探究乙醇分子结构测定方法

探究乙醇分子结构测定方法

一、探究冲动

在中学化学教材第二册第六章第三节中有这样一个实验：“实验装置如图所示。在烧瓶中放入几小块钠，从漏斗中缓缓滴入一定物质的量的无水乙醇。乙醇与适量钠完全反应放出的H2把中间瓶子里的水压入量筒，通过测量量筒中水的体积，就可知反应生成的H2体积。根据数据，推断乙醇的结构式。”

本实验的目的是要取得准确的H2的体积的数据去确定乙醇的分子结构，所以，用排水法测量气体的体积成为了整个实验的关键。该如何才能准确测出H2的体积，保证整个实验的成功呢？在教师的提议下，学生要求自己动手操作。

二、思维的火花

根据书上所给的装置，学生在整个实验中遇到诸多问题，比如：如何准确量取乙醇的体积？反应过程中乙醇与钠反应析出的乙醇钠即附着在钠表面，妨碍乙醇与钠的接触，从而阻止反应的进行，如何解决这个问题？在装置气密性没有任何问题的情况下，所以H2的体积远远小于理论应产生H2的体积，为什么？实验装置应作何改进？

三、实验设计

根据以上的疑惑，学生查阅资料，设计了不同的实验来解决上述问题。

问题一：如何准确量取乙醇体积加入到烧瓶中？

1、实验所需乙醇的体积小于10ml，要精确测量乙醇体积可用滴定管。并且滴定管可代替原装置中的分液漏斗，即可达到计量所加酒精的体积，更可控制液体的流速。

2、由于无水乙醇的密度小，滴定管尖内的气泡不易排尽，因此不宜用盛装酸碱溶液的方法在滴定管内注入无水乙醇。为此应将滴定管末端浸入无水乙醇中，打开瓶塞，用洗耳球将无水乙醇吸进滴定管，然后关闭旋塞。

问题二：实验过程中，打开滴定管活塞，乙醇为何不能顺利流下？如何解决？

当活塞打开时，滴定管内的酒精被瓶内产生的H2和空气的压强托住而滴不下来，即使下滴，当乙醇的量很少时，空气和H2产生的压强大于大气压强，加

上滴定管中逃逸损失，以致无法准确测定实际放出的H2体积来作出正确计算。

解决方法：把烧瓶的塞子穿3个孔，分别插入滴定管活塞以下的部分，一根短玻管和一根导出H2的直角玻璃管，用橡皮塞把滴定管与短玻管连接好，当活塞打开时，滴定管尖口下的压强与玻管内的压强可以保持平衡，使滴定管内的酒精可以自然流下直至全部滴完。

问题三：如何增大Na与乙醇的接触面积，使乙醇充分反应。

将切好的金属钠片迅速装进有适量煤油的烧瓶里，加热使其熔化，用力振荡，钠就会破碎成很细小的钠粒——钠泥，倾去煤油后使用。

问题四：如何减小实验误差，使产生H2的体积接近真实值？

1、将导管中的玻璃管灌满水，使两端都没入水中，否则测出H2的体积应等于排入量筒内水的体积加止导管内水的体积。

2、酒精滴下的速度不宜太快，以防反应时产生的热使酒精气化，来不及玻璃管中冷凝回流，随H2带入广口瓶，使酒精没有全部与钠反应，致使放出H2的体积小于理论值。

问题五：该装置用排水法测量气体的体积有何需要注意的地方？可以怎样改进？

在读量筒示数前应先调节量筒的位置，使其中液面与广口瓶液面相平，气体压强才跟大气压相等，实验结果才正确。

改进后的装置如图：

反应停止后，导气管的端口要伸入到量筒内的水中，待收集的气体冷却后，调节量筒的位置，使量筒内外液面相平。读取量筒液面示数即为H2体积。

五、实验探究

根据教材所给装置和改进装置分别测H2的体积，填入下表：

乙醇用量(mol) Na(g) H2体积(ml) 原装置

改进装置

六、实验结论

七、实验拓展

1、为了测定乙醇的结构式，有人设计了用无水酒精与钠反应的实验装置和测定氢气体积的装置进行实验。可供选用的实验仪器如图所示，

请回答以下问题：

(1)测量氢气体积的正确装置是 B 。(填写编号)

(2)装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是

C 。(填写编号)。

A、防止无水酒精挥发B．保证实验装置不漏气

C．使无水酒精容易滴下

(3)实验前预先将小块钠在二甲苯．中熔化成若干个小钠珠，冷却后倒入烧瓶中，其目的是防止钠与空气反应，增大无水乙醇与钠的接触面积，使之充分反应。

(4)已知无水酒精的密度为0.789 g·cm—1，移取2.0mL酒精，反应完全后(钠过量)，收集到390 mL(视作标准状况)气体。则一个乙醇分子中能被钠取代出的氢原子数为 1 ，由此可确定乙醇的结构式为

而不是。

(5)实验所测定的结果偏高，可能引起的原因是AB 。(填写编号)

A．本实验在室温下进行B．无水酒精中混有微量甲醇

C、无水酒精与钠的反应不够完全

2、经测定乙醇的化学式是C2H6O，由于有机物普遍存在的同分异构现象，推测乙醇的结构可能是下列两种之一。

为测定其结构，应利用物质的特殊性进行定性、定量实验，现给出乙醇、钠、水及必要的仪器，请甲、乙、丙、丁四位同学直接利用如图给定装置开始进行实验确定乙醇的结构。

(1)学生甲得到一组实验数据：

乙醇的物质的量(mol) 氢气的体积(L)

0.10 1.12(标准状况)

根据以上数据推断乙醇的结构应为Ⅰ(用(I)、(Ⅱ)表示)，理由为得出乙醇分子中有一个H与其他五个H不同，从而确定乙醇分子的结构为Ⅰ

(2)同学乙分别准确称量4.60 g 乙醇进行多次实验，结果发现以排开量筒内的水的体积作为生成的H2体积换算成标准状况后都小于1.12 L，如果忽略量筒本身及乙读数造成的误差，那么乙认为可能是由于样品中含有少量水造成的，你认为正确吗? 不正确(填“正确”或“不正确”)。如果你认为正确，请说明理由；如果你认为不正确，那产生这种情况的原因应该是什么?广口瓶与量筒之间玻璃导管中水柱的体积没计算在内。

(3)同学丙认为实验成功的关键有：①装置气密性要良好②实验开始前准确确定乙醇的量③钠足量④广口瓶内水必须充满⑤氢气体积的测算方法正确、数据准确。其中正确的有①②③⑤。(填序号)

(4)同学丁不想通过称量乙醇的质量来确定乙醇的量，那么他还需知道的数据是所给乙醇样品的密度。

(5)实验后，四名同学从乙醇的可能结构分析入手对乙醇和钠的量的关系进行了讨论，如果乙醇的物质的量为n mol，那么对钠的物质的量的取值要求必须是大于n mol 。

五、信息链接

1、《高中化学（试验修订本·必修加选修）》第二册164页。

2、《中学化学教学实证与求索》，P166-167。

3、《化学教学》，2003，P5-6《对“确定乙醇结构式”实验的改进》。

4、《化学教学》，2004.5，P11《对“确定乙醇结构式”实验的再改进》。

5、《化学教学》，2004.11，P7《影响量气装置实验误差的探究性活动》。