核心素养视角下的有机实验复习——以酯类物质的分离提纯为例

重庆 王 明 陈厚波

化学试题解答的思维过程通常如图所示：

模型建构：从深入分析教材或者有意识的练习或大量练习中获得。

证据推理：在题目中寻找解决本题的关键信息，即“题眼”。

模型修正：前面建构的模型并不一定完全适合本题，根据本题的特征对前面建构的模型做出适当修正。

归纳演绎、得出答案：利用题目中的数据、图象等进行合理的推导和正确的计算，即得到题目解答。

思维过程的前两步恰好是化学核心素养中的证据推理与模型认知。

经过较长时间的一轮复习，学生对高中化学的所有知识有了全盘的掌握。但是要能够把这些零散的知识用于解题，还需要在老师的帮助或自己的归纳总结下建立起一系列的解题模型。实际教学中，笔者从教材入手，通过深入分析和思考，给学生示范了酯类物质分离提纯的模型建构和证据推理，取得了很好的效果。

1.来源于教材的实际问题——模型认知

问题1：实验室利用冰醋酸与无水乙醇在浓硫酸催化加热下反应生成乙酸乙酯，如何从所得的反应混合物中分离出纯净的乙酸乙酯？

问题2：如何从实验室制取溴苯的反应混合物中分离出纯净的溴苯？如何从制取硝基苯的反应混合物中提纯硝基苯呢？

【解析】分离过程应为先将反应混合物水洗，除去其中混有的水溶性物质，特别是作催化剂的酸，然后加入饱和Na2CO3溶液，除去上一步残留的酸性物质，问题2中应该用NaOH溶液洗涤；再次加入蒸馏水，除去上一步过量的盐或者碱；最后将分离得到的有机层进行后续处理如蒸馏等，得到纯净的目标产物。

总结提炼后可建构出如下模型：

2.在考题中运用模型——证据推理

一个模型有没有用处，需要在真实的试题环境中去检验。现列举几例赏析如下，需要说明的是由于篇幅所限都只分析了主要流程，对后面的具体问题未做深入探究。

【例1】(2014·全国卷Ⅰ·26节选)乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一，具有香蕉的香味。实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示意图和有关数据如下：

实验步骤：

在A中加入4.4 g异戊醇、6.0 g乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片。开始缓慢加热A，回流50 min。反应液冷至室温后倒入分液漏斗中，分别用少量水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤；分出的产物加入少量无水MgSO4固体，静置片刻，过滤除去MgSO4固体，进行蒸馏纯化，收集140～143℃馏分，得乙酸异戊酯3.9 g。

【分析】本题年代稍显久远，但却是这类题目的典例，很有必要深入分析！有机实验原理和过程相对简单，关键在于产品的分离提纯，题目的重点设问也在反应混合物的分离提纯。解决本题的关键在于搞清楚分离提纯的过程，可图示如下：

本题还需要说明的一点是，无机物中的常用干燥剂，比如浓硫酸、碱石灰等通常不用于对有机物的干燥。有机物的干燥剂通常选用无水盐，如无水CaCl2、MgSO4、Na2SO4等，其中以无水硫酸盐居多。

图甲

图乙

物质的部分物理性质如表所示：

物质相对分子质量密度/g·cm-3沸点/℃水溶性苯甲酸1221.27249微溶异丙醇600.7982易溶苯甲酸异丙酯1641.17218不溶

实验步骤：

步骤Ⅰ.在干燥的仪器a中加入38.1 g苯甲酸、30 mL异丙醇和15 mL浓硫酸，再加入几粒沸石；

步骤Ⅱ.加热至70℃左右，保持恒温半小时；

步骤Ⅲ.将仪器a中液体进行如下所示操作得到粗产品：

步骤Ⅳ.将粗产品用图乙所示装置进行精制。

【解析】题目解答的关键是对步骤Ⅲ的流程进行深入分析。

【例3】(2019·全国卷Ⅲ·27节选)乙酰水杨酸(阿司匹林)是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下：

水杨酸 醋酸酐 乙酰水杨酸

水杨酸醋酸酐乙酰水杨酸熔点/℃157～159-72～-74135～138相对密度/(g·cm-3)1.441.101.35相对分子质量138102180

实验过程：在100 mL锥形瓶中加入水杨酸6.9 g及醋酸酐10 mL，充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加0.5 mL浓硫酸后加热，维持瓶内温度在70℃左右，充分反应。稍冷后进行如下操作。

①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100 mL冷水中，析出固体，过滤。

②所得结晶粗品加入50 mL饱和碳酸氢钠溶液，溶解、过滤。

③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。

④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g。

【分析】此题的关键在于明确操作的目的，仍然可以用到上面的模型。

上面的解题模型中把“第二次水洗”修正成了“浓盐酸酸化”，使之更符合本题的处理流程。可以发现，模型并不是一成不变，在具体的试题情境中需要在证据推理的基础上对模型进行合适的修正，但大的方向和环节和前述几乎一致。

3.解题模型的深度运用

考试中最常见的是酯类物质的分离提纯，我们归纳的模型也主要是针对与酯类物质有关的反应混合物的分离提纯，不仅如此，很多其他有机反应混合物的分离提纯都可以套用上述模型。

物质相对分子质量密度/g·cm-3熔点/℃沸点/℃溶解性AlCl3——190易升华遇水极易潮解并产生白色烟雾,微溶于苯苯780.88—81.1难溶于水,易溶于乙醇氯代叔丁烷92.51.85—51.6难溶于水,可溶于苯叔丁基苯1340.87—169难溶于水,易溶于苯

Ⅱ.如图是实验室制备叔丁基苯的装置(夹持装置略)：

在三颈烧瓶中加入50 mL的苯和适量的无水AlCl3，由恒压漏斗滴加氯代叔丁烷10 mL，一定温度下反应一段时间后，将反应后的混合物洗涤分离，在所得产物中加入少量无水MgSO4固体，静置，过滤，蒸馏得叔丁基苯20 g。

(4)使用恒压漏斗的优点是________________；

加入无水MgSO4固体的作用是________________。

(5)洗涤混合物时所用的试剂有如下三种，正确的顺序是________(填序号)。

①5%的Na2CO3溶液 ②稀盐酸 ③H2O

【分析】(4)恒压漏斗的优点是便于溶液顺利的滴下；无水MgSO4是有机实验中常用的干燥剂。

(5)套用酯类物质分离提纯解题模型：混合物→第一次水洗→碱洗(或盐洗)→第二次水洗→有机层分离提纯(干燥后过滤、蒸馏、重结晶、升华等)。

酸洗→抑制AlCl3的水解，如果不需要考虑水解问题，第一步水洗效果更好。

盐洗→除去上一步过量的盐酸。

水洗→除去上一步过量的盐。

综上所述，正确的加入顺序应是反应混合物→②→①→③。