乙酸乙酯制备实验中酚酞褪色原因的探究

谢雕+唐娅

摘要：在乙酸乙酯制备演示实验中，向饱和碳酸钠溶液中滴入酚酞，观察分层及振荡褪色现象，酚酞褪色的原因多被解释为碳酸钠溶液被蒸出的乙酸中和。为此，进行了一系列实验和理论探究，发现酯化实验过程中蒸出的乙酸量较少，不足以中和碳酸钠溶液，碳酸钠溶液褪色的原因是酚酞被乙酸乙酯萃取到了酯层中；以多元恒沸混合物的理论数据为依据，进一步改进了酯化反应的实验装置，证明了实验过程中乙酸不会被大量蒸出。

关键词：乙酸乙酯；酚酞褪色原因；二元共沸；实验探究

文章编号：1005–6629（2016）12–0064–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

乙酸乙酯的制备（人教版《化学2》第75页）是高中有机化学的重要演示实验，体现了有机化学实验的基本思想和方法。在乙酸乙酯制备的演示实验中，为了让学生能更清楚地看到乙酸乙酯与碳酸钠溶液的分层现象，教师在演示时常向饱和碳酸钠溶液中滴加几滴酚酞使溶液呈红色。当制备完成收集产物后，溶液上层为无色，下层为红色，振荡试管后，两层均变为了无色。对下层碳酸钠溶液褪色的原因，教师一般解释为：蒸出的物质中含有乙酸，与碳酸钠溶液反应而使酚酞褪色，并以此来强化碳酸钠溶液的作用。

这个推理看似合理，在某些资料上甚至以此设置考题。余灼森老师[1]进行了一些实验探究，也认为碳酸钠被蒸出的乙酸完全消耗而导致酚酞褪色。该结论与笔者平时的实验结果有较大的差异，为此笔者设计了一系列实验，多角度、多因素分析碳酸钠溶液中酚酞褪色的原因，还对酯化反应中蒸出乙酸的量进行了测定和理论分析，并从不同角度设计实验进行验证。

1 实验探究一 反应后水层溶液中是否有碳酸钠剩余

（1）用pH计测试所用饱和碳酸钠溶液pH为12.23。

（2）用“3mL无水乙醇+2mL浓硫酸+2mL冰醋酸”进行酯化实验，用5mL饱和碳酸钠溶液收集乙酸乙酯，振荡静止分层后，分离出下层液体，将液体分成三份，分别完成下面实验。

当然由于测定过程存在实验误差，计算结果只是一个估算值，但我们仍可清晰地看出碳酸钠溶液的浓度变化很小，因此可以推测Na2CO3溶液吸收乙酸的量应是比较少的。

但我们不禁又想到，由于酯化反应自身的特点，加热程度和时间长短不同，蒸出乙酸的量可能会出现较大差异。因此我们将测试在规范的实验操作情况下，不同的实验者进行酯化反应实验时，蒸出乙酸的量。

2 实验探究二 蒸出乙酸量的测定

在乙酸乙酯的制取实验中，将5mL饱和碳酸钠溶液改为5mL饱和氯化钠溶液来收集乙酸乙酯，然后分离出下层溶液并测pH。我们选取三位不同的教师在相同实验条件下平行进行该实验，结果如下：

由此可见，酯化实验时，不同的实验者由于个人实验差异，蒸出乙酸的量也不相同，但只要在相同实验条件、规范操作的情况下，蒸出的乙酸都是少量的，只有加入乙酸量的1%左右。

既然乙酸蒸出量很少，碳酸钠溶液还有相当多的剩余，溶液仍然呈现较强的碱性，那红色为什么褪去了？酚酞去哪儿了？

查阅资料可知：酚酞是一种白色晶体状粉末，不溶于水，1g酚酞可溶于13mL乙醇或70mL乙醚中[3]。由此可见，酚酞难溶于水而易溶于有机溶剂，那么酚酞是否被乙酸乙酯萃取到上层去了呢？

3 实验探究三 乙酸乙酯层中是否溶有酚酞

萃取能否发生与溶质在不同溶剂中的溶解度紧密相关。因此，我们又做了如下三组对比实验，从溶解度的角度找到酚酞被乙酸乙酯萃取的依据。

4 实验探究四 酚酞在不同溶剂中溶解度的测定

从下面的实验可以看出，酚酞在水中的溶解度非常小，几乎不溶于水，而酚酞在乙酸乙酯中的溶解度比在乙醇中还要大，因此乙酸乙酯将酚酞从碳酸钠溶液中萃取出来是完全合理的，这才是酚酞褪色的真正原因。

我们一般认为乙醇、乙酸、乙酸乙酯都是易挥发的液体，为何在乙酸乙酯制备实验的实际加热过程中，乙酸蒸出会很少呢？笔者通过查阅文献得到下面的數据。

从上面表格可以看出，乙酸、乙醇、乙酸乙酯的沸点是118.1℃、78.3℃、77.1℃，乙酸的沸点比乙醇和乙酸乙酯高得多，且乙酸不能和水、乙醇、乙酸乙酯形成恒沸物；而乙酸乙酯可以和乙醇、水分别形成二元恒沸物，导致沸点分别降为71.8℃和70.4℃，这与乙酸的沸点相差就更大了，相差达到46℃左右。因此不难分析出，酯化实验加热时从反应试管蒸出的主要是乙酸乙酯和乙醇，而乙酸是不易被蒸出来的，即使蒸出来也是少量的。那么在酯化反应实验的操作过程中，溶液温度是如何变化的？笔者设计了如下实验进行验证。

5 实验探究五 酯化反应过程中加热温度的测定

如图1所示，在酯化实验装置中加上一支温度计，测量加热过程中溶液的温度变化。实验结果如下：

反应液受热时温度迅速上升，70℃左右微沸，保持微沸1～2分钟后，大火加热到80℃剧烈沸腾，85℃左右产生大量馏出液，此时可抽出温度计至试管口，测试试管口温度在80℃左右。这一实验结果和上面沸点数据基本吻合。

通过上述实验探究，可以得出以下结论：该实验中由于乙酸乙酯能形成二元恒沸物使沸点降低，而乙酸不能形成恒沸物，因此在酯化反应实验条件下，乙酸乙酯易被大量蒸出，而乙酸蒸出量较少；虽然有少量碳酸钠会被乙酸中和，但仍有大量碳酸钠剩余，因此乙酸与碳酸钠反应不是酚酞褪色的主要原因；由于酚酞在乙酸乙酯中的溶解度较大，所以振荡后酚酞被乙酸乙酯萃取到了酯层中，这才是碳酸钠溶液中酚酞褪色的根本原因。

参考文献：

[1]余灼森.制取乙酸乙酯时使含酚酞的碳酸钠溶液褪色的原因探究[J].化学教学，2007，（9）：36，72.

[2]武汉大学.分析化学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2000：319.

[3]张孙玮，汤福隆，张泰.现代化学试剂手册（第二分册）·化学分析试剂[M].北京：化学工业出版社，1987：35.

[4] J. A.迪安主编.魏俊发等译.兰氏化学手册（第十三版）[M].北京：科学出版社，2003：64～74.