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        乙酸乙酯使含酚酞的氫氧化鈉溶液褪色的原因研究

        2018-02-05 17:21:09李偉偉李光躍劉玉暢孫曉然
        化學(xué)教學(xué) 2017年12期
        關(guān)鍵詞:酚酞實(shí)驗(yàn)探究氫氧化鈉

        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(guò)設(shè)計(jì)一系列實(shí)驗(yàn)、對(duì)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(hào):1005–6629(2017)12–0068–03 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(wú)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(lái)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(gòu)自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司,純水通過(guò)反滲透法制得,其余試劑均購(gòu)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(cè)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(lái)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^(guò)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(zhǎng)的時(shí)間。理論上,隨著反應(yīng)進(jìn)行,氫氧化鈉濃度越來(lái)越小,堿性水解速率越來(lái)越慢,氫氧化鈉不會(huì)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(wú)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猓敲捶犹獞?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(wú)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(wú)色。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰恰與假設(shè)相反。這再次說(shuō)明酚酞已經(jīng)由水層轉(zhuǎn)移到酯層。換句話說(shuō),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(huì)導(dǎo)致紅色的In2-轉(zhuǎn)化為無(wú)色的H2In,我們就觀察到了溶液褪色。謝雕等也曾經(jīng)通過(guò)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(duì)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(duì)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(wú)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(wú)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(duì)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(wú)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(duì)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(guò)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(guò)量乙酸乙酯和含酚酞的氫氧化鈉溶液充分混合,無(wú)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(shuō)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(guò)量乙酸乙酯溶液充分振蕩并靜置分液,取少量的無(wú)色下層水溶液中滴加酚酞,會(huì)觀察到溶液變紅;另取少量無(wú)色下層水溶液滴加氫氧化鈉溶液,溶液不會(huì)變紅,這同樣說(shuō)明原來(lái)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(cè)(第二分冊(cè))·化學(xué)分析試劑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1987:35.endprint

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