晴天丶晒裤衩
题目:探索溴乙烷消去反应的最佳条件
姓名:张磊
学院:化学化工学院
班级:化学0901
导师:吕琳
时间:2012年6月
扬州大学本科生探究性实验设计
目录
一、前言…………………………………………………………1 二、实验部分……………………………………………………1 三、结果与讨论…………………………………………………2 四、结论…………………………………………………………4 五、参考文献……………………………………………………4
扬州大学本科生探究性试验设计
一(前言
苏教版高中化学《有机化学基础》中，在“卤代烃的性质”这一节中安排了卤代烃的消去反应的演示实验:5mL溴乙烷和15mL饱和KOH乙醇溶液，加热，如发现有气体放出，尝试采用排气法收集气体。作者意图是溴乙烷在饱和氢氧化钾乙醇溶液中发生消去反应生成乙烯。但事实上按照书上的操作几乎收集不到乙烯气体。针对这一实验进行思考发现以下几个问题:(1)溴乙烷和饱和KOH乙醇溶液为何是1:3,(2)教材上直接用酒精灯加热，温度多少最为合理,(3)收集到的气体一定是乙烯吗,(4)根据溴乙烷的性质和消去反
)实验的装置是否能有所改进, 应机理溴乙烷是否适合做卤代烃消去反应的演示实验,(5
二(实验部分
一、实验目的:
1.开发学生的质疑能力和发现水平，引导学生运用化学知识和自己的想象力对一些已有的知识进行改进和创新;
2.探究溴乙烷消去反应的最佳条件。
3.探究溴乙烷消去反应的简易装置。
二、实验原理:
溴乙烷在饱和氢氧化钾乙醇溶液中发生消去反应生成乙烯。
方程式CHCHBr=CH=CH?+HBr 3222
三、实验仪器及药品:
1.仪器:400ml烧杯(1只)、250ml烧杯(1只)、玻璃棒、大试管(1只)，洗气瓶(1个)，电炉(1只)，直导管(若干)，弯导管(若干)，单孔塞(1只)，双孔塞(1只)，铁架台(1只)，水槽(1个)，量筒(1只)，试管(1支)，沸石(若干)
2.药品: 溴乙烷、无水乙醇、氢氧化钾、高锰酸钾，0.1mol/L硝酸银溶液 四、实验步骤:
(一)饱和氢氧化钾乙醇溶液的制备
有研究者曾经测试过沸腾时的氢氧化钾与氢氧化钠乙醇溶液的沸点及该温度下的溶解度:饱和氢氧化钾乙醇溶液的沸点为116 ?，在沸腾时的溶解度为47.6 g/100 mL乙醇。
用天平称取50g氢氧化钾固体于250mL烧杯中，加入100mL无水乙醇，用玻璃棒不断搅拌。并将烧杯放在石棉网上用电炉加热，至固体几乎全部溶解，冷却一段时间后备用。 (二)溴乙烷的消去反应实验
先按如图所示的装置图搭好装置，在水槽，洗气瓶，
烧杯中分别加入适量的水。根据之前提出的问题分两组进
行实验:
1
扬州大学本科生探究性试验设计
第一组:保持反应物的量和体积比一致(按教材上的溴乙烷和饱和氢氧化钾乙醇溶液
oo1:3)，探究在不同温度下对卤代烃消去反应实验的影响，控制水浴温度分别为:30C，50C，ooo70C，90C，100C;
第二组:保持反应的温度一定改变反应物的比例，探究溴乙烷和饱和氢氧化钾乙醇溶液的体积比对卤代烃消去反应实验的影响，控制体积比分别为:1:1， 1:2， 1:3，1:4;
等到水浴达到所需的温度时，将已确定的一定量的反应物和数颗沸石迅速加入到大试管中并塞好单孔塞，放置到大烧杯中进行反应。
气体收集时:用量筒装满水倒扣在水槽中，用排水法收集气体;
气体检验时:把弯管换成直管，直接插入装用少量高锰酸钾溶液的试管中观察是否变色。
无论在收集气体还是进行气体检验结束后，取大试管中少量剩余液体加稀硝酸至酸性，再滴加硝酸银溶液，观察现象。
三(结果与讨论
实验过程中的现象见表1、2。
表1 不同温度下对卤代烃消去反应实验的影响
(溴乙烷5ml，饱和氢氧化钾乙醇溶液15ml)
o30 50 70 70 90 90 100 100 温度/C
0.0 0.0 15.0 \ 20.5 \ 18.2 \ 气体体积/ml
\ \ \ \ \ 最多能使高锰小于3 约19 约15 酸钾溶液褪色
的体积/ml
剩余反应物加有白色有白色有白色有白色有白色有白色有白色有白色入硝酸和硝酸沉淀生沉淀生沉淀生沉淀生沉淀生沉淀生沉淀生沉淀生
银 成 成 成 成 成 成 成 成
o在确定控温的温度时，查资料得溴乙烷沸点较低约38.4C，而饱和氢氧化钾乙醇溶液
2
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o的沸点为116C，从反应的剧烈程度、充分程度和危险程度三个方面综合考虑确定了以上的控制温度。
表1反映了温度对溴乙烷消去反应的影响:在温度低于70?时虽然没有气体产生，但实验中仍有白色沉淀生成，所以在低温时它们也能发生反应但并非是消去反应或消去反应
o程度太小;在70C以上消去反应速度比较快，因为有气体生成并且使高锰酸钾溶液褪色;在90?左右是反映的最佳温度，因为能使较多的高锰酸钾溶液褪色;当温度再高可能发生其他副反应而是消去反应减弱。
表2 体积比对卤代烃消去反应实验的影响
o (T=90C，溴乙烷5ml)
体积比 1:1 1:1 1:2 1:2 1:3 1:3 1:4 1:4
10.3 \ 15.0 \ 20.5 \ 15.8 \ 反应物体积/ml
\ \ \ \ 最多能使高锰小于约7ml 约19ml 约
3ml 17ml 酸钾溶液褪色
的体积/ml
剩余反应物加有白色有白色有白色有白色有白色有白色有白色有白色入硝酸和硝酸沉淀生沉淀生沉淀生沉淀生沉淀生沉淀生沉淀生沉淀生
银 成 成 成 成 成 成 成 成
表2反映了体积比对卤代烃消去反应实验的影响:溴乙烷和饱和氢氧化钾乙醇溶液体
-积比1:3是反应的最佳比例，CHO 浓度太大或太小，消去反应就会减弱，生成的乙烯气25
体有所减少。
在实验进行中的一些发现和改进:
(1)有关饱和氢氧化钾乙醇溶液的配制
氢氧化钾固体在乙醇中的溶液度虽然不是很小，但在溶解过程中则特别不易，在加热，搅拌的情况下仍然需要相当长的时间才能溶解;另一个问题，在氢氧化钾溶解时，随着时间的延长，溶液会变成棕黄色，笔者猜测是发生了化学反应生成了乙醇钾。在实验时，用所配制的棕黄色的溶液仍能够是反应发生，加上考虑到实验中所用到得饱和氢氧化钾乙醇溶液的强腐蚀性的危险、配制时的困难和反应的机理，认为可以尝试用乙醇钾(金属钾和
3
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乙醇反应制的)来替代饱和氢氧化钾乙醇溶液，因为这样既可以增强试剂的碱性, 又能够保持溶剂较小的极性从而有利于溴乙烷的消去反应。
(2)有关选择溴乙烷进行消去反应的讨论
很多资料上说溴乙烷沸点太低，在进行消去反应时很容易发生暴沸而大量气化，从而使乙烯的产量大大降低，认为应该选用高沸点的卤代烃。对于这一点笔者不敢苟同，易发生暴沸也不一定是缺陷。溴乙烷和饱和氢氧化钾乙醇溶液是互不相溶的两种液体，所以反应时常受接触面积大小的限制而导致反应不完全，乙烯产量下降。所以暴沸可以使溴乙烷和饱和氢氧化钾乙醇溶液发生充分的接触而大大提高乙烯的产率，但溴乙烷的大量气化也是不得不关注的问题，所以可以改进实验装置，通过延长大试管上直导管的长度(或在上面捂上冷的、湿的抹布)使它起到冷凝回流的效果，但又不能太长，会导致乙烯气体“跑”不出来。
四(结论
根据实验可以得到以下结论:卤代烃和饱和氢氧化钾乙醇溶液发生消去反应的最佳条件是选用的卤代烃应为溴乙烷，碱可以尝试用乙醇钾，水浴控制反应温度在90?左右，反应物的体积比(溴乙烷:饱和氢氧化钾乙醇溶液)为1:3。
实验装置的改进:用水浴进行加热，用长导管增加冷凝回流，反应时加沸石有利于暴沸而充分接触。
五(参考文献
[1] 陆海燕,吴伟. 对卤代烃消去实验中几个问题的思考与探索[J].化学教学,2010(4):74-75. [2] 方钰绽. 卤代烃发生消去反应实验的探索[J].化学教学, 2011(6):49. [3] 杨广斌. 溴乙烷消去反应制乙烯实验的改进[J].化学教育, 2012(2):67. [4] 王祖浩，吴星(普通高中化学课程标准实验教科书《有机化学基础》[M](南京:江苏教育出版社，2009:62(
[5] 刑其毅，裴伟伟，徐瑞秋等.基础有机化学(上册)(第三版)[M].北京:高等教育出版社.2005:291.
[6] 王金龙. 溴乙烷消去反应的实验探究与反思[J].化学教育, 2009 (2): 62. [7] 秦丙昌,张贺飞,陈传战.溴乙烷与氢氧化钠或氢氧化钾乙醇溶液反应的研究[J].化学教学.2002(6):13.
4
溴乙烷消去反应实验条件探究溴乙烷消去反应实验条件探究
溴乙烷消去反应实验条件探究溴乙烷消去
反应实验条件探究
摘要:以反应的机理入手,在前人研究的基础上,从反应物的剂量、加热速率、反应温度及不同碱的影响等方面对溴乙烷消去反应实验进行了探究。
关键词:消去反应;产率;快速加热;反应温度;反应剂量
文章编号:1005-6629(2009)08-0044-02中图分类号:G633.8文献标识码:C
普通高中各版本的新课标化学教材――《有机化学基础》(选修)均涉及了溴乙烷与KOH(或NaOH)乙醇溶液共热生成乙烯的反应,但很多老师反映难以成功,也有些老师因省去了气体的水洗装置,或是因为水洗不充分,也能致使混合气体中含有乙醇蒸汽使酸性高锰酸钾溶液(或溴水中)褪色,从而以为实验取得了成功。由此笔者对该实验进行多方面的研究,找到了合适的实验条件和实验方法。
1 反应机理
大学教材《有机化学》[1]中指出,卤代烃的消除反应(高中教材称之为消去反应)属于双分子消除反应(E2),它与双分子亲核取代反应(SN2)很相似,它们的不同之处在于,SN2反应
1
中亲核试剂进攻是α-碳原子,而在E2反应中亲核试剂进攻的是β-氢原子。因此,消除反应和取代反应是相互竞争、相互伴随发生的。
在该教材的第207页叙述了卤代烃的消除反应和取代反应的影响因素,指出反应物中α-碳支链增多、亲核试剂的碱性增强、升高温度、弱极性溶剂等均有利于消除反应的进行。从结构来看,溴乙烷容易发生取代反应而不易发生消除反应,在《基础有机化学》[2]中提到,溴乙烷于55 ?时,在乙醇钠的乙醇溶液中发生取代反应的产物的百分比为99 %,而消除反应产物仅为1 %。
由此可知,溴乙烷与氢氧化钾乙醇溶液发生的主要是取代反应,消去反应的比例很小,因此要从反应温度、氢氧化钾乙醇溶液的浓度及反应物的充分利用上,提高乙烯的产量。
2实验探究
基于以上分析,笔者从不同种类碱的影响、加热升温的速度、反应的温度等方面对该实验进行反复研究的基础上,设计了如下的装置(图1)。
与教材相比,笔者从以下几个方面对实验作进一步改进:
?用较长的导气管,以增加冷凝回流的效果;
?快速加热反应物(调大酒精灯火焰),加快反应速率,同时减少消去反应发生之前溴乙烷的挥发;
?增加反应物剂量。溴乙烷与乙醇的体积1?3,溴乙烷15
2
mL,无水乙醇45 mL,氢氧化钾固体21.42 g(在沸腾时恰好饱和)。有研究者[3]曾测试过沸腾时氢氧化钾与氢氧化钠乙醇溶液的沸点及该温度下的溶解度:饱和氢氧化钾乙醇溶液沸点为116 ?,在沸腾时的溶解度为47.6 g/100 mL乙醇;而饱和氢氧化钠乙醇溶液沸点仅为85 ?,在沸腾时的溶解度仅为10.0 g/100 mL乙醇。因此,用氢氧化钾比氢氧化钠效果要好,适当增加氢氧化钾乙醇饱和溶液的量,有利于提高反应体系的共沸温度。
本实验所用药品:酸性高锰酸钾浓度0.01 %,高锰酸钾、氢氧化钾、无水乙醇、溴乙烷均为分析纯。
实验的过程与现象如表1所示:
(*说明:试管1,7各均为3 mL 0.001 %的酸性高锰酸钾,当一支试管中溶液完全褪色后,更换另一试管。)
现象分析与结论:
?上述实验条件下,溴乙烷需80 ?以上才能发生明显的消去反应,从酸性高锰酸钾的褪色速度看,比较适宜的反应温度大致为90 ?,110 ?,在该范围,温度越高,产生乙烯的速率越快。如果加热速度过慢或冷凝效果差,溴乙烷在65 ?左右就有可能完全蒸发进入洗气瓶,导致实验失败。
?从实验中酸性高锰酸钾的褪色情况及各次实验后洗气瓶中被冷凝油状液体的体积可知,该装置的回流效果比较好。若能加快加热的速度,洗气瓶的油状液体会更少,反应效率更
3
高。
3 研究的结论
从以上研究可知,将溴乙烷与氢氧化钾的乙醇溶液发生消去反应设计成课堂实验是可行的,但由于该反应生成乙烯的转化率很低,加上中学实验常规仪器的限制,反应生成乙烯量较少,所以笔者在自己的反复实验的基础上,建议大家从如下几个方面对实验进行改进:
3.1增大反应物剂量
虽这一方法容易造成反应装置的复杂化,无法用试管作反应器,但能确保实验的成功,所以这是本实验改进中最有效的方法;
3.2减少反应物挥发
?适当增加玻璃导管的高度,以增加冷凝回流的效果;?快速加热反应物,减少溴乙烷在消去反应发生之前的挥发与水解。但要注意过长的导管会增加气体的残余,可能会影响实验的效果。
3.3提高反应温度
?快速加热反应物,使反应物迅速达到适宜的反应温度;?尽可能增加碱的量,以提高共沸体系的沸点。
3.4增加反应体系的碱性
?增加氢氧化钾的量,确保使氢氧化钾能在沸腾下仍能达到饱和,以增加溶液的碱性;?可用醇钠或醇钾代替氢氧化钾,
4
但不宜使用氢氧化钠。
3.5 若为验证实验,在现象明显的前提下,尽可能降低酸性高锰酸钾或溴水的浓度
在上述各种方法中,增大反应物剂量,并快速升高温度是实验成功的关键。此外,也可尝试用沸点较高、α-碳原子上有支链的卤代烃代替溴乙烷,这样上述问题都会迎刃而解,但它容易偏离教材的主题。
虽然溴乙烷与氢氧化钾的醇溶液发生的消去反应,因其难以发生,在有机合成中是没有实际利用价值的,但对于α-碳原子有支链或β-氢原子比较活泼的卤代烃而言,消去反应是比较容易发生的,如:(CH3)2CHBr、 C6H5CH2CH2Br等。消去反应作为卤代烃的重要性质,在高中有机化学的知识体系中,有着相当重要的地位的。因此,普通高中各版本的化学新教材均安排这一内容。溴乙烷作为简单而典型的卤代烃,各教材将其作为这一重要知识的载体,符合了知识的教育性需要。但对于该实验的操作,实验者还需要细心把握。
参考文献:
[1]章烨.有机化学[M]. 北京:科学教育出版社.2006:291.
[2]刑其毅,裴伟伟,徐瑞秋等.基础有机化学(上册)(第三版)[M].北京:高等教育出版社.2005:291.
[3]秦丙昌,张贺飞,陈传战.溴乙烷与氢氧化钠或氢氧化钾乙醇溶液反应的研究[J].化学教学.2002(6):13.
5
[4]王祖浩.普通高中化学课程标准实验教科书《有机化学基础》[M].南京:江苏教育出版社,2006:62.
[5]普通高中化学课程标准实验教科书《有机化学基础》[M]. 北京:人民教育出版社,2004:41.
6
溴乙烷消去反应制乙烯实验的改进
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溴乙烷消去反应制乙烯实验的改进
发表在2010年第2期《化学教育》第67页
杨广斌
(浙江省丽水中学 323000)
摘要 先充分振荡盛有溴乙烷与饱和氢氧化钾乙醇混合液的烧瓶，再水浴加热，就能得到乙烯气体。若重复上述操作数次，就能得到较多的乙烯气体。
关键词 溴乙烷 消去反应 乙烯制备 化学热力学 氢氧化钾
1 原实验
年6月第2版)第62页有一个利用江苏教育出版社的《有机化学基础》(2008
溴乙烷消去反应制取乙烯气体的实验:
组装如图1所示装置，向烧瓶中注入10mL溴乙烷和15mL饱和氢氧化钾乙醇溶液，加热，观察实验现象。
图1 溴乙烷与氢氧化钾乙醇溶液的反应装置
笔者用上述实验装置多次实验，发现产生的乙烯气体量少，试管内稀酸性高锰酸钾溶液褪色现象很不明显。
2 原因分析
首先，溴乙烷与饱和氢氧化钾的乙醇溶液是两种互不相溶的液体，静置时会分层，所以上图烧瓶中两种液体之间的接触面积较小，不利于消去反应的发生，生成的乙烯产量低，导致试管内稀酸性高锰酸钾溶液褪色现象很不明显。
其次，溴乙烷的沸点低，只有38.4?，若用酒精灯直接加热烧瓶，温度较高，会导致大量溴乙烷来不及发生消去反应就快速挥发，因此产生乙烯气体的量少，以致于实验现象很不明显。
3 改良后的实验
针对上述两条原因，笔者作了两点相应的改良，结果溴乙烷消去产生了较多的乙烯，试管内稀酸性高锰酸钾溶液很快褪色。以下介绍经笔者改良的实验装置和实验步骤。
第一步，组装如图2所示装置，向烧瓶中注入10mL溴乙烷和15mL饱和氢氧化钾的乙醇溶液。用力振荡圆底烧瓶片刻，使反应混合溶液充分接触。(为了方便振荡圆底烧瓶，撤走了原装置如图1中的铁架台，而在圆底烧瓶与洗气瓶之间改用一根10cm以上的软橡皮管连接。)在振荡过程中，可发现试管内的导管口冒出断断续续的气泡。 管
1 盛有溴乙烷与氢氧化
钾乙醇溶液的圆底烧瓶
2 较长的软橡皮管
3 盛有水的洗气瓶
4 盛有稀酸性高锰酸钾1 联系人 杨广斌 13905882835 Lsygb2003@yeah.net 溶液的试管
图2 溴乙烷与氢氧化钾乙醇溶液的反应装置(改良版)
第二步，把第一步振荡后的圆底烧瓶立即放入水浴(45?~85?之间较好)中加热，如图3，此时会看到试管内的导管口快速冒出大量的气泡，随时间推移气泡逐渐减少，当气泡较少后，重复第一步和第二步，又能得到大量的乙烯气体。
1 盛有溴乙烷与氢氧化
钾乙醇溶液的圆底烧瓶
2 较长的软橡皮管
3 盛有水的洗气瓶
4 盛稀酸性高锰酸钾溶
液的试管
图3 溴乙烷与氢氧化钾乙醇溶液的反应装置(改良版)
笔者用改进后的装置多次实验，现象均很明显。
4 测量生成的乙烯气体
笔者将上面图2、图3装置中的“4 盛有稀酸性高锰酸钾溶液的试管”换成排水集气装置，如下图4，便可以测量乙烯气体的体积。
图4 排水集气装置
取上文约定的反应物用量，按上述的第一步和第二步操作，可收集到90mL左右的乙烯气体，实验的重复性良好。
取上文约定的反应物用量，若仅按上述的第一步操作，即在25?室温下连续振荡圆底烧瓶3min，也能收集到10mL左右的乙烯。
综上所述，笔者认为:要得到较多的乙烯，首先是用力振荡圆底烧瓶，使反应混合液充分接触;其次是适当升高温度。“充分振荡”和“适当升温”是本实验取得成功的两个要素，前者更重要。
5 理论分析
化学热力学理论也支持笔者的实验改进。查文献得CHBr(l)、HO(l)、252[1]?KBr(cr)、KOH(cr)、CH(g)的Δ G数值分别为-25.8、-237.1、-380.7、-397.1、24fm-1?+68.4，单位为kJ.mol，利用这些数据计算溴乙烷消去反应的Δ G。 fm
CHCHBr(l)+KOH(cr)?CH=CH (g)?+KBr(cr)+HO(l) 322225-1?Δ G=-126.5kJ.mol<>
发进行的倾向较大，所以，只要反应混合液充分接触，常温下能自发进行也不足为奇了。
2 联系人 杨广斌 13905882835 Lsygb2003@yeah.net
1[]《实用化学手册》编写组. 实用化学手册.北京:科学出版社，2001:277-318
3 联系人 杨广斌 13905882835 Lsygb2003@yeah.net
【word】 溴乙烷消去反应的实验条件探究
溴乙烷消去反应的实验条件探究
化学教学2009年.第8期
溴乙烷消去反应的实验条件探究
周仁鸽
(永嘉中学,浙江永嘉325100)
摘要:以反应的机理人手,在前人研究的基础上,
面对溴乙烷消去反应实验进行了探究.
关键词:消去反应;产率;快速加热;反应温度;
文章编号:1005--6629(2009)08.0044--02
从反应物的剂量,加热速率,反应温度及不同碱的影响等方
反应剂量
中图分类号:G633.8文献标识码:C
普通高中各版本的新课标化学教材——《有机
化学基础》(选修)均涉及了溴乙烷与KOH(或NaOH)
乙醇溶液共热生成乙烯的反应,但很多老师反映难
以成功.也有些老师因省去了气体的水洗装置,或
是因为水洗不充分,也能致使混合气体中含有乙醇
蒸汽使酸性高锰酸钾溶液(或溴水中)褪色,从而以
为实验取得了成功.由此笔者对该实验进行多方面
的研究,找到了合适的实验条件和实验方法.
1反应机理
大学教材《有机化学》?中指出,卤代烃的消除
反应(高中教材称之为消去反应)属于双分子消除反
应(E2),它与双分子亲核取代反应(SN2)很相似,它
们的不同之处在于,S2反应中亲核试剂进攻是Ot一
碳原子,而在E2反应中亲核试剂进攻的是B一氢原
子.因此,消除反应和取代反应是相互竞争,相互
伴随发生的.
在该教材的第207页叙述了卤代烃的消除反应
和取代反应的影响因素,指出反应物中Or.一碳支链
增多,亲核试剂的碱性增强,升高温度,弱极性溶
剂等均有利于消除反应的进行.从结构来看,溴乙
烷容易发生取代反应而不易发生消除反应,在《基础
有机化学》【2】中提到,溴乙烷于55?时,在乙醇钠
的乙醇溶液中发生取代反应的产物的百分比为99
%.而消除反应产物仅为l%.
由此可知.溴乙烷与氢氧化钾乙醇溶液发生的
主要是取代反应,消去反应的比例很小,因此要从
反应温度,氢氧化钾乙醇溶液的浓度及反应物的充
分利用上,提高乙烯的产量.
2实验探究,
基于以上分析,笔者从不同种类碱的影响,加
热升温的速度,反应的温度等方面对该实验进行反
复研究的基础上,,设计了如下的装置(图1).
图1
与教材相比,笔者从以下几个方面对实验作进
一
步改进:
?用较长的导气管,以增加冷凝回流的效果;
?快速加热反应物(调大酒精灯火焰),加快
反应速率,同时减少消去反应发生之前溴乙烷的挥
发:
?增加反应物剂量.溴乙烷与乙醇的体积1:3.
溴乙烷l5mL,无水乙醇45mL,氢氧化钾固体21.42
g(在沸腾时恰好饱和).有研究者13]曾测试过沸腾时
氢氧化钾与氢氧化钠乙醇溶液的沸点及该温度下的
溶解度:饱和氢氧化钾乙醇溶液沸点为1l6?.在
沸腾时的溶解度为47.6g/100mL乙醇;而饱和氢氧
化钠乙醇溶液沸点仅为85?,在沸腾时的溶解度
仅为10.0g/100mL乙醇.因此,用氢氧化钾比氢氧
化钠效果要好,适当增加氢氧化钾乙醇饱和溶液的
量,有利于提高反应体系的共沸温度.
本实验所用药品:酸性高锰酸钾浓度0.01%.
高锰酸钾,氢氧化钾,无水乙醇,溴乙烷均为分析
2009年.第8期实验与创新思维45
纯.
实验的过程与现象如表1所示:
表1
酸性高锰酸钾时间温度
反应器中的现象洗气瓶中现象溶液或溴水中(
rain)(?)现象
开始加热.即有有气泡冒O35有气泡冒
气泡冒m但不变色
开始剧烈沸腾,有气泡冒m.
255并开始析m油气泡减少.不
并产生大量气泡变色状液体
剧烈沸腾.并产有少量气泡冒试管1稍有变370
生大量气泡出浅
溶液颜色有明480同上同上
显变浅
溶液颜色迅速
变浅直至完全
590同上同上褪色f将导管
体拿m并插人
试管21
6100同上同上颜色迅速变浅
试管2溶液完全
7106同上同上褪色(将导管
体拿出并插入
试管31
分别使试管3,7
9,19108一lI2同上同上(共5支)溶液完
全褪色
反应液尚有少量
剩余.停止加热.油状液体经分
20112冷却后.混合物液为9
mL呈糊状
.并稍变
黄.
(说明:试管1-7各均为3mL0.001%的酸性高锰酸
钾,当一支试管中溶液完全褪色后,更换另一试管.)
现象分析与结论:
?上述实验条件下,溴乙烷需8O?以上才能
发生明显的消去反应,从酸性高锰酸钾的褪色速度
看,比较适宜的反应温度大致为90?一110oC.在
该范围,温度越高,产生乙烯的速率越快.如果加
热速度过慢或冷凝效果差,溴乙烷在65?左右就
有可能完全蒸发进入洗气瓶,导致实验失败.
?从实验中酸性高锰酸钾的褪色情况及各次实
验后洗气瓶中被冷凝油状液体的体积可知,该装置
的回流效果比较好.若能加快加热的速度,洗气瓶
的油状液体会更少,反应效率更高.
3研究的结论
从以上研究可知,将溴乙烷与氢氧化钾的乙醇
溶液发生消去反应设计成课堂实验是可行的.但由
于该反应生成乙烯的转化率很低,加上中学实验常
规仪器的限制,反应生成乙烯量较少,所以笔者在
自己的反复实验的基础上,建议大家从如下几个方
面对实验进行改进:
3.1增大反应物剂量
虽这一方法容易造成反应装置的复杂化,无法
用试管作反应器,但能确保实验的成功,所以这是
本实验改进中最有效的方法:
3.2减少反应物挥发
?适当增加玻璃导管的高度,以增加冷凝回流
的效果;?快速加热反应物,减少溴乙烷在消去反
应发生之前的挥发与水解.但要注意过长的导管会
增加气体的残余,可能会影响实验的效果.
3.3提高反应温度
?快速加热反应物,使反应物迅速达到适宜的
反应温度;?尽可能增加碱的量,以提高共沸体系
的沸点.
3.4增加反应体系的碱性
?增加氢氧化钾的量,确保使氢氧化钾能在沸
腾下仍能达到饱和,以增加溶液的碱性;?可用醇
钠或醇钾代替氢氧化钾,但不宜使用氢氧化钠.
3.5若为验证实验.在现象明显的前提下.
尽可能降低酸性高锰酸钾或溴水的浓度
在上述各种方法中,增大反应物剂量,并快速
升高温度是实验成功的关键.此外,也可尝试用沸
点较高,仅一碳原子上有支链的卤代烃代替溴乙烷,
这样上述问题都会迎刃而解,但它容易偏离教材的
主题.
虽然溴乙烷与氢氧化钾的醇溶液发生的消去反
应,因其难以发生,在有机合成中是没有实际利用
价值的,但对于仅一碳原子有支链或B一氢原子比较
活泼的卤代烃而言,消去反应是比较容易发生的.
如:(CH3)2CHBr,C6H5CH2CH2Br等.消去反应作为卤
代烃的重要性质,在高中有机化学的知识体系中,
有着相当重要的地位的.因此.普通高中各版本的
化学新教材均安排这一内容.溴乙烷作为简单而典
型的卤代烃,各教材将其作为这一重要知识的载
体,符合了知识的教育性需要.但对于该实验的操
作,实验者还需要细心把握.
参考文献:
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[2】刑其毅.裴伟伟,徐瑞秋等.基础有机化学(上册)(第三版)[M】.
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京:人民教育出版社.2004:41.
溴乙烷消去反应演示实验的再改进
摘要：针对现行教材中溴乙烷消去反应演示实验存在耗时长、实验现象不够明显等不足，依据演示实验的原理，设计了演示实验的装置，采用强碱氢氧化钾、气（蒸气）-液反应的方式、高于溴乙烷沸点的反应温度以及用酸性高锰酸钾溶液润湿的棉团检验烯烃等措施，改进该演示实验。改进后的演示实验，反应速率快、反应完成的程度高、实验现象明显、装置简单、操作方便、易于推广。 关键词：溴乙烷消去反应；氢氧化钾、气-液反应；演示实验；实验改进 文章编号：1005?C6629（2017）3?C0069?C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 高中化学课程中关于卤代烃消去反应的演示实验，许多中学教师在课堂上一般均采用溴乙烷与氢氧化钠的乙醇溶液共热、用酸性高锰酸钾溶液检验烯烃这一方法，演示实验的效果差，甚至于完全失败。为此，许多化学工作者提出了不少改进的方法[1～7]，有的采用溴乙烷与氢氧化钠的乙醇溶液共热后强力振荡或磁力搅拌的方式改进演示实验，虽有一定的效果，但演示实验的安全性和可行性差。针对溴乙烷消去反应演示实验存在的问题，我们进行了认真的分析，认为：（1）从卤代烃的结构上讲，溴乙烷为一级卤代烃，很难发生消去反应；（2）从化学反应的方式液-液反应上看，溴乙烷与氢氧化钠的乙醇溶液不相溶，二者仅在界面发生接?|，接触面积小，反应物之间发生的有效碰撞次数少，故不易反应；（3）由于反应产生的乙烯量小，短时间内酸性高锰酸钾溶液褪色现象不明显。为此，我们对演示实验的装置、卤代烃与氢氧化钠的乙醇溶液反应方式及烯烃的检验方法进行了改进。改进后的演示实验，演示时间缩短、实验现象明显，有利于正确引导和帮助学生学习卤代烃的性质，对提高中学化学的教学质量有重要意义。 1 实验原理 卤代烃的消去反应是指卤代烃在碱性条件下，脱去卤化氢，生成烯烃的反应。图1是溴乙烷与氢氧化钠的乙醇溶液作用生成烯烃的反应历程。 从上述溴乙烷发生反应的机理可以看出，溴乙烷的亲核取代反应和消去反应为一对竞争反应，二者同时发生。不同的反应条件或有利于取代反应或有利于消去反应。一般地，在卤代烃结构一定的情况下，试剂的碱性强，有利于消去反应。氢氧化钾的碱性强于氢氧化钠，且在乙醇溶液中的溶解度高于氢氧化钠，因而溴乙烷的消去反应采用氢氧化钾的乙醇溶液效果更好；溴乙烷消去反应历程过渡态的极性较亲核取代反应历程过渡态的极性弱，故强极性分子的溶剂有利于亲核取代反应，弱极性分子的溶剂有利于消去反应，这就是为什么溴乙烷的取代反应（如水解）常以水作溶剂，而溴乙烷的消去反应用乙醇作溶剂；溴乙烷在不同的温度下取代反应和消去反应的比例不同，溴乙烷发生消去反应的活化能高于发生取代反应的活化能，故高温下有利于消去反应，低温下有利于亲核取代反应。 溴乙烷在碱性条件下即便采用强碱氢氧化钾、弱极性分子的乙醇作溶剂、在较高的温度下仍有取代反应的发生，且取代反应占有相对较高的比例[8]。这也是我们中学化学教师做这一演示实验时常常失败的主要原因。在对上述原理充分认识的基础上，我们对该实验设计进行了改进。 2 改进后的实验 2.1 实验药品及仪器 溴乙烷（分析纯）；氢氧化钾（分析纯）；乙醇（分析纯）；1%酸性高锰酸钾溶液；药棉等 冷凝管、试管、圆底烧瓶、空气冷凝管、滴液漏斗等 2.2 实验装置 图3为改进的卤代烃的性质演示实验装置示意图，由圆底烧瓶、空气冷凝管、冷凝管、滴液漏斗、试管组成。其中，在空气冷凝管的下端塞进一团玻璃丝作支撑，从上口加满填料，填料是粒径为0.5～1.0mm陶瓷小球或玻璃珠或河砂；试管中放入用酸性高锰酸钾溶液润湿的棉团。 2.3 实验步骤 （1）按图3连接好装置。 （2）在圆底烧瓶中加入10～15mL溴乙烷和2粒沸石。 （3）滴液漏斗中加入20～30mL（预热至65℃）25%氢氧化钾乙醇溶液。 （4）冷凝管夹层通冷却水。 （5）加热圆底烧瓶中的溴乙烷液体至沸腾。 （6）当冷凝管内有回流液，打开滴液漏斗的活塞开关，慢慢均匀地滴加25%氢氧化钾乙醇溶液。 （7）保持圆底烧瓶中的反应液沸腾回流状态，冷凝液返回圆底烧瓶中，气体经导管进入试管中，观察试管中用酸性高锰酸钾溶液润湿的紫红色的棉团颜色变化情况。 2.4 实验现象及结论 （1）实验现象：反应开始1min后，试管底部紫红色的棉团颜色变浅，5min后，整个试管紫红色的棉团变为无色。 （2）实验结论：说明产物有烯烃生成，溴乙烷发生了消去反应。 2.5 注意事项 （1）空气冷凝管外保温 为减少热损失、反应温度平稳、缩短演示时间，应对空气冷凝管采取外保温措施，如用石棉布包裹空气冷凝管。 （2）控制氢氧化钾乙醇溶液的滴加速度 若滴加氢氧化钾乙醇溶液的速度过快，氢氧化钾乙醇溶液与卤代烃蒸气接触时间短，来不及反应；若滴加速度过慢，氢氧化钾乙醇溶液在空气冷凝管中的填料表面易出现断流，卤代烃的反应速度缓慢。故以控制滴加氢氧化钾乙醇溶液速度能在空气冷凝管中的填料表面形成均匀、薄薄的液膜为宜，这是该实验成功的关键。 3 实验创新点 3.1 实验装置 演示实验的装置是演示实验的物质基础，是确保演示实验成功的关键。改进后的演示装置由反应部分、分离部分和检验部分组成。反应部分由圆底烧瓶和加有填料的空气冷凝管组成，填料不仅增大了液态反应物的比表面积，而且填料的主要成分是硅类化合物，对溴乙烷中溴的活化离去也有一定的催化作用；分离部分为防止乙醇蒸气和烯烃一起逸出，干扰烯烃的鉴定，顶端装有冷凝管，烯烃常温、常压下为不可凝性气体，经导管进入检验装置，乙醇蒸气经冷凝后变为液体返回圆底烧瓶中；检验药品用酸性高锰酸钾溶液润湿的棉团，演示实验操作简单、方便，使用安全。改进后的装置既简约，又可满足实验原理的教学需求。 3.2 反应方式 化学反应的方式一般有液-液、气（蒸气）-液、气-气、液-固、固-固、气-固几种方式，常见的反应方式以液-液、气（蒸气）-液居多。溴乙烷在碱性?l件下的消去反应，若采用常规的液-液反应方式，由于溴乙烷与碱的乙醇溶液不相溶，反应速率慢。本实验溴乙烷的消去反应，采用气（蒸气）-液的方式进行，加热圆底烧瓶中的卤代烃液体至沸腾，卤代烃蒸气自下而上进入装有填料的空气冷凝管中；与此同时滴加氢氧化钾的乙醇溶液，液体沿着空气冷凝管中填料表面自上而下流动，卤代烃的蒸气与氢氧化钾乙醇溶液逆向接触，极大地提高了两相的接触面积，故反应快，进行程度高。 3.3 消去反应可在较高的温度下进行 采用常规的溴乙烷与氢氧化钾的乙醇溶液共热的方式进行反应，由于溴乙烷的沸点仅有38.4℃，故反应的最高温度只能在溴乙烷的沸点温度下进行反应。改进后的实验采用溴乙烷的蒸气与氢氧化钾乙醇溶液反应，可用具有一定温度的氢氧化钾乙醇溶液（高于溴乙烷的沸点）与溴乙烷蒸气反应，升高反应温度不仅有利于溴乙烷的消去反应，使得消去产物的比例增加，而且反应速率可大大提高。 3.4 检验方法 用酸性高锰酸钾溶液检验烯烃，由于溴乙烷的消去反应程度低，加热过程易发生“倒吸”现象，导致实验失败。采用酸性高锰酸钾溶液润湿的棉团代替酸性高锰酸钾溶液，不仅可杜绝“倒吸”现象，而且由于棉团有较好的透气性能，可保持反应体系在常压下进行，易于烯烃逸出，可增大卤代烃消去反应的取向；再者，棉团吸附的高锰酸钾的量较少，即便遇到少量的烯烃也可使其褪色，检验的灵敏度高、现象明显。 4 小结 溴乙烷消去反应的演示实验是为了演示乙烯生成的原理和过程，帮助学生正确认识溴乙烷的性质。经笔者改进后的实验，实验装置简单、使用方便；在较高的温度下反应、气（蒸气）-液反应方式极大地提高了溴乙烷的消去反应的速率和取向；烯烃的检验方法高效、绿色环保，实验现象明显。总之，改进后的演示实验，能节省课堂中的宝贵时间，具有较高的实用性、安全性、可操作性和科学性。 参考文献： [1]杨玉峰.浅谈溴乙烷在强碱――乙醇溶液中的反应[J].化学教学，2012，（12）：75～76. [2]谢劲松，丁渝.溴乙烷消去反应的创新[J].中学化学教学参考，2009，（5）：49. [3]王金龙，丁爱军.溴乙烷消去反应的实验探究与反思[J].化学教育，2009，（2）：62～64. [4]但世辉，陈莉莉.溴乙烷消去反应的实验的改进[J].中学化学，2014，（9）：22. [5]龚晓娟.对新教材卤代烃性质实验的理解[J].化学教学，2010，（4）：47～48. [6]杨广斌.溴乙烷消去反应制乙烯实验的改进[J].化学教育，2010，（2）：67. [7]胡再洪，鲍正荣.溴乙烷消除反应的实验的改进[J].中小学实验与装备，2012，22（6）：13. [8]胡宏纹主编.有机化学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2005：95～98.
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