慎選鹵代烴消去反應實驗代表物

劉懷樂

摘要： 理論上，溴乙烷與強堿（NaOH或KOH）的乙醇溶液共熱，溴乙烷會發生消去反應生成乙烯。有數據表明，1-溴丙烷的沸點比溴乙烷的沸點高;1-溴丙烷比溴乙烷更容易發生消去反應。現行人教版高中《有機化學基礎》教材中，把1-溴丙烷改換成溴乙烷，以及由它所提供的實驗方案，經實驗證明，該方案在教學上不具有可操作性。

關鍵詞： 溴乙烷; 1-溴丙烷; 乙烯; 消去反應; 酸性KMnO4溶液

文章編號： 1005-6629（2019）5-0093-04 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

近10多年來，教學同仁關于溴乙烷發生消去反應的實驗探索，曾經發出過很多的議論。新近的一位探索者說[1]：“溴乙烷消去反應實驗是中學化學教學中的一個重要實驗，但又是一個很難做成功的實驗。”筆者很有同感，也是這個實驗的長期探索者。下面是筆者對這個實驗的若干次實驗探究和評說，希望對大家會有些裨益。

1 ?一個沒有理由可以回避的教學演示實驗

現行人教版高中《有機化學基礎》教材（選修5）第41頁有：

如果將溴乙烷與強堿（NaOH或KOH）的乙醇溶液共熱，溴乙烷會從分子中脫去HBr，生成乙烯。

CH2HCH2Br+NaOH乙醇CH2CH2↑+NaBr+H2O

教材還設計如下的實驗探究（見圖1）： 有人設計了如教材圖2-18所示的實驗方案，用酸性高錳酸鉀溶液是否褪色來檢驗生成的氣體是乙烯，并思考以下兩個問題。

（1） 為什么氣體通入酸性KMnO4溶液前，要加一個盛水的試管？起什么作用？

（2） 除酸性KMnO4溶液外還可以用什么方法檢驗乙烯？此時還有必要將氣體通入水中嗎？

教材有如此具體的教學要求，圖1所示的“氣體”顯然是乙烯，至于這種氣體的制法如何，那是教師課堂教學時沒有理由回避的教學演示實驗。記得2016年重慶市高中化學教師示范教學競賽展示課時，曾有10多位教師以溴乙烷發生消去反應為題進行比賽活動。參賽的結果表明，幾乎所有參賽教師都沒能把握好這個競賽課的實驗問題，不能自圓其說。

2 ?C2H5Br發生消去反應的理性分析

2.1 ?反應的溶劑因素

眾所周知，鹵代烷的取代反應與消去反應是一對互相競爭的反應。一般鹵代烴在消去和取代的競爭中，強堿性的乙醇溶液，有利于消去反應的進行，而強堿性的水溶液，則有利于取代反應的進行。為使烯烴產量增加，常常用降低溶劑的極性（如用乙醇）的辦法，以增加鹵代烷在溶液中的溶解性（所有鹵代烷都不溶于水）。這就是鹵代烷發生消去反應時為什么要在強堿性的乙醇溶液中進行的原因。

2.2 ?影響消去反應的結構因素和溫度因素

除了溶劑因素以外，影響鹵代烷消去反應的因素還有溫度、烷基的結構以及堿的強度[2]。 CH3CH2CH2Br與CH3CH2Br雖然同屬一級鹵代烷（伯鹵代烷），根據扎伊采夫規則[3]： 含氫原子較少的那個相鄰碳原子，比較容易失去它的氫原子。這就是從結構上講CH3CH2CH2Br比CH3CH2Br更容易發生消去反應的原因。再加上溫度因素，最終導致1-溴丙烷比溴乙烷更容易發生消去反應。

2.3 ?鹵代烷的個體差異

盡管鹵代烷在強堿的醇溶液中容易發生消去反應，但是個體因素差異很大。沸點較低的鹵代烷不容易在熱的堿性醇溶液中完成消去反應。如：

CH3CH2Cl ?12.3℃

CH3CH2Br ?38.4℃

CH3CH2CH2Cl ?46.6℃

CH3CH2CH2Br ?71.0℃

所以，鹵代烷發生消去反應在試劑的選擇上，選用沸點較高的CH3CH2CH2Br比CH3CH2Br要好。在熱的強堿性乙醇溶液中，一方面C2H5Br加熱時很難溶入，即使溶入了也會在未發生消去反應之前早已揮發逃逸殆盡了;另一方面，一般說來反應溫度是由溶劑的沸點決定的，在回流條件下，溫度是上不去的，只能停留在沸點38.4℃，使消去反應難以進行。因為結構相似的鹵代烴，高溫有利于消去，低溫有利于取代。1-溴丙烷沸點較高（71.0℃），反應溫度也相應提高，因此更容易發生消去反應。

3 ?酸性KMnO4溶液和Br2的CCl4溶液作為檢驗乙烯的試劑，值得審視

筆者設計了如下幾個簡單實驗，其現象頗耐人尋味，值得一做。

（1） 在酸性或堿性KMnO4溶液中，分別滴入幾滴酒精、溴乙烷，在不斷振蕩的條件下，可以觀察到有緩慢褪色的現象;如果稍微加熱，褪色現象會來得更快，更明顯。只不過前者褪成無色，后者由紫色變成淺綠色（K2MnO4）[4]。

（2） 把1滴管酒精（約1mL）注入10mL水中，配成體積比約為1∶10的酒精溶液，振蕩混勻，將這種稀的酒精溶液緩緩溫熱（見圖2），當瓶內蒸氣導入酸性KMnO4或堿性KMnO4溶液，也會看到有跟實驗（1）所呈現的褪色和變色（紫→綠）現象。

（3） 把用酒精浸淌過的燒瓶，按如圖3所示裝置，通過漏斗緩慢把水注入燒瓶，燒瓶中被排出的空氣（含有酒精蒸氣），也會使KMnO4的酸性溶液和KMnO4堿性溶液呈現與實驗（1）相同的褪色和變色現象。

堿性高錳酸鉀溶液2

（4） 具支試管里注入5mL水，再加入1滴管（約1mL）溴乙烷并放進50～60℃水浴燒杯中，一會可見導氣管導出的溴乙烷聚集在試管底（油珠狀），同時也會使酸性KMnO4溶液褪色（見圖4）。

KMnO4溶液褪色

（5） 兩個試管里，分別注入相同體積的淺黃色的Br2的CCl4溶液，用一個直角導管伸入其中一個試管的液面下，緩慢吹幾口空氣，觀察Br2的CCl4溶液的顏色有什么變化（與另一個試管比較）。可見空氣氣流也會帶走Br2的CCl4溶液中的Br2，呈現褪色的現象（見圖5）。

4 ?值得思考和審視的幾個問題

（1） 過去高中化學教材，只講鹵代烴的取代反應，沒講消去反應。自從高中化學使用（甲種本）以后的近40年間，增加了消去反應的內容。不過自2000年后的最近10多年中，鹵代烷的消去反應，將1-溴丙烷改成了溴乙烷。教師的教學演示實驗自然也改成了溴乙烷。問題是，教材何以要把容易發生消去反應的1-溴丙烷改換成不容易發生消去反應的溴乙烷呢？何以要把沸點較高的1-溴丙烷（沸點71.0℃），改換成沸點很低的溴乙烷（38.4℃）呢？

（2） 我們從許多科學家，大師、專家學者身上學習他們的科學思想和科學方法，即實事求是、科學嚴謹的思維和態度，平時體現在我們教學和實驗中的東西還真不少，例如： 乙醇與濃H2SO4共熱生成的氣體中，使酸性KMnO4溶液褪色的不僅有C2H4，還有乙醇蒸氣和SO2氣體。把上述5個簡單實驗放在一起聯想，本次溴乙烷的消去反應以及乙烯的檢驗的實驗，用酸性高錳酸鉀和溴水作為檢驗乙烯的試劑是否也值得審視呢？

其實，檢驗乙烯是不必用酸性高錳酸鉀溶液的，因為氧化性太強，會有一定干擾。參照某些經典實驗教材，檢驗乙烯的試劑是1%的高錳酸鉀水溶液（即中性高錳酸鉀稀溶液）或2%溴的CCl4溶液（即過去一般所說的溴水）。

（3） 教科書——教材是教師教學時必須遵循的“規矩”和“章法”，它們在法律上的合法性和在學術上的權威性，幾乎是毋庸置疑的。正是鑒于此，我們不少教師把教材神化了，真理化了。認為書上所講所做的實驗都是絕對真實的，甚至把它固化奉為真理。有時真的是教材錯了，也還以為是自己錯了。以溴乙烷的消去反應實驗為例，過去教材以1-溴丙烷為例講消去反應，就很少有人去想那溴乙烷是否也會發生消去反應;當教材把1-溴丙烷改為溴乙烷時，就去猜想1-溴丙烷發生消去反應會有什么不恰當的問題（不然教材為什么要改呢）。當發現溴乙烷難以實現消去反應時，也不回頭去想想這是不是教材在選材上有什么問題，即便全國數以萬計的化學教師在照本宣科、不求甚解;即便有少數實驗探究者在探究，甚至在不同的場合參與競賽、演示、發表文章，最終幾乎都以失敗而告終。從某種角度講這是教材編著者在選材上的一時疏漏所導致的結果，這難道不是我們教師以及教材編著者值得反思的嗎？

（4） 無論是1-溴丙烷還是溴乙烷的消去反應，真正參與實驗、實驗后再思考、思考后發出質疑的人太少，究其原因，恐怕是實踐者的科學精神有所欠缺。作為教師，既是知識的傳播者，也應該是知識的生產者，更是當然的研究者。做研究工作有兩點值得注意： 一是前人或今人都沒有注意到的，但又確實值得研究的問題;二是前人或今人沒有弄明白甚至沒有去研究的問題。前者為發現問題，后者為解決問題。當然，對溴乙烷在熱的強堿性乙醇溶液中，不是一點都沒有發生消去反應，而是不宜把它取材作為演示實驗，不然就會把鹵代烴發生消去反應大大地泛化。當我們認清了溴乙烷如此的個性特征： 沸點僅有38.4℃時，于是一切都明白了。從這個角度講，我們的實驗探索精神，還是欠缺的。

（5） 至此，我們明白了學科教材內容的最大特點，不在乎它的高、尖、新，更多地在于它的繼承性和教材內容選擇上的合理性。對于鹵代烷消去反應典型代表物教學實驗的選擇，我們教材的編著者們，似乎缺少點實際的參與和了解，竟放棄了曾經使用多年的1-溴丙烷，代之以不切實際的溴乙烷（沸點僅38.4℃），進而還在“科學探究”中進行不切實際的實驗設計、檢驗乙烯、提出思考與交流。試想這能不出問題嗎？最近10多年來，成千上萬的實際參與者（教師），在溴乙烷與NaOH（KOH）的乙醇溶液共熱發生消去反應的“實驗創新”上屢試不爽，幾乎次次都以失敗告終，到頭來多數實驗者還認為這是自己的錯。這種負面影響我們有理由歸究于教材內容選擇上的疏漏所致，這應當是值得吸取的歷史教訓。

參考文獻：

[1]蒯文藝、 蒯世定. 溴乙烷消去反應的創新實驗[J]. 中學化學教學參考， 2018， （6）： 49.

[2]邢其毅. 有機化學基礎[M]. 北京： 高等教育出版社， 1965： 86.

[3]蘇企洵編. 有機化學[M]. 北京： 人民教育出版社， 1960： 67.

[4]北京師范大學無機化學教研室主編. 無機化學（下冊）[M]. 北京： 高等教育出版社， 1997： 867.