乙烯性質實驗的再改進

應春曉

摘要： 從藥品配置（乙烯利制乙烯）、實驗原理、微型化裝置三個方面對蘇教版《化學2》中的乙烯性質實驗作改進，通過多次試驗探究影響改進實驗效果的各個因素，充分挖掘該實驗的探究價值和知識價值，加強了對學生化學學科素養的培養。

關鍵詞： 乙烯利制乙烯; 乙烯性質實驗; 實驗改進

文章編號： 10056629（2019）4006903中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

蘇教版中乙烯的性質實驗安排在化學2專題3第一單元第二節“石油煉制乙烯”的“活動與探究”欄目中，實驗內容如下： （1）把乙烯氣體通入酸性高錳酸鉀溶液中;（2）把乙烯氣體通入溴的四氯化碳溶液中。我們可以看到： （1）教材中沒有提供乙烯的制法。實驗室中常采用乙醇和濃硫酸共熱制得乙烯，《有機化學基礎》（選修）中采用在催化劑五氧化二磷或氧化鋁作用下加熱乙醇制乙烯。這些制法都具有需要加熱、副產物多、實驗耗時長等特點，不利于學生實驗的開展[1]。（2）教材中的實驗只能證明乙烯和溴、高錳酸鉀可以反應，但其原理大多是通過教師從理論的角度去講授，學生初學有機反應普遍覺得比較抽象、難以接受。（3）教材中沒有給出實驗裝置。因此，有必要對教材原有實驗進行再改進。

1 實驗改進方案

1.1 乙烯利制乙烯的藥品配置

彭梭等[2]采用25%乙烯利溶液和氫氧化鈉固體反應制乙烯。該制法不需要加熱，且可以快速地獲得較多高純度乙烯，使學生實驗具有了安全性和可操作性。其反應原理如下：

但此方法不適用于本文采用的微型化裝置。因為，乙烯利和氫氧化鈉反應會放出大量的熱，導致反應過于劇烈，使得反應液很容易沖出容積僅為10mL的反應瓶。因此，須對該制法的藥品配置作改進，具體方案見下文各表。

1.2 增加反應原理探究

研究者對乙烯實驗的改進，多數以反應藥品改進[3]、催化劑和脫水劑改進[4]、實驗裝置改進[2]這三個方向為主，很少涉及反應原理探究。本改進設計了探究其反應原理的實驗，可以使學生更加深刻地認識到乙烯和溴、酸性高錳酸鉀反

應的本質。實驗內容及其原理如下：

（1） 將乙烯和酸性高錳酸鉀反應后產生的氣體通入澄清石灰水中，如發現其變渾濁，則可以證明乙烯被酸性高錳酸鉀氧化成二氧化碳，從而證明該反應是氧化反應。

（2） 將乙烯和溴反應后產生的氣體先通入四氯化碳再通入硝酸酸化的硝酸銀溶液中，如發現無渾濁現象，則證明沒有溴化氫生成，說明該反應原理不同于烷烴與鹵素發生的碳氫鍵斷裂的取代反應，從而引入新的有機反應類型——加成反應。

（說明： 溴化氫的檢驗不能在反應后的溶液中加硝酸酸化的硝酸銀，因為溴化氫難溶于四氯化碳而易揮發出來，也不能將產生的氣體直接通入硝酸酸化的硝酸銀溶液中，因為溴蒸氣也容易揮發出來與水反應生成氫溴酸對結果造成干擾。因此，筆者先將反應產生的氣體通入四氯化碳除去溴蒸氣，再通入硝酸酸化的硝酸銀溶液中檢驗溴化氫。）

1.3 微型化反應裝置

本實驗采用圖1裝置進行實驗。該裝置操作簡單，特別適用于學生實驗。課前用一次性輸液針管將6個西林瓶（有膠塞的注射劑瓶）的橡膠塞按圖1連接好，課堂上只需在瓶中加入相應試劑，蓋上連接好的橡膠塞，再用注射器加入乙烯利溶液，反應即可開始。反應結束后只需打開橡膠塞更換瓶中的試劑即可進行重復實驗。同時該裝置還具有以下優點： 微型化設計可以節約試劑、減少反應時間;注射器可調節反應進程，防止反應過于劇烈;充分考慮了防倒吸，安全可靠;無環境污染。

2 儀器和試劑

10mL量筒、一次性輸液針管、5mL注射器、10mL西林瓶

40%乙烯利溶液（網購）、氫氧化鈉、0.01%酸性高錳酸鉀溶液、澄清石灰水、5%溴的四氯化碳溶液、四氯化碳、0.1mol·L-1硝酸酸化的硝酸銀溶液

3 實驗的操作步驟及實驗現象

按圖1安裝儀器檢查其氣密性后添加相應的試劑。實驗1： 打開開關1，關閉開關2，將注射器中的乙烯利溶液（每次定量1mL）加到氫氧化鈉濁液中，觀察酸性高錳酸鉀溶液的顏色變化和澄清石灰水有無渾濁;實驗2： 打開開關2，關閉開關1，觀察溴的四氯化碳溶液顏色變化和硝酸酸化的硝酸銀有無渾濁。

4 實驗數據及分析

實驗過程中發現以下幾個因素可以影響實驗效果。

4.1 氫氧化鈉與水的質量比

4.2 氫氧化鈉濁液用量

4.3 酸性高錳酸鉀、溴的四氯化碳溶液用量

由表3可知： 酸性高錳酸鉀溶液的量選擇1.5mL為宜，量太少或太多都會導致實驗耗時過長。量太少耗時長可能的原因是： 二氧化碳的生成量減少，使得氣流中二氧化碳濃度降低，導致二氧化碳與石灰水的反應速率降低而增加實驗耗時;量過大而耗時長可能的原因是： 氣流經過高錳酸鉀溶液時溫度降低，或者因溶解損失增加而減少了二氧化碳的逸出量，使得二氧化碳與石灰水的反應速率降低而增加實驗耗時。溴的四氯化碳溶液用量越大實驗耗時越大，但其用量并不一定越少越好。應保證假設乙烯和溴發生取代反應生成溴化氫的量，可以被0.1mol·L-1硝酸銀溶液檢測到。計算過程如下：

假設溴的四氯化碳溶液用量為1mL，溴的四氯化碳溶液密度約為1.5g·mL-1，可計算出1mL 5%溴的四氯化碳溶液中，m（Br2）=1mL×1.5g·mL-1×5%=0.05g， n（Br2）=0.05g÷160g·mol-1=3×10-4mol，則進入3mL硝酸銀溶液中的n（HBr）=n（Br-）=3×10-4mol， c（Br-）=0.1mol·L-1，則c（Br-）×c（Ag+）=0.1×0.1=×10-2，遠遠大于Ksp（AgBr）=5.0×10-13。因此，溴的四氯化碳溶液用量可以用1mL，甚至在操作方便、實驗現象明顯的前提下可以更少。

另外，需要指出的是，乙烯的氣流快慢，也會影響實驗耗時。乙烯利與氫氧化鈉反應越劇烈，氣體溫度就越高、氣流越快，反應速率也就越快。筆者在做酸性高錳酸鉀溶液、溴的四氯化碳溶液的用量影響實驗耗時的實驗時，都采用一次性加1mL乙烯利溶液（不振蕩）的方法，以盡量排除這個因素的干擾，但并不能保證百分百無干擾，因此筆者提供的實驗耗時數據可能存在一些誤差。

5 結語

乙烯可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，反應后的氣體可以使澄清石灰水渾濁;乙烯也可以使溴的四氯化碳溶液褪色，反應后的氣體（除去溴蒸氣）不能使硝酸酸化的硝酸銀變渾濁。因此，本改進實驗可以達到探索乙烯反應原理的教學目標;本實驗一般在3分鐘之內即可完成，適合課堂上學生分組實驗的開展;本實驗單次消耗的試劑： 氫氧化鈉濁液用量1mL，乙烯利溶液1mL，酸性高錳酸鉀溶液1.5mL，石灰水2mL，溴的四氯化碳溶液1mL。試劑用量小，污染少，符合綠色化學要求。

參考文獻：

[1]陸金華. 乙烯實驗室簡易制法的探究[J]. 中學生數理化， 2014， （5）： 14～15.

[2]彭梭， 劉延婷， 陳肖宇， 王后雄. 乙烯的實驗室制備及性質檢驗的實驗改進[J]. 化學教育， 2016， 37（13）： 50～52.

[3]張潔心. 實驗室制備乙烯氣體的改進方法[J]. 實驗教學與儀器， 2013， （12）： 34～35.

[4]張熙. 乙醇脫水制乙烯： 堿性氧化物能否作催化劑[J]. 化學教學， 2013， （1）： 60～62.