉，火焰顏色為黃色；氯化鈣，火焰顏色為磚紅色；碳酸鉀，火焰顏色為紫色。

（4）結合實驗特點，選用酚酞作為指示劑來確定硬脂酸與氫氧化鈉中和的終點。

（5）對于高中的學生，通過固體酒精的制備實驗，能夠有效地提高學生的實驗技能和學習興趣。

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