實(shí)驗(yàn)室制備乙烯的實(shí)驗(yàn)探究

袁穎

摘要：乙烯的實(shí)驗(yàn)室制法是中學(xué)化學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，從探究式學(xué)習(xí)的角度，用對(duì)照實(shí)驗(yàn)分析并解決了乙醇和濃硫酸的最佳體積配比為1∶3，反應(yīng)溫度控制在160～180℃為宜等問題。并以此為例闡述了探究式學(xué)習(xí)過程中的基本思路與實(shí)施方法。

關(guān)鍵詞：條件探究?jī)?yōu)化；乙烯的實(shí)驗(yàn)室制備；生石灰；裝置改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)室一般是在加熱條件下，用濃硫酸使乙醇脫水制取乙烯。其中濃硫酸起脫水劑和催化劑作用。在約140℃時(shí)，乙醇脫水生成乙醚C2H5OC2H5；在約170℃時(shí)，生成乙烯。

這是在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物相同，反應(yīng)條件不同而生成物不同的典型例子之一。檢查裝置氣密性后，先在燒瓶中加入10毫升乙醇，然后分批緩緩加入濃硫酸共約30毫升。在乙醇中加入濃硫酸時(shí)，由于發(fā)生化學(xué)作用而放出大量熱，要冷卻后再繼續(xù)加濃硫酸，防止乙醇大量氣化。再向燒瓶里加入幾片碎瓷片。為了控制混合液受熱溫度在170℃左右，須把溫度計(jì)的水銀球進(jìn)入混合液中。加熱時(shí)，要使混合液的溫度迅速越過140℃溫度區(qū)，這樣，可以減少副產(chǎn)物乙醚的生成?；旌弦旱臏囟冗_(dá)到170℃時(shí)，即有乙烯產(chǎn)生。乙烯難熔于水，應(yīng)該用排水法收集。按教材要求該實(shí)驗(yàn)中加熱混合液到做完性質(zhì)演示實(shí)驗(yàn)，一般需要十至二十分鐘左右時(shí)間。且點(diǎn)火燃燒時(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不理想。我經(jīng)多次查資料、實(shí)驗(yàn)后，將該實(shí)驗(yàn)作如下探究?jī)?yōu)化，獲得很好的效果，先介紹如下：

一、從反應(yīng)原理考慮反應(yīng)條件優(yōu)化

乙烯氣體的制備原理：

CH3CH2-OH+H2SO4（濃）CH3CH2OSO2O（（硫酸氫乙酯）+H2O（1）

CHSCH2OSO2OHCH2=CH2↑+H2SO4（170℃）（2）

根據(jù)反應(yīng)（1），為了有利于硫酸氫乙酯的生成，將乙醇和濃硫酸的混合液加熱到80至90℃左右后，投入生石灰（以小顆粒好）。加入生石灰、乙醇、濃硫酸的，量分別為：5克、10ml、20ml為宜。

加生石灰有以下四個(gè)作用：

1、有利于硫酸氫乙酯的生成：

反應(yīng)（1）為可逆反應(yīng)，加入生石灰吸收生成物中的水有利于向生成硫酸氫乙酯的方向進(jìn)行。雖然生石灰也與反應(yīng)物中的濃硫酸反應(yīng)，但是反應(yīng)很慢且量少。故在反應(yīng)體系中生石灰與水反應(yīng)（吸水）起主導(dǎo)作用。

2、使反應(yīng)體體系溫度迅速升高：

當(dāng)生石灰加入后，CaO與反應(yīng)體系中原有的水和生成的水迅速反應(yīng)，放出大量的熱，使整個(gè)反應(yīng)體系的溫度由80至90℃左右迅速上升到乙烯氣體的生成溫度170℃，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間。

其反應(yīng)：CaO+H2O===Ca（OH）2+熱量

3、有利于CH3CH2OSO2OH的分解和乙烯的生成：

反應(yīng)（2）屬消去反應(yīng)，與鹵代烴消去鹵化氫相似。高溫和強(qiáng)堿性試劑CaO與Ca（OH）2的存在，都有利于CH3CH2OSO2OH的分解和CH2=CH2氣體的生成。

4、減少了濃硫酸的氧化作用

在反應(yīng)中加入CaO和生成的Ca（OH）2與體系中的硫酸反應(yīng)，使硫酸的量相對(duì)減少。從而減少了乙烯氣體中副產(chǎn)物SO2、CO2、H2O等氣體的含量。

二、裝置上的改進(jìn)：實(shí)驗(yàn)室裝置如下

1、在反應(yīng)裝置（由A+C組成）上，將從燒瓶口引出的玻璃導(dǎo)管由細(xì)改粗并加長(zhǎng)了。一般以內(nèi)徑為1.2～1.4cm、長(zhǎng)約50cm左右為宜。是因乙烯氣體氣體中混有液態(tài)的乙醇、水等，若玻璃管太細(xì)，常阻塞管道，使氣流不暢，造成乙烯氣體點(diǎn)火燃燒時(shí)不連續(xù)。加粗后就避免了這一現(xiàn)象的發(fā)生。加高是乙醇和水等蒸汽更好的冷凝回流，同時(shí)使密度較大的氣體，如SO2、CO2等不易過去，從而減少了乙烯氣體中乙醇、水、SO2、CO2等氣體的含量，從而達(dá)到好的演示效果。

2、在反應(yīng)裝置（由A+B+C組成）上，要獲得較純凈的乙烯，也可以把由燒瓶出來的氣體先經(jīng)過10NaOH溶液洗氣除去SO2、CO2等，然后再收集。從而雙重達(dá)到較好的演示效果。

三、改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

1、大大節(jié)約了時(shí)間。改進(jìn)前，從加熱混合液開始計(jì)時(shí)，到做完性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的全過程一般需十至二十分鐘左右的時(shí)間。改進(jìn)后，只需三至五分鐘時(shí)間即可完成上述過程。

2、演示效果好。當(dāng)加入CaO后，反應(yīng)體系溫度迅速升高，瞬間即達(dá)到乙烯氣體的生成溫度，隨即將導(dǎo)管通入酸性高錳酸鉀或溴水中，溶液顏色立刻消失；點(diǎn)火燃燒時(shí)，產(chǎn)生明亮的火焰，并清楚地看到有黑煙。火焰長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

3、節(jié)約了藥品。改乙醇與濃硫酸的體積比1：3為1：2，一是降低了成本；二是減少了濃硫酸用量后，既可縮短加熱時(shí)間，又降低了因硫酸過量而引起的氧化作用。

四、幾點(diǎn)注意

1、燒瓶、導(dǎo)氣管等儀器，要加入藥品之前先檢驗(yàn)其氣密性，氣密性合格的儀器才能使用。2、實(shí)驗(yàn)中所用的藥品之一濃硫酸，其作用是無水酒精分解的催化劑和脫水劑。為了保證有足夠的脫水性，硫酸要98濃硫酸，酒精要用無水酒精。3、燒瓶的耐熱性差，直接接觸火焰時(shí)易炸裂。一但燒瓶炸裂，無水酒精和濃硫酸溢漏的不良后果是十分嚴(yán)重的。因此，燒瓶必須墊石棉網(wǎng)，以防燒瓶炸裂。4、在無水酒精和濃硫酸的混合物中生成乙烯氣體的適宜溫度是170℃左右。實(shí)驗(yàn)中通過使無水酒精和濃硫酸混合物的溫度迅速上升到并穩(wěn)定于170℃左右。5、溫度計(jì)要選擇量程在200℃～300℃之間的為宜。溫度計(jì)的感溫泡要置于反應(yīng)物的中央位置，因?yàn)樾枰獪y(cè)量的是反應(yīng)物（混合液）的溫度。6、收集乙烯的集氣瓶，蓋好毛玻璃片后倒放在實(shí)驗(yàn)桌上。7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，要先將導(dǎo)氣管從水中取出，再熄滅酒精燈。反之，會(huì)導(dǎo)致水被倒吸。8、實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)待燒瓶里的殘粥狀黑色混合物以及溫度計(jì)冷卻后再清洗。

參考文獻(xiàn)：

[1]人教版高二化學(xué)第五章第三節(jié)（必修加選修）

[2]高等學(xué)校教材《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》（第二版）

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[4]譚宗俊，唐松林.乙炔制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的理論淺析[J].《化學(xué)教學(xué)》.2012.6.