增加對(duì)比實(shí)驗(yàn) 注重對(duì)比分析
——記對(duì)乙烯化學(xué)性質(zhì)的探究性學(xué)習(xí)

向太平

(湖北省恩施自治州高級(jí)中學(xué) 445000)

一、問題的提出

按人教版高二《化學(xué)》“乙烯 烯烴”演示實(shí)驗(yàn)要求，將用10%的氫氧化鈉溶液除雜凈化后的乙烯氣體通入酸性高錳酸鉀溶液，觀察到現(xiàn)象：酸性高錳酸鉀溶液由紫紅變?yōu)闊o色；分析可知：酸性高錳酸鉀溶液褪色是乙烯被酸性高錳酸鉀氧化的結(jié)果.將乙烯氣體通入用CCl4萃取溴水所得的溴的四氯化碳溶液，觀察到現(xiàn)象：溴的四氯化碳溶液也褪色了.問其褪色原因時(shí)學(xué)生幾乎異口同聲地回答道：乙烯被溴氧化了.為實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自然過渡，筆者決定將這兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)重新設(shè)計(jì)演示，對(duì)其現(xiàn)象進(jìn)行分析對(duì)比，帶領(lǐng)學(xué)生一同探究，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自然過渡和對(duì)反應(yīng)機(jī)理的深入了解.

二、重新設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)，側(cè)重現(xiàn)象對(duì)比分析

1.乙烯通入酸性高錳酸鉀溶液現(xiàn)象的再分析

[實(shí)驗(yàn)1]將凈化后的乙烯通入3mL 0.05%的中性高錳酸鉀溶液，觀察現(xiàn)象.

[實(shí)驗(yàn)2]將凈化后的乙烯通入3mL 0.05%的用硫酸酸化的高錳酸鉀溶液，觀察現(xiàn)象.

[現(xiàn)象描述]兩個(gè)實(shí)驗(yàn)溶液均褪色，但[實(shí)驗(yàn)1]褪色較慢，靜置后有棕黑色物質(zhì)生成.同時(shí)溶液不分層.

[學(xué)生分析]兩個(gè)實(shí)驗(yàn)溶液沒有分層，乙烯被中性或酸性高錳酸鉀氧化后生成的有機(jī)物的水溶性較好.

10HCOOH+8MnSO4+4K2SO4+12H2O

乙烯遇到中性及堿性高錳酸鉀溶液，當(dāng)試劑不足量時(shí)，乙烯的氧化產(chǎn)物是乙二醇；當(dāng)試劑過量時(shí)，則得到甲酸.高錳酸鉀被還原成二氧化錳.反應(yīng)化學(xué)方程式為：

6HCOOH+8MnO2+8KOH

2.乙烯通入溴的四氯化碳溶液現(xiàn)象的再分析

[實(shí)驗(yàn)3]將凈化的乙烯通入溶有溴的四氯化碳溶液中，觀察現(xiàn)象.

[教師提問]酸性高錳酸鉀溶液一樣褪色了，我們知道溴單質(zhì)或溴水具有一定的氧化性，那么該反應(yīng)到底發(fā)生了是氧化反應(yīng)還是別的反應(yīng)呢？

[改進(jìn)實(shí)驗(yàn)4]取5mL 3%的溴水，加入4mL CCl4,適度振蕩，讓一定量溴單質(zhì)被CCl4萃取，溶溴的有機(jī)層呈橙色.用一根橡皮筋標(biāo)出有機(jī)層與無機(jī)層之間的分界線，再用另一根橡皮筋標(biāo)出溶液總高度.然后將凈化的乙烯從試管底部長(zhǎng)時(shí)間的通入，觀察現(xiàn)象.

[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]溶有溴的四氯化碳有機(jī)層溶液褪為無色，上層溴水無機(jī)層也褪為無色.仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)有機(jī)層明顯增多，其分界線高于原橡皮筋的標(biāo)高.無機(jī)層的相對(duì)高度無明顯變化.充分振蕩，現(xiàn)象無明顯變化.

[學(xué)生分析]溶有溴的四氯化碳層褪色，溴水層也褪色了，如果是因?yàn)橐蚁┍谎趸耍瑥那懊娴难趸磻?yīng)現(xiàn)象及產(chǎn)物分析，生成的有機(jī)物乙二醇或羧酸是易溶于水，有機(jī)層不會(huì)明顯升高.由此可知，溶在四氯化碳中的溴單質(zhì)與乙烯生成了不溶于水的無色有機(jī)物.

[教師講解]溶于四氯化碳中的溴單質(zhì)與乙烯發(fā)生了另外一種反應(yīng)，即加成反應(yīng)，生成了1,2-二溴乙烷，反應(yīng)化學(xué)方程式為：

1,2-二溴乙烷是一種無色透明液體，微溶于水，能與乙醇、乙醚、四氯化碳等多種有機(jī)溶劑混溶.熔點(diǎn)為9.79℃，沸點(diǎn)為131.4℃，相對(duì)密度為2.1791(20℃).

至此，通過氧化反應(yīng)與加成反應(yīng)現(xiàn)象的對(duì)比分析，學(xué)生理解并接受了溶于四氯化碳中的溴與乙烯是發(fā)生了加成反應(yīng)，生成了1,2-二溴乙烷.雖與氧化反應(yīng)的現(xiàn)象相同，但本質(zhì)不同.

三、乙烯與溴水反應(yīng)機(jī)理的探究

1.增加乙烯與溴水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，分析對(duì)比明了反應(yīng)機(jī)理

[學(xué)生提問]在上述對(duì)比實(shí)驗(yàn)演示中，通入的乙烯氣體也使試管中上層溴水褪色了，乙烯與溴水的反應(yīng)是加成反應(yīng)還是氧化反應(yīng)呢？教材第111頁如此描述：烯烴也可以使溴水褪色，因此常用溴水代替溴的四氯化碳溶液來檢驗(yàn)烯烴.

[教師反思]老教材中一直沿用加成反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)是將乙烯通入溴水，為什么新教材現(xiàn)在改為將乙烯通入溶溴的四氯化碳溶液中，難道乙烯通入溴水不是加成反應(yīng)？是因?yàn)殇逅难趸暂^強(qiáng)，發(fā)生了氧化反應(yīng)？

[實(shí)驗(yàn)5]將凈化的乙烯通入的10 mL 3%的溴水中，觀察現(xiàn)象.溴水褪色，但溶液未見分層.

[師生分析]溶液未見分層，說明乙烯與溴水反應(yīng)生成的有機(jī)物具有較好的水溶性，未生成難溶于水的1,2-二溴乙烷，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與前面描述的乙烯被酸性高錳酸鉀氧化現(xiàn)象高度一致.

[教師反思]此時(shí)所有學(xué)生均一致認(rèn)為乙烯與溴水發(fā)生了氧化反應(yīng)，生成水溶性較好的乙二醇或酸，所以溶液未見分層.

[查閱資料解惑]通過查閱相關(guān)資料，從中找到了答案.

乙烯與溴水加成反應(yīng)的主要產(chǎn)物為2-溴乙醇，用1%溴水時(shí)，1,2-二溴乙烷的質(zhì)量?jī)H占總質(zhì)量的6.2%.隨著溴水濃度增大，1，2-二溴乙烷所占比例也略有增加，但即使用飽和溴水，1，2-二溴乙烷的比例也僅為10.2%.而生成的2-溴乙醇為無色或淺黃色液體能與水混溶，固未見生成的有機(jī)物分層.

反應(yīng)機(jī)理為：乙烯與溴水的反應(yīng)是加成反應(yīng)，反應(yīng)分為兩步進(jìn)行：

第一步：

第二步：

CH2BrCH2OH+H+

反應(yīng)過程中，水的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過溴負(fù)離子的濃度，所以溴鎓離子主要與水分子反應(yīng)，主要生成2-溴乙醇.

2.新教材將乙烯與溴水反應(yīng)改為溶溴四氯化碳溶液的原因

通過對(duì)以上問題的探究，學(xué)生終于明了為什么新教材將此實(shí)驗(yàn)改為溴的四氯化碳溶液.因?yàn)樵诮榻B乙烯性質(zhì)時(shí)需引入加成反應(yīng)這個(gè)概念，而用溴水實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象容易混淆，且傳統(tǒng)教材中介紹的加成反應(yīng)生成了1,2-二溴乙烷，不符合實(shí)驗(yàn)事實(shí).改為溴的四氯化碳溶液，反應(yīng)產(chǎn)物僅為1,2-二溴乙烷，新教材實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)更符合自然學(xué)科的科學(xué)性原則和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的直觀性原則，排除了易混淆因素，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度.