渗透小量意识 提升核心素养——优化改进苯的溴代反应实验

裴婉冰 王 寓 黄翠英

辽宁师范大学化学化工学院(116029)

1 问题的提出

有机化学实验进行小量-半微量化改进后试剂用量少、污染小、时间短、易操作且仍能达到常规演示实验的可见度。它不但有效降低了化学废弃物对环境的污染，而且提高了化学实验的安全性，大大节省了实验经费。

苯的结构是中学有机化学教学的重难点内容之一。苯分子中碳原子间的化学键是一种介于单键和双键之间的特殊化学键，苯的溴代反应是体现这种特殊结构的重要实验。现阶段已通过中小学教材委员会审定的普通高中化学标准实验教科书中，人教版和鲁科版未设置该实验，苏教版在观察与思考栏目中讲解了苯的溴代反应实验，如图1所示。通过对实验的学习，学生对苯的结构和性质有更系统的认识；实验装置为封闭体系可向学生灌输绿色化学理念。但该实验仍存在以下问题：①装置体系过高、过大，所需仪器繁多且操作不便；②药品用量(苯5 mL、液溴1 mL)过多，不仅浪费药品，且易造成环境污染；③用NaOH溶液除去粗溴苯中未反应的溴时，有红褐色Fe(OH)3絮状沉淀生成，混淆了溴苯的颜色；④生成的气体中混有溴蒸气，干扰了HBr的检验。就上述问题，鉴于小量-半微量化实验的诸多优势，笔者对苯的溴代反应实验进行了优化改进，使其能够设置为课堂演示实验。在实验教学中渗透小量观念，树立学生节约资源、保护环境的可持续发展意识，培养学生“科学态度和社会责任”这一学科核心素养。

2 实验部分

2.1 实验用品

U型管、棉花、2支一次性塑料滴管(1 mL)、苯、液溴、螺旋状细铁丝、CCl4、AgNO3溶液(0.1 mol/L)、NaHSO3溶液(1 mol/L)。

2.2 改进思路

(1)为避免装置过高、仪器繁多、操作不便等问题，将反应装置更换成U型管。

(2)适当减少药品用量，并保证现象明显，适用于课堂演示实验。

(3)针对选用NaOH易生成Fe(OH)3，混淆溴苯颜色的问题，选择替代药品NaHSO3。

(4)为防止反应中挥发的溴蒸气干扰HBr的检验，可将浸有苯的棉团置于U型管右端管口处。

(5)为确保实验装置为封闭体系，用NaOH溶液进行尾气吸收。

2.3 实验装置

改进后的实验装置图如图2所示。

2.4 实验步骤与现象

(1)按图2所示组装仪器并检查装置气密性。

(2)将浸有苯的棉团置于U型管右端管口处，塞好橡胶塞。将导管插入小试管中CCl4液面下，向小试管中加入酸化的AgNO3溶液，避免AgNO3溶液触碰导管下端。

(3)将打磨过的螺旋状细铁丝加入U型管中，用两支一次性塑料滴管(1 mL)分别吸取苯和液溴，从U型管左端依次加入，夹好止水夹。初始反应较缓慢，导管口有少量气泡冒出，约2 min后，呈微沸状，棉团显红棕色(吸收溴蒸气)，如图3所示。约3 min后，试管中CCl4层为无色，上层有大量淡黄色沉淀AgBr生成，如图4所示。

图3 液体微沸

(4)通风橱中，将U型管中的混合液倒入盛有NaHSO3溶液的小烧杯中，烧杯底部出现无色油状物即溴苯。

图4 试管内有淡黄色沉淀

3 实验改进后的优点

(1)实验装置：仪器简单易得，方便操作，节省时间；封闭体系，贯彻绿色化学理念。

(2)药品量取：药品用量少，渗透小量意识；一次性塑料滴管可快速准确地量取药品。

(3)结论可靠：棉球中的苯充分吸收溴蒸气，CCl4层为无色说明溴被吸收完全；NaHSO3溶液除去多余的溴和Fe3+，排除了对溴苯颜色的干扰。

(4)适于教学：利用巧妙的实验构思将抽象概念具体化，促进学生化学知识与技能的学习、创新意识和社会责任感的形成，从而提升学生核心素养。