乙酸乙酯制備實(shí)驗(yàn)中酚酞褪色原因的探究

　　摘要：在乙酸乙酯制備演示實(shí)驗(yàn)中，向飽和碳酸鈉溶液中滴入酚酞，觀察分層及振蕩褪色現(xiàn)象，酚酞褪色的原因多被解釋為碳酸鈉溶液被蒸出的乙酸中和。為此，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)和理論探究，發(fā)現(xiàn)酯化實(shí)驗(yàn)過程中蒸出的乙酸量較少，不足以中和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液褪色的原因是酚酞被乙酸乙酯萃取到了酯層中；以多元恒沸混合物的理論數(shù)據(jù)為依據(jù)，進(jìn)一步改進(jìn)了酯化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，證明了實(shí)驗(yàn)過程中乙酸不會被大量蒸出。
　　關(guān)鍵詞：乙酸乙酯；酚酞褪色原因；二元共沸；實(shí)驗(yàn)探究
　　文章編號：1005–6629（2016）12–0064–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
　　乙酸乙酯的制備（人教版《化學(xué)2》第75頁）是高中有機(jī)化學(xué)的重要演示實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本思想和方法。在乙酸乙酯制備的演示實(shí)驗(yàn)中，為了讓學(xué)生能更清楚地看到乙酸乙酯與碳酸鈉溶液的分層現(xiàn)象，教師在演示時(shí)常向飽和碳酸鈉溶液中滴加幾滴酚酞使溶液呈紅色。當(dāng)制備完成收集產(chǎn)物后，溶液上層為無色，下層為紅色，振蕩試管后，兩層均變?yōu)榱藷o色。對下層碳酸鈉溶液褪色的原因，教師一般解釋為：蒸出的物質(zhì)中含有乙酸，與碳酸鈉溶液反應(yīng)而使酚酞褪色，并以此來強(qiáng)化碳酸鈉溶液的作用。
　　這個(gè)推理看似合理，在某些資料上甚至以此設(shè)置考題。余灼森老師[1]進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)探究，也認(rèn)為碳酸鈉被蒸出的乙酸完全消耗而導(dǎo)致酚酞褪色。該結(jié)論與筆者平時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大的差異，為此筆者設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，多角度、多因素分析碳酸鈉溶液中酚酞褪色的原因，還對酯化反應(yīng)中蒸出乙酸的量進(jìn)行了測定和理論分析，并從不同角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　1 實(shí)驗(yàn)探究一 反應(yīng)后水層溶液中是否有碳酸鈉剩余
　�。�1）用pH計(jì)測試所用飽和碳酸鈉溶液pH為12.23。
　�。�2）用“3mL無水乙醇+2mL濃硫酸+2mL冰醋酸”進(jìn)行酯化實(shí)驗(yàn)，用5mL飽和碳酸鈉溶液收集乙酸乙酯，振蕩靜止分層后，分離出下層液體，將液體分成三份，分別完成下面實(shí)驗(yàn)。
　　當(dāng)然由于測定過程存在實(shí)驗(yàn)誤差，計(jì)算結(jié)果只是一個(gè)估算值，但我們?nèi)钥汕逦�地看出碳酸鈉溶液的濃度變化很小，因此可以推測Na2CO3溶液吸收乙酸的量應(yīng)是比較少的。
　　但我們不禁又想到，由于酯化反應(yīng)自身的特點(diǎn)，加熱程度和時(shí)間長短不同，蒸出乙酸的量可能會出現(xiàn)較大差異。因此我們將測試在規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作情況下，不同的實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，蒸出乙酸的量。
　　2 實(shí)驗(yàn)探究二 蒸出乙酸量的測定
　　在乙酸乙酯的制取實(shí)驗(yàn)中，將5mL飽和碳酸鈉溶液改為5mL飽和氯化鈉溶液來收集乙酸乙酯，然后分離出下層溶液并測pH。我們選取三位不同的教師在相同實(shí)驗(yàn)條件下平行進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：
　　由此可見，酯化實(shí)驗(yàn)時(shí)，不同的實(shí)驗(yàn)者由于個(gè)人實(shí)驗(yàn)差異，蒸出乙酸的量也不相同，但只要在相同實(shí)驗(yàn)條件、規(guī)范操作的情況下，蒸出的乙酸都是少量的，只有加入乙酸量的1%左右。
　　既然乙酸蒸出量很少，碳酸鈉溶液還有相當(dāng)多的剩余，溶液仍然呈現(xiàn)較強(qiáng)的堿性，那紅色為什么褪去了？酚酞去哪兒了？
　　查閱資料可知：酚酞是一種白色晶體狀粉末，不溶于水，1g酚酞可溶于13mL乙醇或70mL乙醚中[3]。由此可見，酚酞難溶于水而易溶于有機(jī)溶劑，那么酚酞是否被乙酸乙酯萃取到上層去了呢？
　　3 實(shí)驗(yàn)探究三 乙酸乙酯層中是否溶有酚酞
　　萃取能否發(fā)生與溶質(zhì)在不同溶劑中的溶解度緊密相關(guān)。因此，我們又做了如下三組對比實(shí)驗(yàn)，從溶解度的角度找到酚酞被乙酸乙酯萃取的依據(jù)。
　　4 實(shí)驗(yàn)探究四 酚酞在不同溶劑中溶解度的測定
　　從下面的實(shí)驗(yàn)可以看出，酚酞在水中的溶解度非常小，幾乎不溶于水，而酚酞在乙酸乙酯中的溶解度比在乙醇中還要大，因此乙酸乙酯將酚酞從碳酸鈉溶液中萃取出來是完全合理的，這才是酚酞褪色的真正原因。
　　我們一般認(rèn)為乙醇、乙酸、乙酸乙酯都是易揮發(fā)的液體，為何在乙酸乙酯制備實(shí)驗(yàn)的實(shí)際加熱過程中，乙酸蒸出會很少呢？筆者通過查閱文獻(xiàn)得到下面的數(shù)據(jù)。
　　從上面表格可以看出，乙酸、乙醇、乙酸乙酯的沸點(diǎn)是118.1℃、78.3℃、77.1℃，乙酸的沸點(diǎn)比乙醇和乙酸乙酯高得多，且乙酸不能和水、乙醇、乙酸乙酯形成恒沸物；而乙酸乙酯可以和乙醇、水分別形成二元恒沸物，導(dǎo)致沸點(diǎn)分別降為71.8℃和70.4℃，這與乙酸的沸點(diǎn)相差就更大了，相差達(dá)到46℃左右。因此不難分析出，酯化實(shí)驗(yàn)加熱時(shí)從反應(yīng)試管蒸出的主要是乙酸乙酯和乙醇，而乙酸是不易被蒸出來的，即使蒸出來也是少量的。那么在酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的操作過程中，溶液溫度是如何變化的？筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　5 實(shí)驗(yàn)探究五 酯化反應(yīng)過程中加熱溫度的測定
　　如圖1所示，在酯化實(shí)驗(yàn)裝置中加上一支溫度計(jì)，測量加熱過程中溶液的溫度變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　　反應(yīng)液受熱時(shí)溫度迅速上升，70℃左右微沸，保持微沸1～2分鐘后，大火加熱到80℃劇烈沸騰，85℃左右產(chǎn)生大量餾出液，此時(shí)可抽出溫度計(jì)至試管口，測試試管口溫度在80℃左右。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果和上面沸點(diǎn)數(shù)據(jù)基本吻合。
　　通過上述實(shí)驗(yàn)探究，可以得出以下結(jié)論：該實(shí)驗(yàn)中由于乙酸乙酯能形成二元恒沸物使沸點(diǎn)降低，而乙酸不能形成恒沸物，因此在酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件下，乙酸乙酯易被大量蒸出，而乙酸蒸出量較少；雖然有少量碳酸鈉會被乙酸中和，但仍有大量碳酸鈉剩余，因此乙酸與碳酸鈉反應(yīng)不是酚酞褪色的主要原因；由于酚酞在乙酸乙酯中的溶解度較大，所以振蕩后酚酞被乙酸乙酯萃取到了酯層中，這才是碳酸鈉溶液中酚酞褪色的根本原因。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]余灼森.制取乙酸乙酯時(shí)使含酚酞的碳酸鈉溶液褪色的原因探究[J].化學(xué)教學(xué)，2007，（9）：36，72.
　　[2]武漢大學(xué).分析化學(xué)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2000：319.
　　[3]張孫瑋，湯福隆，張?zhí)?現(xiàn)代化學(xué)試劑手冊（第二分冊）·化學(xué)分析試劑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1987：35.
　　[4] J. A.迪安主編.魏俊發(fā)等譯.蘭氏化學(xué)手冊（第十三版）[M].北京：科學(xué)出版社，2003：64～74.

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