化学教学论实验报告——酯的水解

化学教学论实验报告酯的水解化学系2011级化学2班 罗晗 一、实验方程式、装置：1、中性环境中：CH3COOCH2CH3+ H2O CH3COOH+ CH3CH2OH2、酸性环境中：CH3COOCH2CH3+ H2O CH3COOH+ CH3CH2OH3、碱性环境中：CH3COOCH2CH3+ NaOH CH3COONa+ CH3CH2OH4、实验装置图：在实验装置图中，1、2、3号试管为对照实验，1为中性环境，2为酸性环境，3为碱性环境。其中，1为热水浴的水，2为蒸馏水，3、4、5为乙酸乙酯，6为氢氧化钠溶液，7为稀硫酸。二、实验注意事项：1、在实验中，酸、碱的浓度要适合，药品的用量要适当。一般来水，酸、碱浓度大，酯水解的速度快；浓度低水解速度慢。但要使水解结果酯层量有明显的梯度变化，就得有适合的酸、碱浓度和适当的药品用量，否则将容易导致实验的失败，使实验现象不明显。2、在实验中，振荡试管的次数要适当，酯层在水溶液层的上方，振荡试管有利于增加酯与酸、碱溶液接触的机会，加快水解反应速度，但是，太频繁地振荡试管会使得反应的温度降低，延长反应时间，尤其是在冬季的时候，所以，在实验过程中，最好不要太过频繁地振荡试管。3、在实验开始前，一定要保证实验所使用的试管的干净，保证试管本身呈中性，防止试管中含有杂质或酸、碱性物质对三组对照实验中所控制的变量产生影响。4、在实验中，虽然要对试管进行沸水浴加热，但是，不能将试管直接置于不断沸腾的热水中持续加热，因为乙酸乙酯的沸点低，在热水中极易挥发，将会影响最终对实验结果的观察，所以，应该适当控制热水的温度，既利于反应向正方向不断进行，又不会使得乙酸乙酯过度蒸发。三、实验思考：1、在酯的水解实验中，酸性条件下的水解为什么要使用稀硫酸而不使用浓硫酸？又为何不用稀盐酸呢？答：在水解反应中，酯类水解将会生成醇（或酚）和羧酸，由于反应时可逆反应，所以如果加入氢离子可以促进其水解，所以可以加入稀硫酸。但是，浓硫酸是纯度极高的硫酸，其中所含的水分很少，而硫酸是共价化合物，只在水中才能电离出氢离子，所以如果加入浓硫酸，不仅电离不出氢离子，而且醇和羧酸本身不溶于浓硫酸，醇会被浓硫酸氧化，不但不能促进水解反而生成了杂质，所以不用浓硫酸。若采用稀盐酸，虽然能够为水解反应提供氢离子，但是使用稀盐酸时由于盐酸的挥发性，反应时的温度不宜过高，防止水分过度蒸发使得稀盐酸变成浓盐酸，导致催化剂的量减少。但是，在本实验中，由于水解反应是吸热反应，且温度越高化学反应速率越快，所以应该使实验温度尽可能地高，所以二者相互矛盾，故而不适宜使用稀盐酸，所以实验中采用稀硫酸作催化剂。2、酯的水解反应在中性条件、酸性条件、碱性条件下反应速率有何区别？采用怎样的条件其水解反应最为适宜？答：在实验中，应进行对照试验，采用控制变量法观察实验现象，得出实验结论。取3支完全相同的试管，并按1、2、3进行编号。在1、2、3号试管中分别加入6毫升蒸馏水、6毫升稀硫酸、6毫升氢氧化钠溶液，再各加入1滴0.2%的亚甲基蓝溶液，和1毫升乙酸乙酯溶液，分别塞上带有长约20厘米的玻璃导管的单孔橡皮塞，振荡，静置。在1、2号试管内，酯层为无色，水溶液层为蓝色；在3号试管内，酯层为红色，水溶液层为蓝色。取一支500毫升烧杯，装进约300毫升的开水，将3支试管同时放进开水浴中水浴加热，每隔一段时间将其摇匀一下（振荡试管的频率最好不要太多，适当振荡几下就好），比较酯层的高度，记录实验结果如下表：可见，酯在蒸馏水中水解速度最慢，在酸性溶液中速度较为快，但是在请碱性溶液中酯的水解速度最快。所以，我们在进行酯的水解反应的时候，为提高其化学反应速率，最好在碱性条件下进行反应。3、在酯的水解实验中，为什么要加入指示剂？实验结果观察到，加入亚甲基蓝作指示剂的一组实验效果最为明显，为什么？答：使用指示剂的目的，是为了区分酯层和水溶液层，以增加实验现象的可信度，便于对比观察。亚甲基蓝，结构式为：别名品蓝、次甲基蓝、四甲基蓝、盐基湖蓝、碱性亚甲基天蓝，发亮深绿色结晶或细小深褐色粉末，带青铜光泽，无气味，在空气中稳定，能溶于醇，溶液为天蓝色，溶于氯仿，不溶于醚和苯，水溶液遇锌粉及稀盐酸能褪色，但暴露在空气中能恢复，若加氨水则恢复更快，能与多数无机盐生成复盐，最大吸收值668,609nm，是一种氧化还原指示剂，亚甲基蓝能与强碱反应生成一种物质季硫碱，在水溶液中仍呈蓝色，但此物质在水溶液中能被乙酸乙酯萃取，使酯层呈红色，故而在酯的水解反应实验中，用亚甲基蓝作指示剂的一组实验效果最为明显，可见，在本实验中，适宜使用亚甲基蓝溶液作为指示剂。4、在本实验中，带有玻璃导管的单孔橡胶塞有哪些作用？答：带有玻璃导管的单孔橡胶塞实际上是一个简单的冷凝装置。由于酯的水解反应是吸热反应，水浴温度越高越好，水浴温度越高，酯的水解速度越快，即增加了化学反应速率，又使得化学反应平衡向右移动，短时间内就能出现明显的酯层量减少的现象。但乙酸乙酯的沸点极低，水浴温度超过了乙酸乙酯的沸点，乙酸乙酯挥发快，反而得不到令人信服的正确结果，所以本实验中，利用带有玻璃导管的单孔橡胶塞作冷凝装置，这样就不需要控制热水的温度，也不用担心水浴温度超过了乙酸乙酯的沸点，可以用开水直接水浴加热，使实验操作简单化。同时，带有玻璃导管的单孔橡胶塞使得实验装置系统直接与大气相通，增加了实验的安全性和可行性，为实验成功做保障。5、本实验的设计方法中存在哪些缺陷？应该如何改进？改进后有何优点？答：本实验中存在以下几个问题：（1）几滴“乙酸乙酯”相对于几毫升“蒸馏水”而言用量太少，科学数据表明，15时乙酸乙酯的溶解度为8.5g100g水，而乙酸乙酯的密度为0.901gml。据此可以推知，几滴乙酸乙酯（每滴约0.1ml）完全可能溶解在这几毫升蒸馏水中。另外，也因为乙酸乙酯只用几滴，反应中其减少的可见度很小，实验只能根据气味变化来判断乙酸乙酯的水解程度，显然让人难以置信。（2）乙酸乙酯的沸点（77.1）在7080的水浴温度范围内，在这样的温度条件下加热，乙酸乙酯会因挥发而消失。实验的说服力不强。（3）无机酸或碱的存在能增大乙酸乙酯的水解速率，在没有催化剂时，乙酸乙酯的水解也能进行，只是速率很小，对此实验不能说明。对乙酸乙酯的水解实验进行了一些改进：（1）取型号相同的4支试管，向第1、2支试管中加入6ml饱和食盐水，向第3支试管中加入5ml饱和食盐水和1ml稀硫酸（15），向第4支试管里加入5ml饱和食盐水和1ml30%氢氧化钠溶液，再分别向4支试管中各滴入4滴石蕊试液，4支试管里的溶液分别呈紫色、紫色、红色和蓝色。（2）分别向4支试管中加入2ml乙酸乙酯，将第1支试管置于试管架上，然后同时连续振荡另外3支试管12min，静置并与第1支试管比较。可以观察到第2支试管中水层呈紫红色，第2，3，4支试管中乙酸乙酯层的高度依次明显减小（约为1.5ml，1ml，0.5ml）。改进后的优点有：（1）以饱和食盐水代替蒸馏水，可以减小乙酸乙酯在水中的溶解度。（2）在水层中滴加石蕊试液能够指示水层的成份，便于观察乙酸乙酯与水之间的界面，并且可以根据第2支试管中水层颜色由紫色变为紫红色判断水解产物乙酸的生成。（3）增加乙酸乙酯的用