唐漢林 汪文雄
銀鏡反應(yīng)是高中有機化學(xué)中的一個重要實驗,是一個趣味性很強的實驗,也是一個極富應(yīng)用價值的實驗。工業(yè)中可以利用銀鏡反應(yīng)生產(chǎn)出光亮的鏡子、熱水瓶內(nèi)膽等產(chǎn)品。實驗時,大家總是得不到光亮的銀鏡,究其原因是大家對該實驗的要求缺乏深刻的理解,對實驗細節(jié)的把握不到位。為了幫助大家認識影響銀鏡反應(yīng)實驗效果的因素,本文擬對溫度、銀氨溶液的濃度、還原劑的還原能力以及溶液的堿性強弱等因素對銀鏡反應(yīng)實驗的影響進行再探究。
探究一試管是否潔凈對實驗效果的影響
操作步驟分別取一支潔凈試管(編號1)和一支內(nèi)有灰塵的不潔凈試管(編號2),按課本中的方法進行銀鏡反應(yīng)實驗(熱水溫度約80℃,室溫7℃,乙醛質(zhì)量分數(shù)為40%,下同)。
實驗現(xiàn)象在水浴加熱過程中,兩支試管中溶液的顏色均由無色→灰白色→暗紅色→銀白色,接著試管內(nèi)壁出現(xiàn)光亮的銀鏡。10分鐘后取出,銀鏡效果照片如下所示??梢钥吹?號試管銀鏡附著均勻,鏡面光亮,反光性較好;2號試管銀鏡附著不均勻,鏡面較暗,反光性較差。
結(jié)論及釋疑試管是否潔凈對銀鏡實驗效果有很大影響。試管不潔凈,銀會附著在其他顆粒物上,只得到黑色疏松的銀沉淀,銀粉很細小,反射的光線不密集,看上去就不是光亮的銀白色,形成不了光亮的鏡面。
探究二振蕩對實驗效果的影響
操作步驟取兩支潔凈試管,編為3號和4號,分別做銀鏡反應(yīng)實驗。3號試管滴入乙醛溶液后不振蕩,直接水浴加熱;4號試管放入水浴燒杯中,當(dāng)剛開始產(chǎn)生銀鏡時便取出,振蕩后再放入水浴燒杯中加熱,10分鐘后取出觀察。
實驗現(xiàn)象銀鏡效果照片如下所示。與1號試管比較,3號試管中銀鏡不太厚實,反光度較差,4號試管銀鏡附著更稀薄,鏡面效果更差。
結(jié)論及釋疑水浴前要充分振蕩,這樣更有利于反應(yīng)充分,產(chǎn)生銀鏡效果更好。而水浴中不能振蕩試管,否則還未附著好的銀鏡很易脫落下來,不能很好地附著在試管內(nèi)壁上。
探究三其它能夠發(fā)生銀鏡反應(yīng)的物質(zhì)
實驗(一)取一支潔凈試管編為5號,用10%的葡萄糖溶液代替乙醛溶液完成銀鏡反應(yīng)實驗。
實驗現(xiàn)象大約1分鐘后可以看到試管壁上慢慢出現(xiàn)光亮銀鏡,且光亮度越來越高。10分鐘后取出,銀鏡效果照片如下所示??梢钥吹姐y鏡非常光亮,附著更加均勻,效果非常好。
實驗(二)取一支試管編為6號,用37%的甲醛溶液代替乙醛溶液完成銀鏡反應(yīng)實驗。
實驗現(xiàn)象當(dāng)甲醛溶液剛滴加到銀氨溶液中時,溶液迅速變黑,同時試管壁上也迅速產(chǎn)生銀鏡,約5秒時效果照片如下所示??梢钥吹皆嚬鼙谏细街你y鏡較為均勻,鏡面效果不錯。
實驗(三)取一支試管編為7號,同樣用甲醛代替乙醛完成銀鏡反應(yīng)實驗,產(chǎn)生與6號同樣現(xiàn)象,然后迅速進行水浴加熱。
實驗現(xiàn)象銀鏡附著非常迅速,光亮程度越來越好,但大約8秒后銀鏡光澤度開始降低,鏡面效果越來越差,2分鐘后取出,效果照片如下所示。可以看到,試管壁上只有少量稀松的銀鏡附著,達不到好的鏡面效果。
實驗(四)取一支試管編為8號,用85%的甲酸溶液代替乙醛溶液完成銀鏡反應(yīng)實驗。當(dāng)甲酸滴入銀氨溶液時,會看到迅速產(chǎn)生白色霧狀,效果照片如下所示(開始以為是甲酸揮發(fā)所致,后補做實驗,將甲酸直接滴到空試管中時并未見到白霧;而后想到可能是銀氨溶液中揮發(fā)出的氨氣與揮發(fā)出的甲酸反應(yīng)所致,于是將甲酸溶液向裝有少量稀氨水的試管中滴加,果然看到相同現(xiàn)象)。然后進行水浴加熱。
實驗現(xiàn)象加熱過程中只看到溶液顏色變得暗淡,并未產(chǎn)生銀鏡。
實驗(五)取一支試管編為9號,取出1 mL甲酸溶液于小燒杯中,用pH試紙測得pH為1,用NaOH溶液逐滴滴加至溶液pH為11,然后用所得溶液完成銀鏡反應(yīng)實驗。
實驗現(xiàn)象同樣可以看到銀鏡產(chǎn)生過程,10分鐘后取出,效果照片如下所示。
結(jié)論及釋疑1. 葡萄糖能發(fā)生銀鏡反應(yīng),可以產(chǎn)生比乙醛更好的銀鏡效果。一是因為乙醛易于揮發(fā),在實驗時,若條件控制不當(dāng),乙醛可能在反應(yīng)前就部分揮發(fā)了;二是葡萄糖的α位上有羥基,而羥基可以增大醛基的氧化活性,所以葡萄糖能產(chǎn)生更厚實、鏡面效果更好的銀鏡。
2. 甲醛能發(fā)生銀鏡反應(yīng),且極為迅速,若加熱,速度更快但容易脫落。由于甲醛中醛基的質(zhì)量分數(shù)含量較高,所以反應(yīng)較為迅速。但速度太快,銀附著不緊密,顆粒太大后很易脫落。
3. 甲酸無法產(chǎn)生銀鏡效果,但中和為弱堿性后可以產(chǎn)生銀鏡效果。這是因為產(chǎn)生銀鏡需要在弱堿性條件下進行,而甲酸溶液呈酸性,故而不能產(chǎn)生銀鏡;而當(dāng)中和為甲酸鈉時,仍有醛基存在且溶液為弱堿性,所以可產(chǎn)生銀鏡。
探究四銀鏡反應(yīng)是否一定要加熱
實驗操作取一支潔凈試管編為10號,配好銀氨溶液并滴加3滴乙醛溶液,再加入2滴5%的NaOH溶液并振蕩。
實驗現(xiàn)象溶液迅速變?yōu)楹稚⒊霈F(xiàn)光亮銀鏡。約30秒時,效果照片如下:
結(jié)論及釋疑銀鏡反應(yīng)必須在弱堿性溶液中進行,pH一般應(yīng)控制在9~10。銀氨溶液存在如下平衡:2OH-+2[Ag(NH3)2]+→Ag2O↓+4NH3+H2O,該平衡在強堿性和加熱條件下,都有利于Ag2O的生成,而Ag2O易分解形成銀鏡。所以在堿性較強的條件下,銀氨溶液本身也可得到光亮的銀鏡,無需含醛基化合物和加熱。
探究五一定要用玻璃材質(zhì)才會出現(xiàn)銀鏡
實驗操作分別用一個透明塑料杯和干凈的瓷碗完成銀鏡反應(yīng)實驗。
實驗現(xiàn)象溶液顏色也會由無色→灰白色→暗灰色→銀白色,但器壁上少有銀鏡產(chǎn)生。20分鐘后取出,效果照片如下所示??梢钥吹诫m均有銀鏡產(chǎn)生但鏡面效果極差,搖動后容易脫落。
結(jié)論及釋疑銀鏡反應(yīng)可以在塑料和瓷質(zhì)材料的容器中發(fā)生,但鏡面效果較差,附著也不緊密,容易脫落。制鏡及保溫瓶瓶膽時用玻璃材質(zhì),考慮了很多因素,筆者認為玻璃表面更加光滑,易于產(chǎn)生效果更好的鏡面,這應(yīng)該是其中的一個重要因素。
銀鏡反應(yīng)實驗看似容易,但要做出非常好的效果其實很難,主要是大家對實驗細節(jié)缺乏深刻的理解,實際操作中,容易顧此失彼,從而導(dǎo)致實驗失敗?;瘜W(xué)本身就是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,化學(xué)實驗是研究和學(xué)習(xí)化學(xué)的最重要的方法,化學(xué)實驗不僅能幫助我們建構(gòu)知識,也能突破學(xué)習(xí)中的難點。本文通過探究銀鏡反應(yīng)實驗成功的關(guān)鍵,旨在加深我們對影響銀鏡反應(yīng)實驗成功的一系列因素的理解,認識探究實驗的意義,進一步掌握探究實驗的一般方法,增加學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,培養(yǎng)嚴(yán)謹求實的科學(xué)態(tài)度。