李偉偉+李光躍+劉玉暢+孫曉然

摘要：乙酸乙酯可以使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色，許多教師把此現(xiàn)象解釋為乙酸乙酯的堿性水解。為探究該褪色的真實(shí)原因，通過設(shè)計(jì)一系列實(shí)驗(yàn)、對照以及理論計(jì)算、分析，證實(shí)了褪色的真正原因是乙酸乙酯萃取了溶液中的酚酞。

關(guān)鍵詞：乙酸乙酯；氫氧化鈉；酚酞；溶液褪色；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號：1005–6629（2017）12–0068–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

高中化學(xué)習(xí)題常涉及到“乙酸乙酯使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色”這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。許多教師把溶液褪色的原因解釋為，加入的乙酸乙酯與氫氧化鈉溶液發(fā)生水解反應(yīng)，生成乙酸鈉和乙醇。但實(shí)際上乙酸鈉水溶液顯堿性，仍然可能使酚酞變紅（pH>8.2，酚酞由無色變?yōu)闇\紅色）。所以我們認(rèn)為乙酸乙酯的水解反應(yīng)可能不是使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色的原因。為此，我們進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)來證實(shí)此想法，并尋找褪色現(xiàn)象的真正原因。

1 主要試劑及儀器

使用的主要試劑包括：氫氧化鈉（分析純）、酚酞（pH指示劑）、乙酸乙酯（分析純）、乙酸鈉（分析純）、石蠟油（分析純）、甲苯（分析純）、四氯化碳（分析純）、正丁醇（分析純）、環(huán)己酮（分析純），石油醚（分析純）和純水。（其中氫氧化鈉購自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司，純水通過反滲透法制得，其余試劑均購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。）

實(shí)驗(yàn)中溶液的pH由HY5116型pH計(jì)（濟(jì)南恒耀電子科技有限公司）測得。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)探究一：乙酸乙酯使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色情況

（1）配制0.10mol/L的氫氧化鈉溶液，滴加幾滴酚酞溶液，溶液變紅。

（2）取2mL上述溶液于試管中，再向溶液中加入2mL乙酸乙酯，輕輕振蕩試管，不需加熱，酚酞很快（<1min）褪色。

從酚酞褪色時(shí)間和反應(yīng)條件來看，乙酸乙酯使酚酞褪色的原因不可能是乙酸乙酯的水解。因?yàn)檫^量的乙酸乙酯在不加熱的條件下與氫氧化鈉完全反應(yīng)，需要一段較長的時(shí)間。理論上，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氫氧化鈉濃度越來越小，堿性水解速率越來越慢，氫氧化鈉不會在短時(shí)間內(nèi)完全反應(yīng)。

2.2 實(shí)驗(yàn)探究二：酚酞使0.10mol/L醋酸鈉溶液變色情況

乙酸乙酯遇氫氧化鈉溶液發(fā)生水解，水相中氫氧化鈉剩余越少，其堿性就越小。假設(shè)氫氧化鈉完全反應(yīng)，此時(shí)溶液為0.10mol/L乙酸鈉溶液。

2.3 實(shí)驗(yàn)探究三：乙酸乙酯使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色的原因

（1）取5.0mL含酚酞的0.10mol/L氫氧化鈉溶液于分液漏斗中，向分液漏斗中加入5.0mL乙酸乙酯，充分振蕩后將溶液靜置，分層。

（2）取少許下層水溶液，滴加幾滴0.10mol/L的氫氧化鈉溶液，溶液仍然保持無色；另取少許下層水溶液，滴加幾滴酚酞，溶液變紅。

假設(shè)乙酸乙酯使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色僅僅是因?yàn)橐宜嵋阴サ乃?，那么酚酞?yīng)留在水層。此時(shí)，若向水溶液中滴加氫氧化鈉溶液，理論上溶液應(yīng)由無色變?yōu)榧t色；若向水溶液中滴加酚酞，理論上溶液應(yīng)該依然保持無色。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰恰與假設(shè)相反。這再次說明酚酞已經(jīng)由水層轉(zhuǎn)移到酯層。換句話說，乙酸乙酯萃取了水相中的酚酞。酚酞和乙酸乙酯一樣，是一種酯類化合物（見圖1）。相似的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致酚酞在乙酸乙酯中的溶解度較大[2]，所以水層中具有內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的酚酞（H2In）逐漸被萃取到酯層中。水層中H2In濃度下降會導(dǎo)致紅色的In2-轉(zhuǎn)化為無色的H2In，我們就觀察到了溶液褪色。謝雕等也曾經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)中，酯層使含酚酞的碳酸鈉溶液褪色的原因是酯層萃取了酚酞[3，4]。

2.4 實(shí)驗(yàn)探究四：哪些有機(jī)溶劑可使含有酚酞的氫氧化鈉溶液褪色

既然乙酸乙酯因萃取酚酞使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色，那么其他有機(jī)溶劑是否也可因萃取而使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色呢？為此，我們選擇了7種極性不同的溶劑（以相對介電常數(shù)衡量），進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)。

（1）分別配制了0.10mol/L和0.01mol/L的氫氧化鈉溶液，向兩溶液中分別滴加幾滴酚酞，溶液均變紅。

（2）分別取含酚酞的0.01mol/L氫氧化鈉溶液2.0mL于8支試管中，向其中7支試管中分別加入2.0mL乙酸乙酯、石蠟油、甲苯、四氯化碳、正丁醇、環(huán)己酮、石油醚（沸程30～60℃），實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

（3）分別取含酚酞的0.10mol/L氫氧化鈉溶液重復(fù)上一步實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，極性較大的有機(jī)溶劑（如正丁醇，環(huán)己酮）可以使含酚酞的0.01mol/L的氫氧化鈉溶液褪色，而極性較小的有機(jī)溶劑或者非極性有機(jī)溶劑（如甲苯、石油醚、四氯化碳等），由于對酚酞的溶解度小，不能使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色。這是因?yàn)榉犹膬?nèi)酯結(jié)構(gòu)H2In中含有酚羥基和酯基官能團(tuán)，極性較大。根據(jù)“相似相溶”原理，H2In在極性有機(jī)溶劑中的溶解度大于其在非極性有機(jī)溶劑中的溶解度。H2In在正丁醇、環(huán)己酮等有機(jī)溶劑中的溶解度較大，使得水相中更多H2In被萃取到有機(jī)相，H2In濃度下降導(dǎo)致圖1中平衡左移，最終In2-轉(zhuǎn)化為無色的H2In結(jié)構(gòu)，我們就觀察到了溶液褪色。

由表1可以看出：氫氧化鈉溶液濃度為0.10mol/L時(shí)，正丁醇和環(huán)己酮也無法使其褪色，只有乙酸乙酯可使其褪色。這是因?yàn)闅溲趸c溶液濃度大，圖1中平衡右移，酚酞更多以In2-結(jié)構(gòu)存在，即水相中In2-的濃度較大，而H2In濃度較小。只有有機(jī)溶劑對H2In的萃取能力足夠大，才能使水相中H2In更多地被萃取到有機(jī)相中，水相中H2In濃度下降，從而使圖1中的平衡左移，紅色的In2-逐漸轉(zhuǎn)化為無色的H2In。實(shí)驗(yàn)使用的有機(jī)溶劑中，只有乙酸乙酯和H2In結(jié)構(gòu)相似，它對H2In的溶解度最大[6]，所以，所采用的有機(jī)溶劑中，只有乙酸乙酯可使含酚酞的0.10mol/L的氫氧化鈉溶液褪色。

3 結(jié)論

本文通過設(shè)計(jì)一系列實(shí)驗(yàn)，探究乙酸乙酯可以使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色的原因。將過量乙酸乙酯和含酚酞的氫氧化鈉溶液充分混合，無需加熱氫氧化鈉溶液就迅速褪色。我們配制了0.10mol/L的醋酸鈉溶液，滴加酚酞，溶液變紅。假如0.10mol/L的氫氧化鈉溶液完全與乙酸乙酯反應(yīng)，生成的0.10mol/L的醋酸鈉仍可以使酚酞變紅，這說明水相中已經(jīng)沒有酚酞，酚酞已經(jīng)轉(zhuǎn)移到酯層。將氫氧化鈉溶液和過量乙酸乙酯溶液充分振蕩并靜置分液，取少量的無色下層水溶液中滴加酚酞，會觀察到溶液變紅；另取少量無色下層水溶液滴加氫氧化鈉溶液，溶液不會變紅，這同樣說明原來的酚酞被乙酸乙酯萃取到了酯層。總之，乙酸乙酯之所以使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色，是因?yàn)檩腿《皇撬?。除了乙酸乙酯之外，正丁醇、環(huán)己酮等極性有機(jī)溶劑也可使含酚酞的0.01mol/L氫氧化鈉溶液因萃取而褪色。

參考文獻(xiàn)：

[1]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.

[2]謝雕，唐婭.乙酸乙酯制備實(shí)驗(yàn)中酚酞褪色原因的探究[J].化學(xué)教學(xué)，2016，（12）：64～66.

[3]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.

[4][5] Lide D. CRC Handbook of Chemistry and Physics（84th） [J]. American Journal of the Medical Sciences，2003：6～148.

[6]孫張瑋，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.endprint