劉懷樂

摘要： 理論上，溴乙烷與強堿（NaOH或KOH）的乙醇溶液共熱，溴乙烷會發(fā)生消去反應生成乙烯。有數(shù)據(jù)表明，1-溴丙烷的沸點比溴乙烷的沸點高;1-溴丙烷比溴乙烷更容易發(fā)生消去反應?，F(xiàn)行人教版高中《有機化學基礎》教材中，把1-溴丙烷改換成溴乙烷，以及由它所提供的實驗方案，經(jīng)實驗證明，該方案在教學上不具有可操作性。

關鍵詞： 溴乙烷; 1-溴丙烷; 乙烯; 消去反應; 酸性KMnO4溶液

文章編號： 1005-6629（2019）5-0093-04 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

近10多年來，教學同仁關于溴乙烷發(fā)生消去反應的實驗探索，曾經(jīng)發(fā)出過很多的議論。新近的一位探索者說[1]：“溴乙烷消去反應實驗是中學化學教學中的一個重要實驗，但又是一個很難做成功的實驗。”筆者很有同感，也是這個實驗的長期探索者。下面是筆者對這個實驗的若干次實驗探究和評說，希望對大家會有些裨益。

1 ?一個沒有理由可以回避的教學演示實驗

現(xiàn)行人教版高中《有機化學基礎》教材（選修5）第41頁有：

如果將溴乙烷與強堿（NaOH或KOH）的乙醇溶液共熱，溴乙烷會從分子中脫去HBr，生成乙烯。

CH2HCH2Br+NaOH乙醇CH2CH2↑+NaBr+H2O

教材還設計如下的實驗探究（見圖1）： 有人設計了如教材圖2-18所示的實驗方案，用酸性高錳酸鉀溶液是否褪色來檢驗生成的氣體是乙烯，并思考以下兩個問題。

（1） 為什么氣體通入酸性KMnO4溶液前，要加一個盛水的試管？起什么作用？

（2） 除酸性KMnO4溶液外還可以用什么方法檢驗乙烯？此時還有必要將氣體通入水中嗎？

教材有如此具體的教學要求，圖1所示的“氣體”顯然是乙烯，至于這種氣體的制法如何，那是教師課堂教學時沒有理由回避的教學演示實驗。記得2016年重慶市高中化學教師示范教學競賽展示課時，曾有10多位教師以溴乙烷發(fā)生消去反應為題進行比賽活動。參賽的結果表明，幾乎所有參賽教師都沒能把握好這個競賽課的實驗問題，不能自圓其說。

2 ?C2H5Br發(fā)生消去反應的理性分析

2.1 ?反應的溶劑因素

眾所周知，鹵代烷的取代反應與消去反應是一對互相競爭的反應。一般鹵代烴在消去和取代的競爭中，強堿性的乙醇溶液，有利于消去反應的進行，而強堿性的水溶液，則有利于取代反應的進行。為使烯烴產量增加，常常用降低溶劑的極性（如用乙醇）的辦法，以增加鹵代烷在溶液中的溶解性（所有鹵代烷都不溶于水）。這就是鹵代烷發(fā)生消去反應時為什么要在強堿性的乙醇溶液中進行的原因。

2.2 ?影響消去反應的結構因素和溫度因素

除了溶劑因素以外，影響鹵代烷消去反應的因素還有溫度、烷基的結構以及堿的強度[2]。 CH3CH2CH2Br與CH3CH2Br雖然同屬一級鹵代烷（伯鹵代烷），根據(jù)扎伊采夫規(guī)則[3]： 含氫原子較少的那個相鄰碳原子，比較容易失去它的氫原子。這就是從結構上講CH3CH2CH2Br比CH3CH2Br更容易發(fā)生消去反應的原因。再加上溫度因素，最終導致1-溴丙烷比溴乙烷更容易發(fā)生消去反應。

2.3 ?鹵代烷的個體差異

盡管鹵代烷在強堿的醇溶液中容易發(fā)生消去反應，但是個體因素差異很大。沸點較低的鹵代烷不容易在熱的堿性醇溶液中完成消去反應。如：

CH3CH2Cl ?12.3℃

CH3CH2Br ?38.4℃

CH3CH2CH2Cl ?46.6℃

CH3CH2CH2Br ?71.0℃

所以，鹵代烷發(fā)生消去反應在試劑的選擇上，選用沸點較高的CH3CH2CH2Br比CH3CH2Br要好。在熱的強堿性乙醇溶液中，一方面C2H5Br加熱時很難溶入，即使溶入了也會在未發(fā)生消去反應之前早已揮發(fā)逃逸殆盡了;另一方面，一般說來反應溫度是由溶劑的沸點決定的，在回流條件下，溫度是上不去的，只能停留在沸點38.4℃，使消去反應難以進行。因為結構相似的鹵代烴，高溫有利于消去，低溫有利于取代。1-溴丙烷沸點較高（71.0℃），反應溫度也相應提高，因此更容易發(fā)生消去反應。

3 ?酸性KMnO4溶液和Br2的CCl4溶液作為檢驗乙烯的試劑，值得審視

筆者設計了如下幾個簡單實驗，其現(xiàn)象頗耐人尋味，值得一做。

（1） 在酸性或堿性KMnO4溶液中，分別滴入幾滴酒精、溴乙烷，在不斷振蕩的條件下，可以觀察到有緩慢褪色的現(xiàn)象;如果稍微加熱，褪色現(xiàn)象會來得更快，更明顯。只不過前者褪成無色，后者由紫色變成淺綠色（K2MnO4）[4]。

（2） 把1滴管酒精（約1mL）注入10mL水中，配成體積比約為1∶10的酒精溶液，振蕩混勻，將這種稀的酒精溶液緩緩溫熱（見圖2），當瓶內蒸氣導入酸性KMnO4或堿性KMnO4溶液，也會看到有跟實驗（1）所呈現(xiàn)的褪色和變色（紫→綠）現(xiàn)象。

（3） 把用酒精浸淌過的燒瓶，按如圖3所示裝置，通過漏斗緩慢把水注入燒瓶，燒瓶中被排出的空氣（含有酒精蒸氣），也會使KMnO4的酸性溶液和KMnO4堿性溶液呈現(xiàn)與實驗（1）相同的褪色和變色現(xiàn)象。

堿性高錳酸鉀溶液2

（4） 具支試管里注入5mL水，再加入1滴管（約1mL）溴乙烷并放進50～60℃水浴燒杯中，一會可見導氣管導出的溴乙烷聚集在試管底（油珠狀），同時也會使酸性KMnO4溶液褪色（見圖4）。

KMnO4溶液褪色

（5） 兩個試管里，分別注入相同體積的淺黃色的Br2的CCl4溶液，用一個直角導管伸入其中一個試管的液面下，緩慢吹幾口空氣，觀察Br2的CCl4溶液的顏色有什么變化（與另一個試管比較）。可見空氣氣流也會帶走Br2的CCl4溶液中的Br2，呈現(xiàn)褪色的現(xiàn)象（見圖5）。

4 ?值得思考和審視的幾個問題

（1） 過去高中化學教材，只講鹵代烴的取代反應，沒講消去反應。自從高中化學使用（甲種本）以后的近40年間，增加了消去反應的內容。不過自2000年后的最近10多年中，鹵代烷的消去反應，將1-溴丙烷改成了溴乙烷。教師的教學演示實驗自然也改成了溴乙烷。問題是，教材何以要把容易發(fā)生消去反應的1-溴丙烷改換成不容易發(fā)生消去反應的溴乙烷呢？何以要把沸點較高的1-溴丙烷（沸點71.0℃），改換成沸點很低的溴乙烷（38.4℃）呢？

（2） 我們從許多科學家，大師、專家學者身上學習他們的科學思想和科學方法，即實事求是、科學嚴謹?shù)乃季S和態(tài)度，平時體現(xiàn)在我們教學和實驗中的東西還真不少，例如： 乙醇與濃H2SO4共熱生成的氣體中，使酸性KMnO4溶液褪色的不僅有C2H4，還有乙醇蒸氣和SO2氣體。把上述5個簡單實驗放在一起聯(lián)想，本次溴乙烷的消去反應以及乙烯的檢驗的實驗，用酸性高錳酸鉀和溴水作為檢驗乙烯的試劑是否也值得審視呢？

其實，檢驗乙烯是不必用酸性高錳酸鉀溶液的，因為氧化性太強，會有一定干擾。參照某些經(jīng)典實驗教材，檢驗乙烯的試劑是1%的高錳酸鉀水溶液（即中性高錳酸鉀稀溶液）或2%溴的CCl4溶液（即過去一般所說的溴水）。

（3） 教科書——教材是教師教學時必須遵循的“規(guī)矩”和“章法”，它們在法律上的合法性和在學術上的權威性，幾乎是毋庸置疑的。正是鑒于此，我們不少教師把教材神化了，真理化了。認為書上所講所做的實驗都是絕對真實的，甚至把它固化奉為真理。有時真的是教材錯了，也還以為是自己錯了。以溴乙烷的消去反應實驗為例，過去教材以1-溴丙烷為例講消去反應，就很少有人去想那溴乙烷是否也會發(fā)生消去反應;當教材把1-溴丙烷改為溴乙烷時，就去猜想1-溴丙烷發(fā)生消去反應會有什么不恰當?shù)膯栴}（不然教材為什么要改呢）。當發(fā)現(xiàn)溴乙烷難以實現(xiàn)消去反應時，也不回頭去想想這是不是教材在選材上有什么問題，即便全國數(shù)以萬計的化學教師在照本宣科、不求甚解;即便有少數(shù)實驗探究者在探究，甚至在不同的場合參與競賽、演示、發(fā)表文章，最終幾乎都以失敗而告終。從某種角度講這是教材編著者在選材上的一時疏漏所導致的結果，這難道不是我們教師以及教材編著者值得反思的嗎？

（4） 無論是1-溴丙烷還是溴乙烷的消去反應，真正參與實驗、實驗后再思考、思考后發(fā)出質疑的人太少，究其原因，恐怕是實踐者的科學精神有所欠缺。作為教師，既是知識的傳播者，也應該是知識的生產者，更是當然的研究者。做研究工作有兩點值得注意： 一是前人或今人都沒有注意到的，但又確實值得研究的問題;二是前人或今人沒有弄明白甚至沒有去研究的問題。前者為發(fā)現(xiàn)問題，后者為解決問題。當然，對溴乙烷在熱的強堿性乙醇溶液中，不是一點都沒有發(fā)生消去反應，而是不宜把它取材作為演示實驗，不然就會把鹵代烴發(fā)生消去反應大大地泛化。當我們認清了溴乙烷如此的個性特征： 沸點僅有38.4℃時，于是一切都明白了。從這個角度講，我們的實驗探索精神，還是欠缺的。

（5） 至此，我們明白了學科教材內容的最大特點，不在乎它的高、尖、新，更多地在于它的繼承性和教材內容選擇上的合理性。對于鹵代烷消去反應典型代表物教學實驗的選擇，我們教材的編著者們，似乎缺少點實際的參與和了解，竟放棄了曾經(jīng)使用多年的1-溴丙烷，代之以不切實際的溴乙烷（沸點僅38.4℃），進而還在“科學探究”中進行不切實際的實驗設計、檢驗乙烯、提出思考與交流。試想這能不出問題嗎？最近10多年來，成千上萬的實際參與者（教師），在溴乙烷與NaOH（KOH）的乙醇溶液共熱發(fā)生消去反應的“實驗創(chuàng)新”上屢試不爽，幾乎次次都以失敗告終，到頭來多數(shù)實驗者還認為這是自己的錯。這種負面影響我們有理由歸究于教材內容選擇上的疏漏所致，這應當是值得吸取的歷史教訓。

參考文獻：

[1]蒯文藝、 蒯世定. 溴乙烷消去反應的創(chuàng)新實驗[J]. 中學化學教學參考， 2018， （6）： 49.

[2]邢其毅. 有機化學基礎[M]. 北京： 高等教育出版社， 1965： 86.

[3]蘇企洵編. 有機化學[M]. 北京： 人民教育出版社， 1960： 67.

[4]北京師范大學無機化學教研室主編. 無機化學（下冊）[M]. 北京： 高等教育出版社， 1997： 867.