“乙醇分子结构确定”及其实验装置的讨论

一、实验原理
　　
　　乙醇的分子式是C2H6O。符合这一组成的结构可能有两种：CH3CH2OH和CH3OCH3，用准确量取的乙醇与过量的钠反应，通过测量生成氢气的体积便可以确定乙醇是哪一种结构。
　　
　　二、实验装置
　　
　　本实验常用的装置如图1，为了减少药品的用量，可用注射器代替分液漏斗，用试管代替圆底烧瓶，如图2。
　　

　　三、实验步骤
　　
　　1.取金属钠约0.5克，切成碎小的薄片，投入试管，加入无水苯2～3mL。用注射器抽取无水乙醇1mL，按图2组装实验装置。
　　
　　2.将无水乙醇缓缓注入试管，钠与乙醇反应产生的气体把广口瓶中的水压入烧杯中。
　　
　　3.乙醇加完后，用酒精灯稍稍加热试管，直到乙醇反应完全。
　　
　　4.装置冷却后，用量筒测量被排出水的体积，进行计算，确定乙醇的结构式。
　　
　　四、注意事项
　　
　　1.确保整个装置气密性良好。
　　
　　2.所用的钠应稍过量。
　　
　　3.与大试管相连的玻璃导气管稍长，兼起到冷凝的作用。
　　
　　4.由于生成的乙醇钠包在钠的表面，使反应缓慢，甚至中止。使用溶剂苯帮助乙醇钠与钠分离，稍加热，能有效地提高氢气的收率。
　　
　　5.待装置冷却后，调整烧杯的高度，使广口瓶和烧杯中的水处于同一平面后，再量取烧杯中水的体积。
　　
　　6.广口瓶与烧杯之间的导管中水的体积也应考虑在内。
　　
　　7.反应结束后，应加入过量的乙醇使剩余钠反应掉，不得加水冲洗。
　　
　　五、实验装置讨论
　　
　　图2装置是常用的量气装置，但存在以下缺点：①接口太多，装置的气密性难以控制；②须要考虑导气管中水的体积。于是笔者想到用排水法直接收集生成的气体（如图3）。
　　
　　图3装置的优点是接口少，气密性容易控制。然而此装置仍然存在问题：醇与钠的反应本身就是放热反应，且反应后期需用酒精灯加热，会使试管内温度较高，试管内气体膨胀进入集气瓶，产生正误差，更重要的是试管冷却后，可能会将水槽中的水倒吸入试管中，易发生危险。又想到在试管与集气瓶之间增加一安全瓶，但仍然无法解决接口太多的问题，且与图2装置相比，反而更繁琐了。
　　
　　如果按图4组装仪器，便可以解决这些问题。图4装置与图3装置的差别在于将导气管深入到集气瓶的底部，待反应结束试管冷却后，调整集气瓶的位置使集气瓶内的水面与水槽内水面相平，抽出导气管，用玻璃片盖住集气瓶口，将其取出，生成气体的体积即集气瓶的容积减去集气瓶内剩余水的体积，气体的压强为大气压强，温度为室温。
　　

　　图4装置的优点如下：①接口少，气密性容易控制；②不会引起倒吸；③导气管在反应前后都充满气体，对量气不产生误差，解决了图2装置须考虑导气管中水的体积的问题。
　　
　　这两套气体收集装置也可用于测量其他反应放出气体的量。对于不用加热，且反应热较小的反应，可选用图3的收集装置，如测量金属和酸反应生成氢气的量；对于需要加热的反应或反应热较大的放热反应，可选用图4的收集装置，如测量加热高锰酸钾生成氧气的量。另外，集气瓶也可以用大小合适的量筒代替，这样就能直接读出气体的体积。