有機化學實驗中的幾個細節(jié)問題探討

王金權(quán)， 錢國慶， 王 鑫， 徐海青，高曉燕， 陳小芳， 陳曉娟， 程曉春

(1.淮陰工學院 化學工程學院，江蘇 淮安 223003； 2.江蘇省鹽化工新材料工程實驗室、凹土資源利用實驗室、特色資源開發(fā)與藥用研究重點實驗室，江蘇 淮安 223003)

0 引 言

有機化學實驗是與化學相關的各類專業(yè)必修的一門基礎實驗課程，是有機化學教學不可或缺的重要組成部分，為有機化學理論教學提供實驗支撐。有機化學實驗教學的目的是訓練學生的實驗操作技能，驗證有機化學理論教學中所學知識，培養(yǎng)學生選擇合理的有機合成方法和分離、鑒定手段，以及分析和解決實際問題的能力；同時也是培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的作風，實事求是、嚴格認真的科學態(tài)度與良好的工作習慣的一個重要環(huán)節(jié)。

在有機化學實驗教學實踐中，教學研究人員不斷地發(fā)現(xiàn)問題，不斷地尋找解決方案并付諸實踐，并取得了一系列成績。如強根榮等[1]研究將專題式教學法、翻轉(zhuǎn)課堂教學法、參與式教學法、基于網(wǎng)絡資源的PBL教學法等綜合運用到實驗教學過程中，明顯提高了實驗教學效果。楊振平等[2]研究了參與式教學法各個要素對有機化學實驗教學效果的影響，從而激發(fā)了學生學習的積極性，將學生的學習方式由被動轉(zhuǎn)為主動，顯著提高了課堂教學質(zhì)量。張紅素等[3]介紹了四川大學化學基礎實驗教學中心對基礎有機化學實驗教學內(nèi)容、教學方法和教學手段進行探索、改革與實踐的經(jīng)驗。李厚金等[4]將有機人名反應、優(yōu)秀的科研成果改編成新的實驗教學項目，同時增設了新的微型實驗、綠色實驗、原子經(jīng)濟反應實驗、全英實驗，顯著提高了有機化學實驗的教學效果。蔣衛(wèi)華等[5]以苯甲酸正丁酯的合成為例，將學、教、做、評四位一體的教學模式應用到有機化學實驗，有效地提高了實驗教學質(zhì)量。文獻[6-8]中從不同的角度對有機化學實驗教學存在的問題進行了探討，提出各自的見解并付諸實踐，且都取得了較為顯著的教學效果。

對于學生而言，有機化學實驗知識的準確性和可操作性是學習的基礎。若知識點不準確或不具有可操作性，則會讓學生學習時產(chǎn)生迷茫，不能提升學生的學習興趣和積極性。而在現(xiàn)有的有機化學實驗教材中，有相當一部分教材的部分實驗細節(jié)需要探討，值得商榷，如沸程測量中第1滴溫度與最后1滴溫度的界定表述不清，重結(jié)晶實驗中使用濾紙過濾實驗結(jié)果誤差大，以濃硫酸為催化劑制備乙酸乙酯易出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象等問題。

本文針對上述提及的3個問題進行深入探討，并提出切實可行的解決方案，在一定程度上提升有機化學實驗的教學質(zhì)量。

1 沸程測量中第1滴溫度的界定

1.1 沸程的定義

按照中華人民共和國標準GB/T 7534-2004《工業(yè)用揮發(fā)性有機液體沸程測定》規(guī)定，沸程的相關名詞定義如下：

初餾點——在標準條件下蒸餾，第1滴冷凝液滴從冷凝管末端滴下時觀察到的瞬間溫度。

干點——在標準條件下蒸餾，蒸餾瓶底最后1滴液體蒸發(fā)時觀察到的瞬間溫度。

沸程——初餾點與干點之間的溫度間隔。

標準GB/T 7534-2004中使用的蒸餾燒瓶和冷凝器示意圖如圖1所示。此示意圖使用的蒸餾燒瓶為一體式，蒸餾支管與冷凝管間幾乎是無縫對接。

圖1 GB/T 7534-2004規(guī)定的蒸餾燒瓶(左)和冷凝管(右)示意圖(mm)

1.2 現(xiàn)有教材對沸程的描述

在現(xiàn)有有機化學實驗教材中，許多教材對蒸餾實驗中的沸程介紹含糊不清。如吳美芳等[9]描述為：前餾分蒸出后，應該換上清潔的已稱量的接收瓶，接收需要的餾分，并記錄開始接收時的溫度和接收最后1滴的溫度，這個溫度區(qū)間即為餾分的沸程和沸點范圍，純粹有機化合物的沸程應為1～2 ℃。郭艷玲等[10]描述為：餾分的收集。記錄第1滴餾出液滴入接收瓶時的溫度并接收沸點較低的前餾分。當溫度升至所需沸點范圍并恒定時，更換另一接收瓶收集，并記錄此時的溫度范圍，即餾分的沸點范圍。王清廉等[11]描述為：前餾分蒸完，溫度趨于穩(wěn)定后，蒸出的就是較純的物質(zhì)，這時應更換一個潔凈干燥的接收瓶接收，記下這部分液體開始餾出時和最后1滴時溫度計的讀數(shù)，即是該餾分的沸程(沸點范圍)。關燁第等[12]描述為：前餾分蒸完，蒸出的就是較純的物質(zhì)，應更換一個潔凈干燥的接收瓶接收，當溫度穩(wěn)定后記下這部分液體開始餾出時和最后1滴時的溫度計的讀數(shù)，即是該餾分的沸程。高占先等[13]描述為：應當在實驗記錄本上記錄下第1滴餾出液滴滴入接受器時的溫度。唐玉海等[14]描述為：記下蒸餾出第1滴液體時的溫度和液體快蒸完時(2～3 mL)的溫度，兩次記錄的溫度范圍稱為待測液體的沸程。通過對現(xiàn)有文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)，僅有雷亞春等[15]關注了冷卻水對沸程變化的影響。

大部分教材在介紹蒸餾實驗裝置時，使用圖2(a)的示意圖進行介紹，該示意圖整體裝置及各部分裝置搭配都是正確的。但是，在實際實驗操作中，經(jīng)常使用的部分蒸餾儀器見圖2(b)。圖中的圈2部分與圖2(a)的圈1部分相對應，而圖2(b)中的圈2部分對應圖2(c)中的放大圖。由圖2(c)中可以看到，蒸餾頭支管口(圈3所示部分)與冷凝管的直管部分并不是無縫對接，而是有一定的距離d。另外，冷凝管接口部的直徑比冷凝管的直管部分的直徑大，導致接口部分與直管部分連接有一定的緩沖角度，見圖2(c)中圈4。

(a) 蒸餾實驗裝置示意圖

(b) 蒸餾裝置實物圖

1.3 實驗實際沸程的校正

在氣溫較低的冬天做蒸餾實驗時，如果不使用保溫裝置將整個蒸餾頭和冷凝管接口部位包裹住，第1滴冷凝液滴往往會從蒸餾頭支管口滴下，并在圖2(c)圈4區(qū)域積聚，直到液面高于冷凝管的直管部分，才會向冷凝管的下端流淌。若以冷凝管末端第1滴冷凝液滴滴下時的溫度為初餾點，則沸程變小。而在氣溫較高的夏天做蒸餾實驗，第1滴冷凝液滴往往會從冷凝管末端滴下，此時測量的沸程則為正常值。

因而，在普通的蒸餾實驗操作中，冬天沸程以蒸餾頭支管口滴下第1滴的瞬間溫度更為準確，夏天則以冷凝管末端滴下第1滴的瞬間溫度為準。

2 重結(jié)晶實驗中使用濾紙過濾實驗結(jié)果誤差大

在重結(jié)晶實驗中，將粗產(chǎn)品溶于熱溶劑后，需要過濾掉不溶的雜質(zhì)。唐玉海等[16]曾介紹，通過熱過濾裝置如熱水漏斗除去不溶物質(zhì)。這一裝置對于本科生而言，操作較為繁瑣。若用普通漏斗進行過濾(見圖3(a))，液體滴下速度慢，在室溫較低的冬天，因過濾時間較長，導致溶質(zhì)極易析出，從而封堵住濾紙孔道，進而使液體滴下速度更慢，最終使實驗的結(jié)果誤差很大。

其實，在教學中，可用脫脂棉替代濾紙，將脫脂棉輕輕封堵住漏斗錐形杯底(見圖3(b))，然后進行過濾，則液體可快速流下，雜質(zhì)可以全部被過濾掉。

(a) 濾紙漏斗

3 以濃硫酸為催化劑制備乙酸乙酯易出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象

在以濃硫酸為催化劑的乙酸乙酯制備中，加熱反應初始，反應液易出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象。其實，產(chǎn)生發(fā)黑的原因是：濃硫酸作為催化劑加入到反應試劑中，如不能混合均勻，則會使反應試劑局部過熱，此時進行快速加熱，則會導致有機試劑被濃硫酸碳化，從而發(fā)黑。

解決發(fā)黑現(xiàn)象可以采取以下方法：將濃硫酸與反應物充分攪拌或搖晃均勻，并讓其自然冷卻到常溫，或用自來水對燒瓶進行沖淋冷卻到常溫，然后再進行緩慢加熱反應即可。

4 部分產(chǎn)品制備分餾裝置中刺形分餾柱不宜太長

在部分產(chǎn)品如乙酰苯胺、環(huán)己烯等制備中，分餾裝置中的刺形分餾柱不宜太長，若太長(如30 cm)，天氣溫度較低時，蒸汽只會被空氣冷凝回流，很難分餾出來。經(jīng)實驗驗證，建議刺形分餾柱的長度在20～25 cm為宜。

5 結(jié) 語

有機化學實驗是門教學相長的課程，在教學過程中，教師要能夠不斷地對教學內(nèi)容進行大膽探討和創(chuàng)新，才能讓學生學到真知、新知。在教學過程中，教師還要能對教學內(nèi)容進行針對性地實驗性改革，才能讓學生靈活地掌握實驗技巧。