乙炔的制取及性质实验的微型化改进

摘要

教材中乙炔的制取和性质实验通常涉及较大的设备，不仅操作复杂、药品用量较大、反应不可控，而且存在一定的安全隐患。采取微型化改进后的优点：不仅可以简化实验步骤与操作流程，还可以减少药品用量；将饱和食盐水替换为葡萄糖溶液，进一步降低了实验风险，提高了实验的安全性；改进装置在激发学习兴趣、锻炼动手能力、培养环保意识和科学素养方面，均展现出显著的教学价值。

Graphical abstract

关键词

乙炔 / 制取 / 性质 / 微型化 / 改进装置

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出了化学学科核心素养的“科学态度与社会责任”这一重要理念。这一理念强调在学习和实践化学知识时，应具备节约资源、保护环境的可持续发展意识，并从自身做起，形成简约适度、绿色低碳的生活方式^［1］。高中化学教学，不仅帮助学生探索和掌握化学知识，更是对学生科学态度与社会责任的培养和锤炼。

1 研究背景

乙炔，作为一种重要的化工原料，在高中化学教学中占据显著地位，尤其在制备及其性质实验方面。现行人教版高中化学选择性必修3第二章第二节，精心设计了如图1所示的实验装置^［2］。实验不仅展现了乙炔的制备流程，而且通过深入探索其物理与化学性质，希望进一步巩固和深化学生对化学知识的理解和应用能力。然而，该实验装置在反复测试中暴露出以下问题，亟待解决。

（1） 装置设计复杂，所需仪器设备众多，这大幅拉长了组装与操作的耗时，严重制约了实验效率。

（2） 在药品使用方面，存在明显的浪费现象，这与当前倡导的低碳环保理念相悖。

（3） 实验反应速率过快，导致产生的乙炔气流分布不均，难以进行有效控制，进而影响实验结果的观察与分析。

（4） 实验未采取尾气处理，直接排放，可能导致空气污染，对环境造成不良影响。

（5） 饱和食盐水与电石反应速率较快，反应过程中产生的大量泡沫容易堵塞导管口，严重阻碍了气体的正常排出，对实验的安全性和准确性构成威胁。

鉴于该实验的不足，笔者对实验试剂及装置进行了严谨且富有创新性的改进。改进实验巧妙运用了医用废弃材料和生活材料，展现出了新颖性、环保性和趣味性，深刻体现了微型化、一体化的实验设计理念，从而显著增强了该实验在教学领域的应用价值。此次改进有效减少了实验试剂的使用量，进一步降低了环境污染的风险。实验仪器设计简单实用，操作便捷，实验周期短，且现象明显。整体而言，该装置充分贯彻了绿色环保理念，非常适合实验教学活动的开展。

2 实验过程

2.1 实验仪器及试剂

（1） 实验仪器：集气瓶（250 mL）、球形干燥管、注射器（5 mL）、镊子、橡皮塞、电石、导管、棉花、滤纸。

（2） 试剂：15％葡萄糖溶液、饱和硫酸铜溶液、酸性高锰酸钾溶液、溴水。

2.2 实验步骤

（1） 按照图2所示组装实验装置，并检查装置的气密性。

（2） 使用针筒抽取15％葡萄糖溶液，确保集气瓶经过彻底洗净和干燥后，在其底部放置一小块电石。

（3） 在干燥管底部放置经饱和硫酸铜润湿的棉花，随后，将湿润且浸有酸性高锰酸钾溶液、溴水的滤纸条固定在干燥管的上部，遂完成装置组装。

（4） 将注射器针筒缓慢向下推动，使葡萄糖溶液逐渐滴加到电石上，此时观察电石表面是否有气泡产生，并密切关注浸有酸性高锰酸钾溶液和溴水的滤纸颜色的变化情况。

（5） 在连接干燥管上端的导管口处点燃产生的气体，并详细记录其现象。

2.3 实验现象

（1） 电石表面有气泡冒出，证明电石与水发生了反应，生成乙炔气体：CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑。

（2） 浸有酸性高锰酸钾溶液的滤纸条褪色，证明乙炔被高锰酸钾氧化，发生了氧化反应，导致溶液褪色：C₂H₂+2KMnO₄+3H₂SO₄=2CO₂↑+K₂SO₄+2MnSO₄+4H₂O。

（3） 浸有溴水的滤纸条褪色，证明乙炔与溴发生了加成反应：CH≡CH+2Br₂→CHBr₂CHBr₂。

（4） 在空气中点燃乙炔，可以看到有火焰生成，并伴有黑烟：2C₂H₂+5O₂→4CO₂+2H₂O。

（5） 硫酸铜溶液的作用是除去乙炔中含有的硫化氢、磷化氢杂质：H₂S+CuSO₄=CuS↓+H₂SO₄；24CuSO₄+11PH₃+12H₂O=8Cu₃P↓+3H₃PO₄+24H₂SO₄。

3 改进优点

改进实验装置设计独特，富有启发性，特别适合学生分组实验和探究性实验。该装置对于激发学习兴趣、锻炼动手能力、增强环保意识、提升科学素养，均具有促进作用。其优势概括如下。

（2） 节约实验药品。通过注射器精准控制试剂用量，可减少浪费；电石和溶液用量极少，且高锰酸钾溶液和溴水均可用试纸替代；此装置及剩余药品可在多个班级间循环使用，显著降低了药品消耗量。

（3） 提高实验效率。装置组装迅速，操作简便，实验制取和性质探究可一体化完成，有效节约了教学时间，提升了课堂实验效率。

（4） 反应可控性强。实验可随时停止反应，且通过替换饱和食盐水为15%葡萄糖溶液，降低了反应速率，避免了泡沫产生和导管堵塞的问题，提高了实验的安全性。

（5） 实验现象明显。直观的实验现象，不仅有助于学生更好地理解实验事实，更能培养其严谨求实的科学态度。

（6） 符合绿色化设计理念。尾气处理充分利用了乙炔的可燃性，减少了环境污染；利用废弃注射器，体现了绿色化学和可持续发展理念。

4 结语

该装置以其可控性和微型化设计，为教学操作提供了极大的便利，其简单易行的特性以及明显的实验现象，显著增强了其实用性，有利于直观教学的开展。

该装置不仅为教师进行乙炔制备及其性质实验提供了有价值的参考，同时也适用于氢气、二氧化碳等“固液不加热”型气体的制取与性质实验，展现出广泛的适用性。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订） ［S］.北京：人民教育出版社，2020．

[2] 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.

基金资助

装置设计简单，便于携带和操作。无须额外支撑结构（如铁架台），组装过程简便快捷