连结:乙炔的简易製备和反应〔II〕

教师手册 (Teacher’s Guide)

化学示範

I:器材和溶液

1. 点火枪  1支(或火柴  1盒)
2. 碎冰块  少许
3. 硬厚的塑胶盆  1个
4. 硬厚的宝特瓶  1个
5. 电石(碳化钙,CaC2)  少许

II:示範「冰块点火」

为了创造惊喜,上课前在容器(硬厚的塑胶盆)中先加入几粒小电石,不要让学生知道,然后带到实验室。在上课时,在学生面前不断加入碎冰块,最好有些冰块已熔化成少许水,再用点火枪点火。学生会感到疑惑,为何冰可以点火呢?引发学生探究的兴趣。

老师示範「冰块点火」,冰块点火前如图一所示,冰块点火后如图二所示。

化学实验室实验:乙炔的简易製备和反应〔III〕

图一 冰块点火前

化学实验室实验:乙炔的简易製备和反应〔III〕

图二 冰块点火后

III:示範「宝特瓶气爆」

在上课前,老师事先取一个600 mL的宝特瓶,在距离下方约1/3处挖一个洞(洞的大小与点火枪的点火端的大小约相同)。在上课前,在瓶中加入极少量的电石(约一颗米粒的大小,不宜太多,以避免乙炔燃烧不完全)。上课时带到实验室,请小老师倒入一瓶盖水,在出口处放一颗乒乓球,然后点火,如图三所示。此示範会发生巨大的声响,引起学生热烈的讨论。

化学实验室实验:乙炔的简易製备和反应〔III〕

图三 点火前(左)和点火后(右)

 IV:讨论和说明

在老师和小老师示範后,老师引导学生互动讨论一阵子之后,学生或老师说明冰块为何可燃,以及宝特瓶为何炸飞的原因。

教学提示

● 上课时间:教师化学示範:约10分钟,教师实验解说:约10分钟,学生实验操作和纪录:约60分钟。实验结果讨论并分组报告:约20分钟。

● 在学生不知道的事先处理下,本实验的乙炔化学示範极具悬疑性和震撼性。在示範此实验后,学生才进行操作实验,实验教学成效极佳。

● 本实验利用注射针筒收集乙炔及检测其基本性质,十分简便,可省去传统实验组装器材的时间。

● 乙炔具有可燃爆炸性,学生实验时老师必须在旁指导并叮咛和监督。

● 示範宝特瓶实验时,碳化钙若加太多,则乙炔不易燃烧完全且容易将宝特瓶烧毁,务必注意加入碳化钙的量。

药品配製

● 0.005 M过锰酸钾溶液:秤取0.2 g的过锰酸钾固体,置入一个250 mL的锥形瓶中,加入少许蒸馏水使其全溶,再加蒸馏水至250 mL的刻度。

● 0.1 M硝酸银溶液:秤取0.425 g的硝酸银固体,置入一个于小烧杯中,加入少许蒸馏水使其全溶,再加蒸馏水至25 mL的刻度。

● 溴水:从购买的溶液中取出1 mL,置入一个小烧杯中,再加水至10 mL的刻度。

实验纪录样本

一、化学示範

1. 老师示範「冰块点火」,学生观察变化的现象,并讨论冰块为何会起火燃烧。

老师不断地在塑胶盆中加入冰块,冰块冒烟,用点火枪点火,冰块上面出现燃烧的火焰,且持续很长的一段时间。

2. 小老师示範「宝特瓶气爆」,其余学生观察变化的现象,并讨论产生气爆原因。

这现象是因为乙炔遇到瓶中的氧气起火燃烧,乙炔可燃,点火产生爆鸣声,瓶上的乒乓球被巨大声响阵走,用手触摸宝特瓶可以感觉到燃烧时的放热现象。

二、乙炔性质的检测

A1:乙炔的可燃性

● 乙炔是否具有可燃性: 是 ;
● 点火是否具有爆鸣声: 是 。
● 写出乙炔完全燃烧的反应式:2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O(g)

A2:乙炔的加成性

● 反应前:溴水颜色为: 黄橙色 ;
● 反应后:溴水颜色为: 无 。
● 写出此化学反应的反应式: C2H2 + 2Br2 → CHBr2CHBr2

A3:乙炔的还原性

● 反应前:过锰酸钾溶液颜色为: 紫红;
● 反应后:溶液颜色由 紫红 色变成 棕 色,并产生 MnO2 沉澱(如图四所示)。
● 写出此化学反应的反应式:3HC≡CH + 10MnO4– + 2H2O → 6CO2 + 10MnO2 + 10OH–

化学实验室实验:乙炔的简易製备和反应〔III〕

图四 乙炔与过锰酸钾反应产生MnO2沉澱

A4:乙炔的金属取代性

● 反应前:硝酸银的氨溶液颜色为 无色 ;
● 反应后:产生 乙炔银 沉澱(如图五所示)。
● 写出此化学反应的反应式:H-C≡C-H + 2Ag(NH3)2NO3 → Ag-C≡C-Ag + 2NH4Cl + 2NH3

化学实验室实验:乙炔的简易製备和反应〔III〕

图五 产生乙炔银沉澱

A5:製备乙炔之副产物的酸硷性

● 滴入酚酞指示剂:颜色由 无 色变成粉红色(如图六的左图所示)。
● 滴入广用指示剂:颜色由 无 色变成蓝色(如图六的右图所示)。
● 由实验结果,可知製备乙炔的副产物溶液为硷性。

化学实验室实验:乙炔的简易製备和反应〔III〕

图六 滴入酚酞指示剂(左)和广用指示剂(右)的颜色

三、乙炔和氧反应的化学计量

B1:不同体积比的乙炔与空气之反应

在体积比为乙炔:空气=1:6 (甲);2:5 (乙);3:4 (丙);4:3 (丁);5:2 (戊),五支注射针筒中,回答下面的问题。

● 哪一支或哪些注射针筒的乙炔接近完全燃烧?答: 甲 (如图七的左图所示)。
● 哪一支或哪些注射针筒的乙炔不完全燃烧?答: 乙丙丁戊 (如图七的右边四针筒所示)。
● 哪一支注射针筒内碳粒浓度最高?答: 戊 。

化学实验室实验:乙炔的简易製备和反应〔III〕

图七 由左至右体积比,乙炔:空气=1:6;2:5;3:4;4:3;5:2

B2:乙炔与氧气体积比为2:5之反应

● 乙炔与氧气体积比为2:5之反应的爆鸣声比乙炔与空气混合的爆鸣声为大声或小声?答: 乙炔与氧气体积比为2:5之反应的爆鸣声较大声 。

参考答案

1. 碳化钙和水反应製备乙炔的原子使用效率26.1%。

反应式:CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2
氢氧化钙(Ca(OH)2)的莫耳质量:74.09 g/mol,乙炔(C2H2)的莫耳质量:26.04 g/mol。
碳化钙和水反应製备乙炔的原子使用效率为:

化学实验室实验:乙炔的简易製备和反应〔III〕

2. 氧气约占空气的20 %,同温同压下,各注射针筒内乙炔与氧气的体积比等于莫耳数比,分别为 (甲) 1:1.2;(乙) 2:1;(丙) 3:0.8;(丁) 4:0.6;(戊) 5:0.4,注射针筒的莫耳数比最近2:5,以甲注射针筒的莫耳数比最接近2:5,最接近完全燃烧。

3. 在本次实验中,乙炔被氧化的反应:
● 2C2H2(g) + O2(g) → 4C(s) + 2H2O(g)
● 2C2H2(g) + 3O2(g) → 4CO(g)+ 2H2O(g)
● 2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O(g)
● C2H2 + 2Br2 → CHBr2CHBr2
● 3HC≡CH + 10MnO4– + 2H2O → 6CO2 + 10MnO2 + 10OH–

在本次实验中,乙炔被还原的反应:
●  无

在本次实验中,乙炔不涉及氧化还原反应:
● H-C≡C-H + 2Ag(NH3)2NO3 → Ag-C≡C-Ag + 2NH4Cl + 2NH3



参考资料和延伸阅读
1. Microscale Gas Chemistry: Experiments with Ethyne, http://mattson.creighton.edu/C2H2/index.html.
2. Preparation and Reactions of Acetylene, http://www.siraze.net/chemistry/ … /experiment/035.pdf.
3. Acetylene, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Acetylene.
4. 乙炔,维基百科,http://zh.wikipedia.org/zh-tw/乙炔。
5. 乙炔(Ethyne),高瞻计画资源平台,http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=4622。


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