核心素養視角下的有機實驗復習——以酯類物質的分離提純為例

重慶 王 明 陳厚波

化學試題解答的思維過程通常如圖所示：

模型建構：從深入分析教材或者有意識的練習或大量練習中獲得。

證據推理：在題目中尋找解決本題的關鍵信息，即“題眼”。

模型修正：前面建構的模型并不一定完全適合本題，根據本題的特征對前面建構的模型做出適當修正。

歸納演繹、得出答案：利用題目中的數據、圖象等進行合理的推導和正確的計算，即得到題目解答。

思維過程的前兩步恰好是化學核心素養中的證據推理與模型認知。

經過較長時間的一輪復習，學生對高中化學的所有知識有了全盤的掌握。但是要能夠把這些零散的知識用于解題，還需要在老師的幫助或自己的歸納總結下建立起一系列的解題模型。實際教學中，筆者從教材入手，通過深入分析和思考，給學生示范了酯類物質分離提純的模型建構和證據推理，取得了很好的效果。

1.來源于教材的實際問題——模型認知

問題1：實驗室利用冰醋酸與無水乙醇在濃硫酸催化加熱下反應生成乙酸乙酯，如何從所得的反應混合物中分離出純凈的乙酸乙酯？

問題2：如何從實驗室制取溴苯的反應混合物中分離出純凈的溴苯？如何從制取硝基苯的反應混合物中提純硝基苯呢？

【解析】分離過程應為先將反應混合物水洗，除去其中混有的水溶性物質，特別是作催化劑的酸，然后加入飽和Na2CO3溶液，除去上一步殘留的酸性物質，問題2中應該用NaOH溶液洗滌；再次加入蒸餾水，除去上一步過量的鹽或者堿；最后將分離得到的有機層進行后續處理如蒸餾等，得到純凈的目標產物。

總結提煉后可建構出如下模型：

2.在考題中運用模型——證據推理

一個模型有沒有用處，需要在真實的試題環境中去檢驗。現列舉幾例賞析如下，需要說明的是由于篇幅所限都只分析了主要流程，對后面的具體問題未做深入探究。

【例1】(2014·全國卷Ⅰ·26節選)乙酸異戊酯是組成蜜蜂信息素的成分之一，具有香蕉的香味。實驗室制備乙酸異戊酯的反應、裝置示意圖和有關數據如下：

實驗步驟：

在A中加入4.4 g異戊醇、6.0 g乙酸、數滴濃硫酸和2～3片碎瓷片。開始緩慢加熱A，回流50 min。反應液冷至室溫后倒入分液漏斗中，分別用少量水、飽和碳酸氫鈉溶液和水洗滌；分出的產物加入少量無水MgSO4固體，靜置片刻，過濾除去MgSO4固體，進行蒸餾純化，收集140～143℃餾分，得乙酸異戊酯3.9 g。

【分析】本題年代稍顯久遠，但卻是這類題目的典例，很有必要深入分析！有機實驗原理和過程相對簡單，關鍵在于產品的分離提純，題目的重點設問也在反應混合物的分離提純。解決本題的關鍵在于搞清楚分離提純的過程，可圖示如下：

本題還需要說明的一點是，無機物中的常用干燥劑，比如濃硫酸、堿石灰等通常不用于對有機物的干燥。有機物的干燥劑通常選用無水鹽，如無水CaCl2、MgSO4、Na2SO4等，其中以無水硫酸鹽居多。

圖甲

圖乙

物質的部分物理性質如表所示：

物質相對分子質量密度/g·cm-3沸點/℃水溶性苯甲酸1221.27249微溶異丙醇600.7982易溶苯甲酸異丙酯1641.17218不溶

實驗步驟：

步驟Ⅰ.在干燥的儀器a中加入38.1 g苯甲酸、30 mL異丙醇和15 mL濃硫酸，再加入幾粒沸石；

步驟Ⅱ.加熱至70℃左右，保持恒溫半小時；

步驟Ⅲ.將儀器a中液體進行如下所示操作得到粗產品：

步驟Ⅳ.將粗產品用圖乙所示裝置進行精制。

【解析】題目解答的關鍵是對步驟Ⅲ的流程進行深入分析。

【例3】(2019·全國卷Ⅲ·27節選)乙酰水楊酸(阿司匹林)是目前常用藥物之一。實驗室通過水楊酸進行乙酰化制備阿司匹林的一種方法如下：

水楊酸 醋酸酐 乙酰水楊酸

水楊酸醋酸酐乙酰水楊酸熔點/℃157～159-72～-74135～138相對密度/(g·cm-3)1.441.101.35相對分子質量138102180

實驗過程：在100 mL錐形瓶中加入水楊酸6.9 g及醋酸酐10 mL，充分搖動使固體完全溶解。緩慢滴加0.5 mL濃硫酸后加熱，維持瓶內溫度在70℃左右，充分反應。稍冷后進行如下操作。

①在不斷攪拌下將反應后的混合物倒入100 mL冷水中，析出固體，過濾。

②所得結晶粗品加入50 mL飽和碳酸氫鈉溶液，溶解、過濾。

③濾液用濃鹽酸酸化后冷卻、過濾得固體。

④固體經純化得白色的乙酰水楊酸晶體5.4 g。

【分析】此題的關鍵在于明確操作的目的，仍然可以用到上面的模型。

上面的解題模型中把“第二次水洗”修正成了“濃鹽酸酸化”，使之更符合本題的處理流程。可以發現，模型并不是一成不變，在具體的試題情境中需要在證據推理的基礎上對模型進行合適的修正，但大的方向和環節和前述幾乎一致。

3.解題模型的深度運用

考試中最常見的是酯類物質的分離提純，我們歸納的模型也主要是針對與酯類物質有關的反應混合物的分離提純，不僅如此，很多其他有機反應混合物的分離提純都可以套用上述模型。

物質相對分子質量密度/g·cm-3熔點/℃沸點/℃溶解性AlCl3——190易升華遇水極易潮解并產生白色煙霧,微溶于苯苯780.88—81.1難溶于水,易溶于乙醇氯代叔丁烷92.51.85—51.6難溶于水,可溶于苯叔丁基苯1340.87—169難溶于水,易溶于苯

Ⅱ.如圖是實驗室制備叔丁基苯的裝置(夾持裝置略)：

在三頸燒瓶中加入50 mL的苯和適量的無水AlCl3，由恒壓漏斗滴加氯代叔丁烷10 mL，一定溫度下反應一段時間后，將反應后的混合物洗滌分離，在所得產物中加入少量無水MgSO4固體，靜置，過濾，蒸餾得叔丁基苯20 g。

(4)使用恒壓漏斗的優點是________________；

加入無水MgSO4固體的作用是________________。

(5)洗滌混合物時所用的試劑有如下三種，正確的順序是________(填序號)。

①5%的Na2CO3溶液 ②稀鹽酸 ③H2O

【分析】(4)恒壓漏斗的優點是便于溶液順利的滴下；無水MgSO4是有機實驗中常用的干燥劑。

(5)套用酯類物質分離提純解題模型：混合物→第一次水洗→堿洗(或鹽洗)→第二次水洗→有機層分離提純(干燥后過濾、蒸餾、重結晶、升華等)。

酸洗→抑制AlCl3的水解，如果不需要考慮水解問題，第一步水洗效果更好。

鹽洗→除去上一步過量的鹽酸。

水洗→除去上一步過量的鹽。

綜上所述，正確的加入順序應是反應混合物→②→①→③。