微型数字化探究苯酚与溴水反应类型，本文主要内容关键词为：苯酚论文,类型论文，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。
苏教版教材《普通高中课程标准实验教科书——有机化学基础（选修）》的“酚的性质和应用”一节中，“活动与探究”的内容如下：
①向稀苯酚溶液中加入浓溴水，观察实验现象。②根据实验现象、你能推测出该反应是取代反应还是加成反应吗？你的推测依据是什么？请设计探究方案证明你的推测，并进行探究活动。
下面的探究手段可能对你获得正确的探究结果有帮助，供选用：①测定反应前后溶液的导电性交化。②用pH试纸或pH计测定反应前后溶液的pH值。③查阅有关资料。
分析教材推荐的上述3种探究手段，在传统的教学中采用第一种探究手段时，可以将这两种溶液的反应设计在一个闭合电路中。如图1所示，通过观察灯泡在反应过程中的明亮程度来推断反应溶液中是否有电解质在逐渐生成。但此实验中生成物氢溴酸会被电解成极易挥发的溴和氢气，且灯泡亮度变化不明显，效果不佳。当采用第二种探究手段时，即用pH试纸测定反应前后溶液的pH值，通过比较反应前后溶液的pH值变小，说明反应溶液中有
生成，也可以推测出该反应是取代反应。但此实验只知道反应前后溶液的pH值变化情况，不能很好地体现该反应发生的过程，失去了探究该反应过程的意义。那是不是就没有更好的探究手段了呢？
图1
数字化实验系统(DIS)，是由“传感器+数据采集器+实验软件包+计算机”构成的新型实验系统，可对实验中的物理量进行实时测量、数据采集和数据分析。在DIS实验系统中提供了电导率传感器，我们可以用它来测量溶液的电导率，而电导率则反映了溶液的导电能力。为此，本人设计了该微型实验，利用DIS实验技术来探究苯酚与溴水的反应类型。
一、仪器药品
仪器：
数据采集器、电导率传感器(0～20mS/cm)、DIS-1E电导电极、计算机及实验软件包、磁力搅拌器（磁子）、可调节多用滴管（自制）、50mm×30mm称量瓶（带盖）、500mL烧杯、25mL量筒、滤纸、滴管、洗瓶、洗耳球、试管。
药品：0.125%苯酚溶液，饱和溴水，蒸馏水。
二、实验探究过程
①用数据线连接计算机、数据采集器、电导率传感器及电导电极。打开“DIS实验室6.0”实验软件系统，点击“通用软件”，系统自动识别所接入的电导率传感器，并显示电导率值。调零。
②将电导电极插入盛有饱和溴水的试管中，待实验软件系统中显示的电导率值稳定后，记录实验数据（见表1）。用蒸馏水清洗电导电极，洗液冲入500mL烧杯中。清洗时不要碰到电极的导电极板，先轻轻甩动电极以甩掉大部分蒸馏水，再用吸水滤纸将电极环上的多余水分吸掉。
③用量筒量取25mL 0.125%苯酚溶液于称量瓶中，盖上盖子。按图2组装实验装置，将电导电极插入称量瓶盖子的大孔内。
④启动磁力搅拌器，待显示的电导率值稳定后，记录此时稀苯酚溶液的电导率值（见下页表1）。
⑤左手将排空的洗耳球紧接在可调节多用滴管的上端管口，缓缓吸入试剂瓶中的饱和溴水至可调节多用滴管的上部，移去洗耳球，迅速用右手食指按住上端管口，左手旋闭可调节多用滴管的调节开关。按图2所示，将可调节多用滴管夹在支架上，下端管口插入称量瓶盖子的小孔内。
图2 实验装置图
⑥打开实验软件系统的“组合图线”功能，点击“添加”，设定x轴、y轴分别为“时间”“k”，点击“确定”，即可直接绘制出反应过程中溶液的电导率随时间变化的曲线。
⑦点击“采集控制”中“开始”，旋开可调节多用滴管的调节开关，向稀苯酚溶液中匀速滴加饱和溴水。
⑧注意观察实验现象以及绘制出的反应过程中溶液的电导率随时间变化曲线。当称量瓶中混合溶液有白色沉淀生成并不再消失时，点击“采集控制”中的“停止”，并旋闭可调节多用滴管的调节开关，停止滴入饱和溴水，关闭磁力搅拌器。
⑨点击“保存图像”，将实验软件系统绘制的曲线图像保存。
三、实验现象分析与讨论
向稀苯酚溶液中匀速滴加饱和溴水，称量瓶中混合溶液有白色沉淀不断生成并又迅速消失，最后生成白色沉淀不再消失。
通过电导率传感器实时检测稀苯酚溶液和饱和溴水反应过程中溶液的电导率k，并由实验软件系统直接绘制出反应过程中混合溶液的电导率k随时间t的变化曲线（如图3），即可便捷、直观地反映出该反应过程中电导率的变化情况。
由图3分析出反应过程中溶液的电导率随时间变化的曲线呈逐渐上升趋势，并且测得实验前饱和溴水和稀苯酚溶液的电导率值分别是0.136mS/cm和0.000mS/cm，且都小于实验结束时两者反应溶液的电导率值2.281mS/cm（该值可由实验软件从曲线上读出），从而反映出该反应过程中离子浓度逐渐增大，即该反应中有强电解质HBr逐渐生成，推测出该反应是取代反应，即苯酚与溴水反应生成白色不溶于水的2,4,6—三溴苯酚和溴化氢。
图3 向稀苯酚溶液中滴加饱和溴水的电导率变化曲线图
四、实验优点
①创新性。创新性的体现不仅仅是由于采用了先进的数字化实验技术，而是根据教学需要，设计了全新的探究思路、探究装置和探究过程，在信息技术与传统实验的整合方面有所创新。
②数字化。采用先进的DIS实验技术来进行该探究实验，充分体现了新课程背景下的实验面向现代化的特点，对于帮助学生了解现代实验技术能够起到积极的作用。它可以将短时间完成的化学反应的实验数据记录下来仔细分析，测出来的数据以数字、图表形式，更客观、真实地体现实验过程。
③过程性。在定性实验中引入了定量要素，从原有关注实验现象转变成关注实验过程与原理。因此学生可以探究的问题范围和深度都大大拓展，这对提高学生的探究能力很有益处。
④微型化。该实验装置设计小巧，剪取废弃的医用输液管的一部分改装成可调节多用滴管，用称量瓶代替烧杯做为反应容器，使得药品用量少，实验效果好。
⑤绿色化。采用废弃的医用输液管，使废物得以利用；药品用最少，对环境的污染小；称量瓶带盖，大大减少了该实验药品对人体健康的伤害。
⑥实用性。该实验装置简单、材料易得、操作简便、效果明显、易于推广。
⑦灵活性。只需将电导率传感器换成pH传感器，实验操作步骤稍作改动，实验装置不变，即可实现教材推荐的第二种探究手段，用pH计测定反应前后溶液的pH值。
五、注意事项
①做此实验前，要把苯酚溶液配得稀一些，而溴水的浓度要尽量大一些，最好用饱和溴水，因为这个反应较灵敏，10ppm的苯酚溶液也能检验出来。三溴苯酚能溶解在苯酚溶液中，当苯酚溶液浓度较大时，稍作振荡，生成的三溴苯酚白色沉淀就会消失。经实验测定，要得到比较稳定的白色沉淀，苯酚溶液的浓度应小于0.125%（在800mL蒸馏水中溶解1g苯酚晶体，就能得到0.125%的苯酚溶液）。
②滴加饱和溴水时要重视“逐滴加入”的实验操作。当反应出现白色沉淀不消失时应立刻停止滴加饱和溴水，因为若继续滴加饱和溴水，则析出的白色沉淀会转变为2，4，4，6—四溴环己二烯酮沉淀和邻溴苯酚等副产物而干扰实验现象的观察。