乙醇与苯酚分子中羟基上氢原子活动性比较的实验探究，本文主要内容关键词为：氢原子论文,活动性论文,羟基论文,苯酚论文,乙醇论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
实验原理
《实验有机化学》[1]一书，介绍了金属钠取代氢的反应是分子中含有羟基有机物的特有反应。羟基是酚的官能团，也是醇的官能团，但两者的性质是不相同的。在反应时，乙醇分子中C-O-H可以从C-O键断裂，也可以从O-H键断裂。而苯酚分子中C-O-H由于苯环的影响主要从O-H键断裂。
p-π共轭效应使氧的负电荷分散，酚解离生成苯氧负离子稳定性增强（比酚更稳定）。醇羟基上孤对电子以及氢解离后生成的烷氧负离子都不能与烷基共轭，这就是说苯酚比乙醇具有较强的酸性。另有参考书《基础理论有机化学》[2]也指出醇类显示酸性，例如当醇类和钠或者其他金属作用（这些金属为强的给电子者）则给出氢原子而成盐，但水和酚与这些金属作用更易从中释放出氢。
既然苯酚比乙醇的酸性强，苯酚分子上的氢原子理应比乙醇活泼，但为什么实验时其反应却反而缓慢？应该如何解释这一实验现象？
对此，笔者理解：苯酚在通常温度下是固体，与钠难以发生反应，而乙醇常温时是液体，不同状态来比较与钠反应的快慢，是无可比性的。到底哪种物质反应快？我们只有把它们放在相同条件下来测量才有说服力，所以我们需要寻找一种合适的试验条件来验证。
实验方案
(1)苯酚和乙醇同时放在水浴中加热到50℃～80℃后，再和钠反应：
(2)甲苯和乙醚中放入钠，观察是否反应；
(3)苯酚和乙醇同时溶于乙醚后，再和钠反应（苯酚和乙醇用量分三种情况，等质量、等体积、等物质的量）；
(4)苯酚和乙醇同时溶于苯或甲苯后，再观察和钠反应的实验现象。
实验探究
(1)实验用品
苯酚，钠，无水乙醇，苯，甲苯，乙醚，酒精灯，试管，蒸馏水
(2)实验过程
实验一：液态苯酚和乙醇分别与钠反应
取两支试管，向一支试管加入少量无水乙醇，另一支试管加入同体积苯酚，将它们置于同一热水浴中加热，热水浴的温度约为50℃～80℃。待苯酚熔化后，向两支试管中分别加入绿豆粒般大的金属钠。观察产生的现象。
［实验现象］
无水乙醇中放入钠时，钠沉入试管底部剧烈的反应放出大量的气体［1］。片刻，钠又浮在乙醇的表面上继续反应，但没有其在乙醇底部时的反应剧烈。而苯酚液中放入钠，钠一直浮在苯酚液面上反应，相对乙醇而言不剧烈，并且反应的同时看到试管内澄清的溶液逐渐浑浊，最终都变成晶体。
［实验解释］
由于钠的密度大于乙醇的密度，当钠放入乙醇中就沉在底部。在反应中，剩余钠的质量越来越小，产生的氢气因吸附使它浮到液面上。苯酚中放入钠（苯酚的相对密度1.07），钠一直浮在液面上反应，相对乙醇不剧烈，而产物苯酚钠在苯酚中的溶解度很小，随着产物量的增多，就以晶体形式析出，更是减缓了反应进行的速率。加热熔化苯酚，易被氧化，且产物苯酚钠又不溶于苯酚，所以这组实验也不能验证乙醇羟基上氢原子的活动性比苯酚的弱。
实验二：将小块钠分别投入甲苯、乙醚中。均无明显现象。
［实验解释］
钠放入甲苯、乙醚中没有明显的气体生成，说明甲苯、乙醚不与钠反应，故下面的实验现象与溶剂乙醚等无关。
实验三：乙醇的乙醚溶液和苯酚的乙醚溶液中分别投入金属钠。
［实验操作］
第一步：取等质量的乙醇和固体苯酚放在两支试管中，各加入2mL～3mL无水乙醚配成溶液。取黄豆粒大小的两块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，分别放入上述溶液中。
[实验现象]
苯酚和乙醇同时和钠剧烈反应，苯酚中的钠刚加入时沉在溶液的下部反应，明显比乙醇反应快。过一会，钠浮在上面，速度减慢，而钠在乙醇中的反应也比较剧烈，钠一直沉在下部，观察得其反应没有苯酚的快。
[实验操作]
第二步：取等体积的乙醇的乙醚溶液和苯酚的乙醚溶液，加入两块大小一样的钠块。
第三步：取等物质的量乙醇的乙醚溶液和苯酚的乙醚溶液，加入两块大小一样的钠块。
[实验现象]
乙醇和苯酚用等体积、等物质的量时，钠在苯酚中的反应速度明显快，溶液像沸腾了一样，钠在苯酚中被大量的气体冲上去，又落下来，这样跳跃着反应。钠与乙醇反应的速度也比较剧烈，但相比苯酚就没有那么的快。这组反应的快慢和剧烈程度我们也可以用如上述的装置来测量它们反应差异。苯酚的乙醚溶液试管命名为1，乙醇的乙醚溶液试管命名为2。1,2试管内放入等体积量苯酚的乙醚溶液、乙醇的乙醚溶液，试管倾斜在管口分别放一块钠，并且在试管口套上气球，然后同时直立两支试管，让金属钠同时和溶液接触反应。1试管口套的气球迅速变大，而2试管口套的气球慢慢变大，没有1气球大得快。
[实验解释]
钠与苯酚、乙醇在同一种溶剂中的反应，由于钠与溶剂乙醚不反应，实验不考虑乙醚的影响。取固体苯酚直接溶解时，我们只能让苯酚和乙醇等质量，而等质量时，由于苯酚的摩尔质量比乙醇的大，则溶液的摩尔浓度就要小于乙醇的，如果把苯酚先加热变为液体，按体积来量取，这样会减少误差。最科学的是，根据两者式量的差异，计算出等物质的量时，乙醇和苯酚的体积。实验证明，等体积和等物质的量时，钠在苯酚中的反应的速度明显快。
实验四：苯酚和乙醇同时溶于甲苯后，再和钠反应。
第一步：取等质量的乙醇和固体苯酚，把它们都溶解在等体积的甲苯中，加入两块大小相近的钠块。
[实验现象]
乙醇同时和钠反应，苯酚中的钠刚加入时是沉在溶液的下部反应。反应一段时间后，钠又浮到上面，速度明显减慢。但反应中温度最高21.5℃，基本没变。而钠在乙醇中的反应也比较剧烈，钠一直沉在下部，通过观察可以看出乙醇与钠反应比苯酚与钠反应剧烈，反应结束时溶液温度上升为32℃，并且在反应中越来越快。说明苯酚、乙醇与钠反应都是放热反应，而乙醇放出的热量大，温度升高反应速率就加快的多。
第二步：取等体积的乙醇的甲苯溶液和苯酚的甲苯溶液，加入两块大小相近的钠块。
[实验现象]
等体积时，苯酚反应的速度与乙醇速度的快慢是：刚开始是苯酚快，但很快乙醇的速度就快于苯酚，并且乙醇反应的速度随温度的升高而加快。
[实验解释]
在这组实验中，笔者用苯来代替甲苯，结果实验现象是基本相同的。笔者认为不管用甲苯还是用苯作溶剂，苯酚溶解后，钠放入时先沉在下面，而后马上又浮上液面；而钠在乙醇中的反应是一直沉在下面，这样相当于反应条件不同。所以，用甲苯或苯这些密度比较大的有机溶剂是不恰当的[2]。如选庚烷（密度：0.683）、异辛烷（密度：0.692）或轻质汽油作有机溶剂应比乙醚更好。
实验结论：
(1)乙醇和苯酚均能与钠反应产生气体，在50℃～80℃条件下，乙醇与钠反应的速率快，即无水乙醇比液态苯酚更容易与钠反应。
(2)乙醚，甲苯等有机溶剂与钠不反应。
(3)乙醇的乙醚溶液和苯酚的乙醚溶液均能与钠反应产生气体。在相同条件下，苯酚的乙醚溶液与钠反应的速率较快，即苯酚在乙醚溶液中比乙醇更容易与钠反应。
综合上面的实验，笔者认为比较乙醇和苯酚与钠反应的快慢，在教学上宜用乙醚等密度小的有机物作为溶剂，取等物质的量的苯酚和乙醇分别溶解在其中进行反应，根据反应速度，可得出钠与苯酚反应比乙醇快，可有效证明乙醇羟基上的氢没有苯酚羟基上的氢活泼。通过这一实验研究过程，说明认识过程是较为复杂的，一个科学结论得出前需加以反复论证、体会和再实践，需通过实验条件的创设，不断加以验证，深化，最后找到最优的实验方法。