乙酸乙酯的水溶性及制備時(shí)碳酸鈉溶液的作用

乙酸乙酯的水溶性及制備時(shí)碳酸鈉溶液的作用1乙酸乙酸的水溶性問題1.1問題提出現(xiàn)行的部分化學(xué)教材中寫道：“液面上有透明的不溶于水的油狀液體產(chǎn)生，并可以聞到香味。這種有香味的液體叫乙酸乙酯［人教版《化學(xué)2（第3版）》第76頁］”；“乙酸（*****）和甲酸甲酯（*****）互為同分異構(gòu)體，前者易溶于水且具有酸性，后者難溶于水且沒有酸性［蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（第4版）》第25頁］”。因此，部分教師認(rèn)為，將乙酸乙酯加入水中會(huì)分層，不溶于水且密度較小的乙酸乙酯浮在上層。但有些教學(xué)輔助用書，如《大學(xué)化學(xué)手冊(cè)》、《中學(xué)教學(xué)全書■化學(xué)卷》卻認(rèn)為乙酸乙酯能溶于水。另外在百度百科也介紹乙酸乙酯：“溶于水（10%mL/mL）”“水溶性：8.3g/100mL（20C。）”。乙酸乙酯到底能不能溶于水？筆者決定圍繞這個(gè)問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)求證，希望能找出乙酸乙酯水溶性的真相。1.2實(shí)驗(yàn)探究與結(jié)論實(shí)驗(yàn)1向錐形瓶1中加40mL蒸餾水，再加4滴管乙酸乙酯，塞上橡皮塞，振蕩。10min后可見油層體積明顯減少。1h后，分層現(xiàn)象消失，搖動(dòng)錐形瓶，液體均勻透明，無任何乳濁現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)2向錐形瓶2中加40mL飽和Na2CO3溶液，再加4滴管乙酸乙酯，塞上橡皮塞，振蕩。10min后上層液體體積無明顯變化。放置3天后仍無明顯變化。通過對(duì)比可知，錐形瓶1中分層現(xiàn)象消失不是酯揮發(fā)造成的。因?yàn)閮蓚€(gè)錐形瓶始終并排放置，環(huán)境完全相同（室溫9C。），而且打開橡皮塞仍能聞到明顯香味。也不可能是酯水解造成的。如果是的話，錐形瓶2中的Na2CO3溶液更有利于酯水解，分層現(xiàn)象應(yīng)更易消失。所以錐形瓶1中分層現(xiàn)象消失的原因是乙酸乙酸分散到了水中。如果4滴管乙酸乙酯按4mL計(jì)，則根據(jù)（4x0.9003）：40=S：100,S=9g（9C。），說明百度百科提供的數(shù)據(jù)是有參考價(jià)值的。筆者又搜索了甲酸甲酯，發(fā)現(xiàn)20C時(shí)它的溶解度為300g/L。所以教材中對(duì)它們的水溶性的說法存在不妥之處。1.3乙酸乙酯能溶于水的原因分析已知丙酮極易溶于水、乙醚微溶于水（見表1），根據(jù)“相似相溶原理”可知丙酮是極性分子、乙醚為弱極性分子。再根據(jù)兩者結(jié)構(gòu)可知：羰基是極性基團(tuán)，醚鍵是弱極性基團(tuán)。因?yàn)轷セ泻恤驶?，?dǎo)致羰基的影響占主導(dǎo)的低級(jí)酯分子具有一定的極性，因而低級(jí)酯能溶于水。隨著碳原子增多，烴基的憎水作用增強(qiáng)，酯的水溶性逐漸降低。以上僅是根據(jù)“結(jié)構(gòu)相似、性質(zhì)相似”的原理進(jìn)行推理，科學(xué)與否有待證實(shí)。2制備乙酸乙酯時(shí)飽和碳酸鈉溶液的作用在高中的乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)中，要用飽和Na2CO3溶液收集生成物蒸氣，Na2CO3溶液的作用被認(rèn)為是吸收乙醇、中和乙酸、降低乙酸乙酯的溶解度。學(xué)生能理解作用之一的“中和乙酸”，但對(duì)其他作用卻“說不清，道不明”。2.1飽和Na2CO3溶液能減少乙酸乙酯溶解的原因分析在教學(xué)中，經(jīng)常有學(xué)生表示不解：既然酯不溶于水，為什么要用Na2CO3溶液減少其溶解？為什么Na2CO3溶液能減小其溶解？正是這些疑問不斷出現(xiàn)，才促使筆者去查找相關(guān)資料?，F(xiàn)在通過實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2知道乙酸乙酯是能溶于水的，所以要用飽和Na2CO3溶液來降低其溶解。那Na2CO3溶液為什么能降低酯的水溶性？有文獻(xiàn)提到：純化有機(jī)物時(shí)，常用飽和食鹽水洗滌，而不用水直接洗滌，這是利用其鹽析效應(yīng)，可降低有機(jī)物在水中的溶解度，并能加快水、油的分層。筆者又用NaCl代替Na2CO3重復(fù)了實(shí)驗(yàn)2,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象完全相同，說明是Na2CO3的鹽析效應(yīng)抑制了乙酸乙酯的溶解。2.2飽和Na2CO3溶液能溶解乙醇的原因分析2.2.1其他觀點(diǎn)介紹與質(zhì)疑對(duì)于Na2CO3溶液能溶解乙醇，有學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)3提出了反對(duì)觀點(diǎn)：“飽和Na2CO3溶液不能除去混在酯中的醇，相反的是，由于乙酸乙酯中混有乙醇的緣故，反而會(huì)使部分的碳酸鈉溶液進(jìn)入有機(jī)相?！睂?shí)驗(yàn)3將3mL乙酸乙酯、3mL乙醇與3mL飽和Na2CO3溶液混合，振蕩后沒有分層。筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)3沒有分層是因?yàn)橐掖加昧科笤斐傻?，因?yàn)橐掖际莾?yōu)良溶劑，既能溶解鹽類化合物，又能溶解一般有機(jī)物。乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)中，沸點(diǎn)較高的乙酸、乙醇在長導(dǎo)管的作用下冷凝回流（實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)時(shí)可見明顯的回流現(xiàn)象），所以在粗產(chǎn)物中含量并不高（實(shí)驗(yàn)結(jié)束后振蕩，上層液體的體積變化較小）。當(dāng)乙酸乙酯中只含少量乙醇時(shí)，它能被飽和Na2CO3溶液萃取出來嗎？2.2.2對(duì)質(zhì)疑的實(shí)驗(yàn)求證實(shí)驗(yàn)4用5mL移液管量取3mL飽和Na2CO3溶液，用1mL移液管量取0.5mL無水乙醇，同時(shí)加入10mL量筒中，充分振蕩，液體互溶且總體積為3.6mL。實(shí)驗(yàn)5用5mL移液管量取3mL乙酸乙酯，用1mL移液管加入0.5mL無水乙醇，同時(shí)加到10mL量筒中混勻。用5mL移液管量取3mL飽和Na2CO3溶液加入量筒，充分振蕩后靜置。液體分層，下層3.6mL，總體積6.6mL。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在乙醇含量較小時(shí)，飽和Na2CO3溶液可以將其從乙酸乙酯中萃取出來，即飽和Na2CO3溶液可以“溶解乙醇”。2.2.3對(duì)飽和Na2CO3溶液能溶解乙醇的原因分析為什么乙醇會(huì)進(jìn)入Na2CO3溶液？因?yàn)椤按挤肿雍痛挤肿娱g能形成氫鍵，醇分子和水分子之間也能形成氫鍵，這樣，醇分子就有可能在水分子間取得位置。反過來，水分子也可在醇分子間取得位置。因此，低級(jí)醇（三個(gè)碳以下）能以任何比例與水混溶”。由于氫鍵作用力要遠(yuǎn)大于一般分子間作用力，所以，醇分子在水分子的吸引下自發(fā)地從酯中分離出來，進(jìn)入水層。通過上述分析可知，用飽和Na2CO3溶液收集產(chǎn)物是乙酸乙酯制備實(shí)驗(yàn)的精心選擇。3小結(jié)教材是實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的重要載體，是教學(xué)的重要中介，是學(xué)生獲取知識(shí)的主要途徑之一，這些知識(shí)也是學(xué)生進(jìn)入后續(xù)學(xué)習(xí)的鋪路石，所以教材對(duì)教學(xué)的重要性不言而喻。求真、求實(shí)，追求知識(shí)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性是編寫教材的根本。我們不禁要反思：“乙酸乙酯能溶于水”這個(gè)事實(shí)并不復(fù)雜，為什么這個(gè)錯(cuò)誤會(huì)如此隨意地出現(xiàn)