Experimentos que requieren calentamiento para aumentar la velocidad de reacción:
(1) Los experimentos que utilizan lámparas de alcohol para calentamiento directo incluyen:
① Producción de metano en el laboratorio; ② Preparación de laboratorio de etileno; ③ destilación de petróleo en laboratorio; ④ carbonización de carbón; ⑤ reacción de sustancias que contienen aldehídos con una suspensión de Cu(OH)2 recién preparada;
(2) Los experimentos de calentamiento en baño de agua incluyen:
① reacción de nitración de benceno (baño de agua de 50 ℃ ~ 60 ℃); ② reacción de espejo de plata (baño de agua tibia); Preparación de resina (baño de agua hirviendo); ④ Hidrólisis de acetato de etilo (baño de agua de 70 ℃ ~ 80 ℃); ⑤ Hidrólisis de sacarosa (baño de agua caliente); ⑥ Hidrólisis de celulosa (baño de agua caliente).
Por ejemplo, experimentos que requieren ácido sulfúrico como catalizador:
(1) Los experimentos en los que el ácido sulfúrico diluido solo actúa como catalizador son:
① Hidrólisis de ésteres; ② Hidrólisis de maltosa; ③ Hidrólisis de almidón; ④ Hidrólisis de celulosa (70% de ácido sulfúrico);
(2) Los experimentos en los que se utiliza ácido sulfúrico concentrado no solo como catalizador, sino también como agente deshidratante y agente absorbente de agua incluyen:
① Producción de etileno en el laboratorio; ② Reacción de nitración de benceno; ③ Preparación de ácido acético de éster etílico ④ Preparación de nitrocelulosa;
(2) Cuando se producen reacciones químicas orgánicas, a menudo ocurren reacciones secundarias
La molécula de una sustancia orgánica es una molécula compleja compuesta de más átomos, por lo que cuando reacciona con un reactivo , todas las partes de la molécula pueden verse afectadas. Es decir, cuando ocurre la reacción, la reacción no se limita a una parte específica de la molécula, por lo tanto, después de la reacción, se producen mezclas complejas (algunas de las cuales pueden ocurrir individualmente). a menudo producidos difíciles de separar), reduciendo en gran medida los principales productos de reacción. Por lo tanto, a diferencia de las reacciones químicas inorgánicas generales, las reacciones orgánicas a menudo no se llevan a cabo cuantitativamente de acuerdo con una determinada fórmula de reacción. Sin embargo, podemos controlar las condiciones de reacción y utilizar diferentes reactivos para seleccionar la reacción más favorable para aumentar la tasa de producción del producto objetivo. .
Por ejemplo, en el laboratorio, se mezclan etanol y ácido sulfúrico concentrado y se calientan para producir etileno:
Si la temperatura de calentamiento no se controla bien, se producirá la siguiente reacción secundaria generar éter:
(3) Requisitos estrictos de control de condiciones
Cada reacción química debe llevarse a cabo bajo ciertas condiciones. Los cambios en las condiciones de reacción a menudo conducen a productos completamente diferentes, lo cual es muy importante. para la química orgánica, esto es más prominente para las reacciones, por lo que los requisitos para el control de condiciones de las reacciones químicas orgánicas son muy estrictos. Por lo tanto, para dominar una reacción química orgánica, no basta con prestar atención únicamente a los cambios en el sitio de reacción en la estructura del reactivo. También se debe prestar especial atención a las condiciones externas cuando se produce la reacción, como el control de la temperatura y la reacción. control medio, etc.
Por ejemplo, la mezcla de etanol y ácido sulfúrico concentrado mencionada anteriormente se calienta a 170°C para generar etileno, y cuando se calienta a 140°C, se genera éter. Diferencias en los medios de reacción. Por ejemplo, la reacción de eliminación de hidrocarburos halogenados en la solución alcohólica de hidróxido de sodio ocurre, mientras que la reacción de sustitución ocurre en la solución acuosa de hidróxido de sodio.
2. Características de los experimentos de química orgánica
(1) Instrumentos experimentales complejos
Dado que las reacciones químicas orgánicas tienen requisitos de control de condiciones más estrictos, la química orgánica incluye algunos instrumentos de uso común. y los métodos operativos en los experimentos son más complicados que los experimentos inorgánicos.
Por ejemplo, experimentos como la reacción de espejo de plata y la reacción de nitración de benceno no solo requieren calentamiento en baño de agua, sino que también necesitan controlar la temperatura adecuada. Por lo tanto, la instalación y operación de los instrumentos experimentales son mucho más complicadas. que la simple operación de calentamiento con lámpara de alcohol.
Otro ejemplo es la "destilación" que se utiliza a menudo en experimentos de química orgánica.
La operación se realiza en el dispositivo que se muestra en la siguiente figura. Se puede ver que el dispositivo es muy. complicado.
Colocar la sustancia a destilar en la botella de destilación 1, que generalmente es un líquido o un sólido de bajo punto de fusión. La boca de la botella de destilación está equipada con un tapón del tubo 2 del lado de tierra con un termómetro, y el tapón 2 está conectado al condensador 3. Coloque la botella de destilación sobre la malla de amianto y caliéntela. Cuando el líquido hierve, el vapor caliente ingresa al condensador desde el tubo lateral, se condensa en líquido cuando se enfría y fluye hacia la botella recolectora.
(2) Los productos deben separarse y purificarse
Las reacciones químicas orgánicas son extremadamente complejas y, a menudo, hay muchos subproductos mezclados con el producto objetivo, por lo que existen varios subproductos. -Los productos deben usarse en experimentos de química orgánica para eliminar estas impurezas.
Si los líquidos son inmiscibles, se puede utilizar un embudo de separación para separarlos; si los líquidos son miscibles, el método de eliminación y purificación de impurezas debe seleccionarse de manera flexible según la naturaleza de las impurezas. Los métodos que utilizamos frecuentemente incluyen extracción y destilación.
La extracción es una operación que utiliza la diferencia de solubilidad o relación de distribución de sustancias en dos disolventes inmiscibles (o ligeramente solubles) para lograr el propósito de separación, extracción o purificación. Otro tipo de principio de extracción es utilizar el agente de extracción para reaccionar químicamente con la sustancia extraída. Por ejemplo, los agentes de extracción alcalinos (como una solución acuosa de hidróxido de sodio al 5%, una solución acuosa de bicarbonato de sodio) pueden eliminar ácidos orgánicos de la fase orgánica o eliminar impurezas ácidas de compuestos orgánicos disueltos en solventes orgánicos (haciendo que las impurezas ácidas formen sales de sodio disueltas en agua); los extractantes ácidos (como el ácido clorhídrico diluido, el ácido sulfúrico diluido) pueden extraer sustancias alcalinas orgánicas de la mezcla o usarse para eliminar impurezas alcalinas.
Por ejemplo, el ácido sulfúrico concentrado se puede utilizar para eliminar hidrocarburos insaturados de hidrocarburos saturados, y eliminar alcoholes y éteres de haluros de alquilo.
Para otro ejemplo, en el experimento de producción de acetato de etilo, el vapor generado en el dispositivo de reacción debe introducirse en la solución saturada de carbonato de sodio. Por un lado, la solución saturada de carbonato de sodio se puede mezclar. con acetato de etilo. La reacción del ácido acético en acetato de etilo, por otro lado, la solubilidad del acetato de etilo en una solución saturada de carbonato de sodio es pequeña, lo que facilita la separación de las capas.
El método de destilación no sólo puede separar sustancias orgánicas de impurezas no volátiles, sino también separar mezclas volátiles con diferentes puntos de ebullición. Al evaporar una mezcla de sustancias con diferentes puntos de ebullición: sustancias de bajo punto de ebullición se evapora primero. (pero a veces también puede formar una sustancia hirviendo).
(3) El diseño de planes experimentales y operaciones experimentales son más difíciles
El diseño y selección de planes experimentales de química orgánica requieren la consideración de muchos aspectos, como el control de las condiciones experimentales. , Selección de instrumentos, separación de productos, etc. Omitir cualquier aspecto puede provocar el fracaso del experimento. Por lo tanto, en los experimentos de química orgánica, desde los detalles de las operaciones hasta el manejo de los problemas que puedan surgir durante el experimento, el experimentador debe prestar gran atención.
Además, si el experimento de química orgánica se puede llevar a cabo sin problemas, el control de condiciones necesario y la operación experimental estandarizada son particularmente importantes. Es el requisito previo para el éxito del experimento. el experimento sea en vano, lo cual es inevitable. Mayor dificultad en las operaciones experimentales de química orgánica.
Por ejemplo, hay muchas cosas a las que se debe prestar atención durante la operación experimental de la reacción del espejo de plata. En primer lugar, al preparar la solución de plata y amoníaco, el agua con amoníaco no debe ser excesiva y el precipitado debe disolverse correctamente. Además, el tubo de ensayo utilizado para la reacción del espejo de plata debe estar limpio, de lo contrario el espejo de plata no estará limpio. Se produce y solo aparecerá un precipitado floculento negro. Por esta razón, antes del experimento, el tubo de ensayo debe hervirse con una solución de hidróxido de sodio al 10% y luego lavarse con agua del grifo y agua destilada en secuencia; El tubo de ensayo para la reacción del espejo de plata debe calentarse en un baño de agua y no debe colocarse directamente en alcohol. Calor sobre la lámpara.
3. Estrategias de enseñanza para experimentos de química orgánica
La química es una ciencia basada en experimentos, por lo tanto, en el proceso de aprendizaje de la química orgánica, debemos prestar atención al aprendizaje de la química orgánica. experimentos. Los profesores deben entrenar las habilidades operativas básicas de los estudiantes en experimentos químicos a través de la enseñanza experimental de química orgánica, de modo que los estudiantes puedan dominar inicialmente algunos métodos para controlar las condiciones de reacción y comprender los métodos de preparación y síntesis de compuestos orgánicos comunes y el diseño de planes experimentales, para así seguir avanzando. profundizar su comprensión de la teoría de la química orgánica Comprender el conocimiento y cultivar las habilidades experimentales de los estudiantes.
(1) Guíe a los estudiantes para que presten mucha atención a las condiciones de reacción y cultive la conciencia de los estudiantes sobre el control de las condiciones experimentales.
El control de las condiciones experimentales es una característica destacada de los experimentos de química orgánica de la escuela secundaria, por lo que Los profesores deben prestar atención al desarrollo. La capacidad del estudiante para controlar las condiciones experimentales. Los maestros pueden guiar a los estudiantes para que presten mucha atención a las condiciones de reacción de las reacciones químicas orgánicas durante la enseñanza de las propiedades químicas de la materia orgánica, y luego hacer la transición al control de condiciones de los experimentos de química orgánica, cultivando así la conciencia de los estudiantes sobre el control de las condiciones experimentales.
Por ejemplo, al aprender la reacción de deshidratación de etanol a etileno bajo la catálisis de ácido sulfúrico concentrado, el profesor primero guía a los estudiantes para que presten atención a las condiciones de temperatura de la reacción, que es de 160-170°. C, y recuerda a los estudiantes que si la temperatura es de 130-140 °C, se generará éter en lugar de etileno. Una vez que los estudiantes comprendan las condiciones de temperatura de la reacción, el maestro transferirá esta comprensión al control de condiciones del experimento de preparación de etileno. Los estudiantes comprenderán naturalmente que el experimento requiere un rápido aumento de la temperatura hasta 170°C.
(2) A través de ejemplos de enseñanza específicos y actividades de investigación experimentales específicas, desarrolle la capacidad de los estudiantes para controlar las condiciones experimentales.
Los profesores pueden usar ejemplos de enseñanza específicos para que los estudiantes comprendan la importancia de controlar las condiciones experimentales. condiciones. El uso de ejemplos didácticos debe movilizar el entusiasmo de los estudiantes tanto como sea posible, para que puedan analizar qué condiciones experimentales afectan los resultados experimentales y cómo los afectan a través de discusiones, intercambios y otras actividades de aprendizaje independiente, y cómo los científicos controlan estas condiciones experimentales. para que los estudiantes se den cuenta de la importancia de controlar las condiciones experimentales a través de discusiones específicas y actividades de comunicación.
Los profesores también pueden utilizar actividades de investigación experimentales específicas para permitir que los estudiantes experimenten personalmente el proceso de control de las condiciones experimentales. El desarrollo de la conciencia de los estudiantes sobre el control de las condiciones experimentales no solo se refleja en los niveles conceptual y teórico, sino que también se implementa en actividades prácticas, lo que permite a los estudiantes aprender y aplicar métodos para controlar las condiciones experimentales. El aprendizaje y la aplicación de los métodos de control de las condiciones experimentales no pueden separarse de las actividades de investigación experimental específicas y deben combinarse estrechamente con el contenido de enseñanza de experimentos químicos específicos. Sólo cuando los estudiantes experimentan personalmente el proceso de controlar las condiciones experimentales pueden mejorar su conciencia de controlar las condiciones experimentales y desarrollar sus habilidades de investigación experimental.
(3) Brinde a los estudiantes oportunidades para diseñar experimentos de química orgánica y desarrollar sus habilidades en el diseño de experimentos químicos.
Las habilidades de diseño de experimentos de química orgánica son una parte importante de las habilidades de investigación de experimentos químicos. El diseño de experimentos de química orgánica es un proceso en el que los estudiantes desarrollan actividades de investigación de experimentos de química orgánica y desarrollan habilidades de investigación de experimentos de química orgánica. En este proceso, los estudiantes no solo pueden aplicar el conocimiento teórico de la química orgánica que han aprendido, sino también experimentar la química orgánica. importancia del diseño experimental, comprender los principios básicos que se deben seguir y a qué se debe prestar atención en el diseño experimental de química orgánica