4.3 互溶对比法

由于苯酚易溶于乙醇,也可以考虑将苯酚溶解在乙醇中,配制成苯酚的乙醇溶液(溶解的苯酚不宜过多,否则溶液密度过大会导致金属钠浮于液面上),然后分别向乙醇和苯酚的乙醇溶液中加入金属钠进行比较(表3)。

表3 乙醇、苯酚的乙醇溶液(3mL)分别与金属钠反应
编号
与金属钠反应的溶液(3mL)
实验现象
3-A
乙醇
金属钠沉在液体底部,生成气泡的速率较慢
3-B
苯酚+乙醇
金属钠沉在液体底部,生成气泡的速率较快

上述3种方法均可以用于利用金属钠与乙醇、苯酚反应以比较醇羟基和酚羟基的化学活性。

5 方法拓展

乙醇、苯酚与金属钠反应产生氢气的对比,其实质是比较乙醇和苯酚电离出氢离子的能力,即比较乙醇和苯酚的酸性强弱。因此,配制相同物质的量浓度的乙醇、苯酚的水溶液,还应该有一些更直接更方便的实验方法。

①直接测定pH值。测定溶液的pH值,pH较小对应羟基上的氢原子较活泼。

②与碱的滴定反应。取相同体积的乙醇、苯酚溶液,各滴加1~2滴酚酞,用相同浓度的NaOH溶液分别进行滴定,使溶液变为红色时停止滴定,消耗NaOH较多的对应羟基上的氢原子较活泼。此法也可进行反向滴定。

③与碱性盐溶液反应。如向乙醇、苯酚溶液中分别滴加NaAlO2等碱性溶液,由于苯酚的酸性会使溶液产生浑浊C6H5OH+NaAlO2+H2O=C6H5ONa+Al(OH)3↓。

发表于《实验教学与仪器》2009年第11期

1.浙江省温岭市温岭中学  317500;2.浙江省温岭市新河中学  317502)

摘要:乙醇、苯酚与金属钠反应是比较醇羟基和酚羟基化学活性的常用方法之一。通过对苏教版实验化学教材中设计的实验进行尝试并分析其不足,认为这种比较必须满足3个条件:乙醇、苯酚溶液的物质的量浓度相等,金属钠完全浸没在溶液中,溶剂能及时溶解反应产生乙醇钠和苯酚钠。在此基础上提出乙醇、苯酚与金属钠反应的对比实验方法并进行实验验证。

关键词:醇羟基  酚羟基  化学活性  实验比较

1 问题提出

苏教版《实验化学》专题2课题2“乙醇和苯酚的性质”中设计了“乙醇、苯酚与金属钠的反应”的实验:在两只干燥的试管里各加入2mL乙醚,向其中一支试管加入1mL乙醇,向另一支试管中加入约1.5g苯酚,振荡。在向上述两支试管中各加一小块(绿豆大小)吸干煤油的金属钠,观察、比较实验现象。该实验试图通过金属钠分别与乙醇、苯酚反应放出气体的速度快慢来比较醇羟基和酚羟基的活性。我们按照上述要求进行了多次实验,但结果均出乎意料:金属钠沉入乙醇的乙醚溶液底部,且产生较多的气泡;金属钠浮在苯酚的乙醚溶液液面上,且产生的气泡不如乙醇的乙醚溶液多(图1、表1)。

表1 乙醇、苯酚的乙醚(2mL)溶液分别与金属钠反应
试管编号
与金属钠反应的溶液
实验现象
1-A
1mL乙醇+2mL乙醚
金属钠沉在液体底部,生成气泡的速率较快
1-B
1.5g苯酚+2mL乙醚
金属钠浮在液面上,生成气泡的速率较慢

如果仅仅以产生气泡的速度快慢来比较醇羟基和酚羟基的活性,则就会得出这样一个结论:醇羟基的活性大于酚羟基,这与已有的经验(酚羟基的化学活性大于醇羟基)是相违背的。是实验设计有问题,还是另有内情?

2 问题分析

要比较醇羟基和酚羟基的活性,首先要保证醇羟基和酚羟基的浓度相等,即乙醇的浓度与苯酚的浓度相等。1mL乙醇的物质的量约为0.017mol,1.5g苯酚的物质的量约为0.016mol,可见溶质的物质的量基本相同。但将它们溶解在2mL乙醚中得到的溶液体积有较大的偏差:乙醇溶液的体积明显大于苯酚溶液的体积,这样就很难保证乙醇溶液和苯酚溶液具有相同的物质的量浓度:苯酚的浓度可能大于乙醇的浓度,其可比性本来就值得怀疑。但是实验中苯酚溶液产生气泡的速度不及乙醇溶液,可见另有原因。

要比较醇羟基和酚羟基的活性,必须要保证溶液与金属钠充分接触,即金属钠必须完全浸入溶液中。我们认为,即使是大小完全相同的金属钠,浮于苯酚溶液液面上时和沉于乙醇溶液底部时,与溶液的接触面积是不同的,显然会影响反应的速率,因此也不具有可比性。由于乙醇溶液与金属钠完全接触,而苯酚溶液与金属钠不能完全接触,因此产生气泡的速率苯酚溶液不及乙醇溶液。

此外,由于乙醇、苯酚与金属钠反应除了生成氢气外还产生乙醇钠、苯酚钠,乙醇钠和苯酚钠易溶于强极性溶剂而难溶于弱极性溶剂。如乙醇、苯酚的CCl4溶液分别与金属钠反应会产生不溶于CCl4的乙醇钠和苯酚钠。如果在弱极性溶剂中进行反应,也会因为产生的乙醇钠、苯酚钠没有及时溶解而阻碍了化学反应的进行,因此也难以比较醇羟基和酚羟基的化学活性。

3 实验设计

基于以上认识,我认为,要比较酚羟基和醇羟基的化学活性,必须做到:

首先,选择溶剂。即选择既不能与金属钠反应又能溶解乙醇钠、苯酚钠的极性有机溶剂,如乙醚、丙酮等。

其次,控制浓度。即保证溶质(乙醇和苯酚)的物质的量浓度相同。因此,操作中应将等物质的量的乙醇和苯酚分别溶解在同一种有机溶剂中,配制成相同体积的溶液。

最后,保证接触。即保证金属钠沉在溶液底部,也就是要求溶液的密度低于金属钠的密度。因此,必须选择密度比金属钠小的溶剂,并通过增加溶剂的办法使得溶液的密度小于金属钠的密度。但如果溶液的密度大于金属钠的密度,可以使金属钠负重而浸没在溶液中。

4 实验改进

 0  298824  298832  298838  298842  298848  298850  298854  298860  298862  298868  298874  298878  298880  298884  298890  298892  298898  298902  298904  298908  298910  298914  298916  298918  298919  298920  298922  298923  298924  298926  298928  298932  298934  298938  298940  298944  298950  298952  298958  298962  298964  298968  298974  298980  298982  298988  298992  298994  299000  299004  299010  299018  447090 

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