乙醇消去反应的改进与创新

摘要

人教版高中化学选择性必修3中有乙醇的消去反应，该反应是高中有机化学中的重要反应之一。在教学实践中发现教材实验方案有诸多不足，包括炭化现象严重，副反应产生大量刺激性气味气体SO₂，实验时间长等，导致很难在课堂教学中进行演示实验操作。为此，通过优化改进，提出适合课堂演示的乙醇消去反应的实验方案。

Graphical abstract

关键词

乙醇消去反应 / 实验探究 / 反应动力学 / 热力学

按照人教版高中化学选择性必修3中的乙醇的消去反应的方案^［1］进行实验发现：当混合液温度在140 ℃左右时，溶液颜色会发黄；当混合液温度在150 ℃时，溶液颜色会加深；当混合液温度在160 ℃时，溶液颜色会变为黑色；当混合液温度在170 ℃时，溶液炭化现象较为严重。当整个实验结束后，烧瓶内反应液严重炭化，振荡烧瓶时可以发现有明显的炭黑颗粒挂壁，且在实验过程中产生大量刺激性气味气体SO₂。另外，整个实验过程需要15 min左右才能完成，导致难以在常规课堂时间内进行演示。

1 实验改进

已有研究表明，降低浓硫酸的比例能够有效减少炭化，即醇酸体积比1.0∶1.5～1.0∶1.0时效果较好^［2］。在整个反应过程中，浓硫酸有催化剂、脱水剂等多重作用，在加热条件下，大量的浓硫酸也是发生炭化的根本原因。对此，可以适当降低酸的比例，结合反应的能量图谱（图1）中的△E₁和△E₂发现：第二步碳正离子的生成是一个慢反应，是整个反应的决速步骤；混合后立刻加热，炭化和副反应严重。笔者尝试将浓硫酸与乙醇充分混合后静置一段时间，以促进碳正离子的生成。因为混合液需要迅速升温，所以改用酒精喷灯进行加热。

2 实验过程

2.1 仪器及药品

无水乙醇、浓硫酸、沸石、稀的酸性高锰酸钾溶液、溴的四氯化碳溶液、品红溶液、试管、圆底烧瓶、温度计、玻璃导管、铁架台、石棉网、酒精喷灯等。

2.2 实验装置

改进后的实验装置如图2所示。

2.3 实验操作要点及实验现象

（1） 实验操作要点。

①降低醇酸的比例，即1.0∶1.5～1.0∶1.0；②待浓硫酸、乙醇充分搅拌混合后，静置一段时间（12 h以上）^［2］；③改用酒精喷灯加热；④舍去除杂装置。

（2） 操作说明与实验现象。

①加热30 mL静置后的1.0∶1.0混合液，直至混合液温度达到140 ℃，混合液产生少量气体，靠近时能闻到醚的味道；当混合液温度加热至150 ℃左右时，反应液气体量增加；当混合液温度加热至160 ℃左右时，反应液气体量非常大，且反应液颜色未见明显变化。

②将气体通入稀的高锰酸钾溶液，溶液很快完全褪色；将气体通入溴的四氯化碳溶液，溶液也很快完全褪色；将气体通入品红溶液，品红溶液无明显现象，用手扇闻气体，并无刺激性气味。

③实验结束时，反应液呈金黄色，与教材实验后的黑色溶液且有黑色挂壁颗粒形成鲜明的对比。

2.4 实验中的除杂问题

该实验没有配置除杂装置，而在演示教材实验时，需要将产生的气体先通入氢氧化钠溶液进行除杂处理，待除杂后再进行相关性质验证。在该实验中，有影响的杂质气体主要是二氧化硫和乙醇蒸气，虽经笔者的改进及品红溶液的验证，实验中基本无SO₂产生，但乙醇蒸气肯定存在。在实验过程中，通过时钟记录了将消去反应产生气体通入10 mL稀高锰酸钾溶液所需要的时间，结果是10 s左右完全褪色。用酒精喷灯直接加热乙醇，当产生大量乙醇蒸气时，通入相同的高锰酸钾溶液，发现高锰酸钾溶液完全褪色需要1 min左右。结合化学反应动力学可知，该实验可舍去除杂装置。

3 实验反思

（1） 与教材实验对比后发现，改进实验在实验时间、实验装置、实验现象等方面都具有明显的优化（表1）。

（2） 高二选修化学的学生，已经具有发现问题、分析问题、解决问题的能力，有参与具有挑战性探究活动的基础。基于此，对教材实验进行改进，发现稀的高锰酸钾溶液与乙醇、乙烯反应时间存在明显的差异，学生能够清楚地认识到化学反应除了能否反应之外，还有反应速率的问题，即反应的热力学和动力学问题。

（3） 虽然热力学和动力学问题属于大学范围的知识，不需要特意补充以增加学生的负担，但是具有挑战性的实验探究活动，的确让学生具备了以多重视角认识化学反应的能力，而这才是实验改进的一大收获。

改进设计“声音的产生与传播”实验，使材料选择较为便捷，体现了物理实验设计与改进的生活化。在整个实验设计过程中，始终坚持培养学生物理学科核心素养理念。实验设计与改进还存在一些不足，这些不足决定了我们有必要对实验进一步加以完善，如实验设计时可以拓展声音的频率范围等。

参考文献

[1] 人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高中教科书化学选择性必修3·有机化学基础［M］.北京：人民教育出版社，2020.

[2] 王宇凤，敬鳗力.高中化学实验的项目式教学：乙醇消去反应制备乙烯的实验探究［J］.化学教育（中英文），2021，42（13）：21-27. （上接第66页）

[3] 选用废弃的泡沫板，在剥成小颗粒时，有极小部分存在静电，难以掉落到扬声器纸盘上，对此，需要进行筛选。当然，可以购买专用的泡沫颗粒进行实验，即可减少静电的产生。

[4] 实验二采用消音板作为避免固体传声的材料，看似发声体通过消音板依然跟真空箱接触，但这容易让学生产生固体传声的疑惑，对此可采用悬浮结构，即以隔离接触方式进行设计，自制电磁悬浮结构可避免这一问题。

[5] 结语