四种弱酸性物质酸性强弱比较实验的设计与改进

彭 威 肖小明 湖南师范大学化学化工学院
问题的提出背景：
人教版高中化学教材选修5《有机化学基础》中[1]，在 苯酚的性质这一节，课堂演示实验3—3说明了苯酚在常温 下其水溶液呈现浑浊状态的物理性质和苯酚具有弱酸性的化 学性质。 关于苯酚的酸性弱于碳酸这一点，教材也只做了一个简 单的描述：若向澄清的苯酚钠溶液中通入二氧化碳，可以看 到澄清的苯酚钠溶液又变浑浊。这是因为水溶性的苯酚钠在 碳酸的作用下重新又生成苯酚。
综合考虑上述两个实验，本文设计了改进实验，证 明上述乙酸、碳酸、苯酚和碳酸氢盐四种弱酸性物质酸 性的相对强弱。
改进方案一[4] ：
向浑浊，然后滴加0．1 mol／L的 碳酸钠溶液，至浑浊溶液恰好变为澄清，此过程无气体 产生。
在图1所示的具支试管中加入3 mol／L醋酸溶液6 mL，在气球中装入4g碳酸氢钠固体，将导管放人上述 澄清溶液中，再将气球中的少量碳酸氢钠固体加入到具 支试管中，二氧化碳随即产生，约1分钟右边试管中就 出现浑浊现象。
该实验设计提供了一种思路，但还存在疏忽之处，表现如下： (1)有机物乙酸具有挥发性，因 此乙酸蒸气可能进入右边试管 与苯酚钠反应造成上述实验现 象； (2)二氧化碳的发生装置采用具支 试管加气球的方式，因此需要产 生的二氧化碳量必须足够多，需 要的药品用量大；其次在向液体 中滴加固体易造成液体飞溅，不 符合实验操作安全的要求，而且 飞溅的液体易进人具支试管的侧 管中。
【实验原理】 苯酚钠的制备原理：
二氧化碳的制备原理：
苯酚的再生原理：
根据上述实验原理可以得出酸性相对大小为：
【实验装置图】
【实验操作】 (2) (约0． 51 g) 。之后 (1)向具支试管先加入适量的碳酸氢钠粉末 取两支试管a和b，分别吸取适量的苯酚液体 (约 mL) 于试 加入 3b mol ／L醋酸溶液3 mL ，二氧化碳随即产生后通过装 管a、 中，后用吸管吸取 1 mL 蒸馏水于上述两支试管中，振 有 2／3体积的饱和碳酸氢钠溶液洗气瓶 容量规格 100 mL)， 荡，溶液变浑浊，然后滴加 0．1 mol／( L 的碳酸钠溶液，至浑 将洗气瓶的导管通入上述澄清溶液试管 a中，观察试管a的实 浊溶液恰好变为澄清。此过程无气体产生，说明产物生成了水 验现象与试管 b作对比，约1分钟左右试管a中就出现浑浊。 溶性的苯酚钠，另一产物为碳酸氢钠，其中假定试管 a为操作 管、试管b为对照管。
参考文献：
[1] 宋心琦主编．普通高中化学课程标准实验教科书· 有机 化学基础(第二版) [M] 北京：人民教育出版社,2007:2． [2] 魏钊，林丹．关于苯酚和碳酸钠反应的再探讨[J] ．化 学教学，2009，(8)：49． [3]杨海丽，付依平．乙醇与苯酚分子中羟基上氢原子活 动性比较的实验探究[J]．化学教学，2009，(9)：15． [4]刘淑勒．苯酚显弱酸性的实验改进[J]．实验教学与仪 器，2006．(10)：4．
实验改进方案：
【实验名称】 四种弱酸性物质酸性相对强弱的实验 【实验目的】 运用强酸制弱酸的化学反应原理比较四种弱酸性物质的 酸性相对强弱，学会通过实验现象培养学生分析推理的 逻辑思维能力。 【实验仪器与试剂】 具支试管、橡胶活塞、洗气瓶1个、试管2支、直角 导管2根、吸管1根、橡胶管2根； 乙酸、碳酸氢钠、碳酸钠、苯酚。
改进思路和优点：
改进气体发生装置 试剂加入方式 添加洗气 笔者设想了从改进气体发生装置、试剂加入方式、添加洗气 除杂装置 设置对照实验 四个方面来完善了上述的实验设 除杂装置和设置对照实验 具体分述如下： (1)气体发生装置改为具支试管加活塞，装置简单，操作方便。 (2)试剂加入顺序为先固体后液体的方式，符合通常的试剂滴 加顺序。先加入固体碳酸氢钠后再滴加醋酸，最后用塞子封 住具支试管口即可。 (3)实验原理上更加科学合理化。气体CO 通人苯酚钠溶液之前， 在气体发生装置后连接饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶，除去气体 中可能含有的挥发性乙酸。 (4)实验设计时设计了对照组。因为苯酚试剂在保存时间较长的 条件下易被氧化成对苯醌类而使苯酚试剂显暗红色，造成实验 时溶液混浊态和澄清态之间变化不易观察，设置对照试管增加 了现象变化的对比性。
通入二氧化碳过量时，上述的反应产物仍为苯酚和碳酸 氢钠，而不是苯酚和碳酸钠，解释就是苯酚的酸性(pK =9．95)虽弱于碳酸(pK 1=6．38。pK 2=10．25)，但还 是强于碳酸氢根离子，根据强酸制弱酸的原理[2] [3] 便可推知 产物中不会生成碳酸钠。
在学习到羧酸的性质时，要求学生设计实验验证乙 酸、碳酸和苯酚三种弱酸性溶液的酸性强弱，教材中列 出了一些实验装置和试剂，但没给出具体实验的设计方 案。