乙炔制备及性质微型实验创新设计两例
2022-06-08
摘要：分析了人教版高中化学新教材中乙炔制备及性质实验中存在的问题，对试剂和装置进行了改进与创新。改进后的实验充分利用了医用和生活材料，具有新颖、环保和趣味等特点，体现了微型化、一体化的实验设计理念，增强了实验的教学功能。改进后的装置同样适合于二氧化碳等“固液不加热”型气体制备及性质实验。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：乙炔制备；乙炔性质；实验改进；微型实验
文章编号：1005–6629（2014）1–0061–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
现行人教版高中化学新教材[1]中关于乙炔制备与性质的实验方案主要存在以下问题：（1）电石与饱和氯化钠溶液反应太过剧烈，难以控制；（2）反应剧烈放热且会产生大量泡沫，容易堵塞导管；（3）装置庞大，组装和操作繁琐；（4）试剂用量较多，造成浪费；（5）制备的乙炔气流不稳定，点燃时火焰时大时小，产生大量浓烟，污染教室空气。针对以上问题，近年来不断有研究者从试剂和装置等方面进行改进。试剂方面的改进分别有利用乙醇溶液[2]、醋酸溶液[3]、氢氧化钠溶液[4]或者硫酸铜溶液[5]代替饱和食盐水以减缓反应的剧烈程度。装置方面的改进有代表性的有：孟令宝等利用吸有溶液的胶头滴管代替滴液漏斗，用具支试管代替锥形瓶组合进行实验[6]。邵在华改变操作方式，通过栓有电石的铜丝来控制溶液与电石的接触与分离，以控制反应的发生与停止[7]。以上都是基于常规实验仪器的改进，趣味性不强，装置需要组装较多仪器，不够便捷，而且栓在铜丝上的电石在实验中容易滑落至溶液中。
鉴于此，本实验利用医用和生活材料，进行了微型化和一体化的创新与改进，使实验试剂更科学，装置更简易，操作更简便，现象更明显。以期为广大教师课堂演示实验、学生分组实验、开展探究性实验提供参考。
1 实验用品
10 mL针筒（附针头），药片板，塑料滴管，橡胶导管，试管，单孔橡胶塞，10 mL青霉素瓶（附胶塞），酒精灯，滤纸，细线，棉花等。
电石（CaC2），饱和硫酸铜和无水乙醇的混合液（体积比2：1），0.1 mol/L的酸性高锰酸钾溶液，溴的四氯化碳溶液。
2 实验装置与操作
2.1 方案一
（1）在一次性塑料滴管吸泡的底部剪开一个小口，塞入2～3粒用棉花包裹的电石，在试管内装入约2 mL饱和硫酸铜和无水乙醇的混合液，如图1组装仪器（铁架台等固定装置已略去），针筒活塞先用水润湿以增强润滑性。
（2）实验开始后，将滴管吸泡部分浸入溶液中，可观察到吸泡内开始产生气泡，针筒活塞开始上升。待针筒内气体快要收集满之后，将球泡上拉使之与液体分离，反应逐渐停止。
（3）从橡皮管上取下针筒，用气夹夹住橡皮管。针筒装上针头，然后扎入橡皮塞中以防止乙炔泄露。
（4）在药片板的两个孔穴上分别滴入8滴酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液。依次把集有乙炔气体的针筒针头插入酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液，推动活塞，使气体通入溶液，可观察到溶液逐渐褪色。
（5）点燃酒精灯，将针筒的针头置于火焰上，推动活塞，点燃乙炔气体。可以观察到针头处产生明亮的火焰，并看到有少量黑烟生成，通过推动活塞能够控制火焰的大小。
2.2 方案二
（1）在针筒内吸入饱和硫酸铜和无水乙醇的混合液约4 mL，在青霉素瓶中放入几粒电石，将湿润的浸有酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液的试纸用细线绑好悬挂于瓶子中，另取一针头通过瓶塞由内向外刺出，如图4组装仪器。
（2）实验开始后从针筒向瓶内滴加溶液，可观察到电石表面有气泡产生，浸有酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液的滤纸逐渐褪色，通过对比可以观察到酸性高锰酸钾滤纸褪色的速率更快。在针头处点燃可观察到有火焰生成。
3 启示
教材实验的微型化和一体化组合设计是当前中学化学实验改进研究的一个热点，既能提高学生的学习兴趣，也能增强实验的教学功能。本实验改进主要体现以下三个方面的特色：
3.1 试剂方面的改进
改进实验中将饱和氯化钠溶液换成了饱和硫酸铜溶液和无水乙醇的混合液，有效减缓了与电石反应的剧烈程度，硫酸铜溶液可以吸收电石与水反应产生的H2S、AsH3等杂质气体，乙醇溶液还能够减少反应产生的泡沫。将电石用棉花包裹除了能够减少其与水的接触面，降低反应速率，还能够防止泡沫冲出堵塞导管。
实验中试剂用量少，只需几粒电石，几毫升溶液，高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液均用相应的试纸替代，试剂用量微量化，尾气可以直接点燃，减少了对环境的污染，体现了绿色化学的思想。
3.2 装置方面的改进
实验用品来源广泛，生活化。针筒、塑料滴管和青霉素瓶等用品均来源医用或生活材料，成本低廉，还可以循环利用。
实验装置微型化，各部分体积小，减少了排除装置空气所需要的试剂用量和时间。无论方案一还是方案二，装置都能做到“随开随用，随关随停”。其中，方案二做到了气体的制取、性质实验一体化，操作非常简便，现象非常明显。方案一乙炔燃烧的火焰能够自由控制调节，课堂演示效果非常好。
装置新颖，趣味性强，非常适用于学生分组实验和探究性实验，对增强学生的学习兴趣，培养学生的动手能力、环保意识和科学素养有极大的意义。
3.3 实验装置的拓展性
本文设计的实验装置有助于增强课堂演示实验的效果，为广大教师进行乙炔制备及性质实验提供参考。同时，本实验的装置对于氢气、二氧化碳等“固液不加热”型的气体制取与性质实验也非常适合，具有广泛的适用性。
参考文献：
[1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础[M].北京：人民教育出版社，2007.
[2]向玉耀，向东兴.用不同溶液制乙炔的实验探究[J].实验教学与仪器，2004，（12）：23～24.
[3]彭贤春.乙炔制备实验的探析[J].化学教学，2006，（9）：9～10.
[4]刘强，王磊，张小平等.适合高中师生研究乙烯和乙炔的制取与性质的微型实验装置[J].化学教育，2004，（12）：47～49.
[5]王友虎.乙炔制取的实验改进[J].实验教学与仪器，2006，（2）：22.
[6]孟令宝，熊言林.乙炔性质系列实验的组合设计[J].化学教学，2004，（4）：14～15.
[7]邵在华.乙炔的实验改进[J].教学仪器与实验，2006，（4）：38.
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关键词：乙炔制备；乙炔性质；实验改进；微型实验
文章编号：1005–6629（2014）1–0061–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
现行人教版高中化学新教材[1]中关于乙炔制备与性质的实验方案主要存在以下问题：（1）电石与饱和氯化钠溶液反应太过剧烈，难以控制；（2）反应剧烈放热且会产生大量泡沫，容易堵塞导管；（3）装置庞大，组装和操作繁琐；（4）试剂用量较多，造成浪费；（5）制备的乙炔气流不稳定，点燃时火焰时大时小，产生大量浓烟，污染教室空气。针对以上问题，近年来不断有研究者从试剂和装置等方面进行改进。试剂方面的改进分别有利用乙醇溶液[2]、醋酸溶液[3]、氢氧化钠溶液[4]或者硫酸铜溶液[5]代替饱和食盐水以减缓反应的剧烈程度。装置方面的改进有代表性的有：孟令宝等利用吸有溶液的胶头滴管代替滴液漏斗，用具支试管代替锥形瓶组合进行实验[6]。邵在华改变操作方式，通过栓有电石的铜丝来控制溶液与电石的接触与分离，以控制反应的发生与停止[7]。以上都是基于常规实验仪器的改进，趣味性不强，装置需要组装较多仪器，不够便捷，而且栓在铜丝上的电石在实验中容易滑落至溶液中。
鉴于此，本实验利用医用和生活材料，进行了微型化和一体化的创新与改进，使实验试剂更科学，装置更简易，操作更简便，现象更明显。以期为广大教师课堂演示实验、学生分组实验、开展探究性实验提供参考。
1 实验用品
10 mL针筒（附针头），药片板，塑料滴管，橡胶导管，试管，单孔橡胶塞，10 mL青霉素瓶（附胶塞），酒精灯，滤纸，细线，棉花等。
电石（CaC2），饱和硫酸铜和无水乙醇的混合液（体积比2：1），0.1 mol/L的酸性高锰酸钾溶液，溴的四氯化碳溶液。
2 实验装置与操作
2.1 方案一
（1）在一次性塑料滴管吸泡的底部剪开一个小口，塞入2～3粒用棉花包裹的电石，在试管内装入约2 mL饱和硫酸铜和无水乙醇的混合液，如图1组装仪器（铁架台等固定装置已略去），针筒活塞先用水润湿以增强润滑性。
（2）实验开始后，将滴管吸泡部分浸入溶液中，可观察到吸泡内开始产生气泡，针筒活塞开始上升。待针筒内气体快要收集满之后，将球泡上拉使之与液体分离，反应逐渐停止。
（3）从橡皮管上取下针筒，用气夹夹住橡皮管。针筒装上针头，然后扎入橡皮塞中以防止乙炔泄露。
（4）在药片板的两个孔穴上分别滴入8滴酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液。依次把集有乙炔气体的针筒针头插入酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液，推动活塞，使气体通入溶液，可观察到溶液逐渐褪色。
（5）点燃酒精灯，将针筒的针头置于火焰上，推动活塞，点燃乙炔气体。可以观察到针头处产生明亮的火焰，并看到有少量黑烟生成，通过推动活塞能够控制火焰的大小。
2.2 方案二
（1）在针筒内吸入饱和硫酸铜和无水乙醇的混合液约4 mL，在青霉素瓶中放入几粒电石，将湿润的浸有酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液的试纸用细线绑好悬挂于瓶子中，另取一针头通过瓶塞由内向外刺出，如图4组装仪器。
（2）实验开始后从针筒向瓶内滴加溶液，可观察到电石表面有气泡产生，浸有酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液的滤纸逐渐褪色，通过对比可以观察到酸性高锰酸钾滤纸褪色的速率更快。在针头处点燃可观察到有火焰生成。
3 启示
教材实验的微型化和一体化组合设计是当前中学化学实验改进研究的一个热点，既能提高学生的学习兴趣，也能增强实验的教学功能。本实验改进主要体现以下三个方面的特色：
3.1 试剂方面的改进
改进实验中将饱和氯化钠溶液换成了饱和硫酸铜溶液和无水乙醇的混合液，有效减缓了与电石反应的剧烈程度，硫酸铜溶液可以吸收电石与水反应产生的H2S、AsH3等杂质气体，乙醇溶液还能够减少反应产生的泡沫。将电石用棉花包裹除了能够减少其与水的接触面，降低反应速率，还能够防止泡沫冲出堵塞导管。
实验中试剂用量少，只需几粒电石，几毫升溶液，高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液均用相应的试纸替代，试剂用量微量化，尾气可以直接点燃，减少了对环境的污染，体现了绿色化学的思想。
3.2 装置方面的改进
实验用品来源广泛，生活化。针筒、塑料滴管和青霉素瓶等用品均来源医用或生活材料，成本低廉，还可以循环利用。
实验装置微型化，各部分体积小，减少了排除装置空气所需要的试剂用量和时间。无论方案一还是方案二，装置都能做到“随开随用，随关随停”。其中，方案二做到了气体的制取、性质实验一体化，操作非常简便，现象非常明显。方案一乙炔燃烧的火焰能够自由控制调节，课堂演示效果非常好。
装置新颖，趣味性强，非常适用于学生分组实验和探究性实验，对增强学生的学习兴趣，培养学生的动手能力、环保意识和科学素养有极大的意义。
3.3 实验装置的拓展性
本文设计的实验装置有助于增强课堂演示实验的效果，为广大教师进行乙炔制备及性质实验提供参考。同时，本实验的装置对于氢气、二氧化碳等“固液不加热”型的气体制取与性质实验也非常适合，具有广泛的适用性。
参考文献：
[1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础[M].北京：人民教育出版社，2007.
[2]向玉耀，向东兴.用不同溶液制乙炔的实验探究[J].实验教学与仪器，2004，（12）：23～24.
[3]彭贤春.乙炔制备实验的探析[J].化学教学，2006，（9）：9～10.
[4]刘强，王磊，张小平等.适合高中师生研究乙烯和乙炔的制取与性质的微型实验装置[J].化学教育，2004，（12）：47～49.
[5]王友虎.乙炔制取的实验改进[J].实验教学与仪器，2006，（2）：22.
[6]孟令宝，熊言林.乙炔性质系列实验的组合设计[J].化学教学，2004，（4）：14～15.
[7]邵在华.乙炔的实验改进[J].教学仪器与实验，2006，（4）：38.