2.2.1乙烯——创新“制取实验”教学设计 2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

高中化学优质课比赛个人赛 第一课时 《复兴路上话乙烯——创新“制取实验”》 创新实验教学设计 1、功能与价值 乙烯制取实验在人教版必修 2 第七章第二节以及人教版选择性必修 3 《有机化学基础》第二章第三节中均没有被单独提出，但在人教版选择性必 修 3《有机化学基础》第三章第一节卤代烃第二节醇的学习中均以重要的知识点出现，学生可以由乙烯的生成认识到溴乙烷及乙醇的消去反应，卤代烃及醇羟基消去反应的通性以及从微观结构（化学键）角度研究有机反应的思路。 教材将 1-溴丁烷的消去反应设计为探究实验，将乙醇的消去反应设计成学生实验，要求虽然不一样，但都对溴乙烷、1-溴丁烷、乙醇断键形成烯双键的微观结构进行重点描述，这些实验不仅引导学生认识学习卤代烃及醇类的消去反应，还培养了学生观察、描述、分析、归纳总结实验现象的能力，发展了学生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等核心素养。学生初 · 学会从宏观现象到化学符号再到微观探析的“三重表征”思维方式，由感性认识上升到理性思维。 2、原理与拓展 乙醇与浓硫酸反应的原理为： 教师常将该实验现象总结为：①酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液褪色；②圆底烧瓶底部容易出现黑色；对应的解释分别为：①乙烯与酸性高锰酸钾发生氧化反应，乙烯与溴发生加成反应；②浓硫酸具有脱水性，乙醇转化为黑色碳单质。 课堂教学往往忽视实验要求液体温度迅速达至 170℃，但实际操作中液体温度很难迅速升至 170℃，耗时较长。杨玉峰提出耗时长是因为实验室用浓硫酸催化乙醇脱水制备乙烯的反应属β-消除反应，失水反应是按 E1 历程进行的。反应分两步进行：第一步是羟基质子化，促使羟基离去产生碳正离子。离去基团的碱性越弱越易离去，而羟基具有强碱性，所以不易离去。只有在酸性条件下生成盐，降低碱性，方易离去。第二步是碳正离子脱去一个β -氢原子生成乙烯[1]。张跃提出改进措施乙基占多数，并且它能够很快转化为烯碳正离子，然后释放出乙烯[2]。 3、实验改进方案综述 教材中制备乙烯的反应实验方案很简单，但较为耗时，因此有不少学者对该实验进行改进，改进方案主要可分为三类：第一类是仍以浓硫酸催化为主体；第二类是利用其它种类固体催化剂代替浓硫酸；第三类是利用乙烯利制取乙烯。 表 1 乙醇与浓硫酸改进装置分类 类别 改进装置 第一类 [3]-[5] 第 二 类 [6]-[9] 第 三 类 [10]-[11] 4、实验创新 （1）制取原理：教材中没有明确乙烯的制取实验，但教材中对由溴乙烷及乙醇的消去反应生成乙烯进行了重要阐述，目的也是从微观结构（化学键）角度研究化学反应断键成键的思路。而大多数关于实验的改进只是局限于装置、试剂等，所以笔者尝试从乙醇消去反应为基础，从乙烯利水解中化学键的变化角度入手，引导学生利用平衡思想来设计乙烯利制取乙烯的方法。 实验步骤：①学生书写乙烯利水解方程式；②对照乙烯利水解方程式，利用平衡思想设计乙烯利制取乙烯的方法：一倍稀释乙烯利溶液、与氢氧化钠固体反应、加热乙烯利溶液。③课后作业：试根据宏微结合的思想和平衡思想，试分析二氧化碳制取乙烯的反应方程式和反应条件？ 图 1 实验评价：建立物质制取的一般模型：利用微观结构分析化学键的变化情况，利用平衡思想选择反应条件，利用创新实验进行科学探究，通过作业反馈能很好的建立模型。 （2）优化试剂：对于乙醇制备乙烯的的消去反应而言，教材中选择了浓硫酸作为催化剂，首先有一定安全隐患，再就是严重会有严重碳化现象出现，而改进的固体催化剂：有些如活性白土离生活很远，很难有实际的可行性；有些如蜂窝煤含杂质较多，需要进行处理，课堂时效性不太好；有些如五氧化二磷容易形成酸雾，不易操作。笔者尝试从生活化和易得化角度入手，并在查阅大量资料的基础上收集如下催化剂，作如下改进。 实验试剂：无水乙醇、Al2O3、硅胶干燥剂、蒙脱石干燥剂、酸性高锰酸钾溶液。 图 2 实验评价：用 Al2O3、硅胶干燥剂、蒙脱石干燥剂作为乙醇脱水的催化剂，副产物少，无污染，廉价易得。 （3）简化装置：对于乙醇制备乙烯的的消去反应而言，不管是教材上的实验装置还是上述改进的实验装置均较为复杂，笔者尝试从装置简易性和操作便捷性角度，并在前人的基础上对实验装置作如下改进。 实验仪器：注射器、大试管、试管夹、酒精灯、点火器、锥形瓶、烧杯、导管、橡胶管、脱脂棉、卤料袋。 实验试剂：无水乙醇、40%的乙烯利溶液、Al2O3、硅胶干燥剂、蒙脱石干燥剂、酸性高锰酸钾溶液、固体氢氧化钠、蒸馏水。 图 3 图 4 图 5 图 6 图 7 图 8 实验步骤：①按如图组装实验仪器；②检查装置气密性后：图4试管底部塞入浸有无水乙醇的脱脂棉作为乙醇的供气源，卤料袋包裹固体催化剂固定于试管中下部。图5锥形瓶中装有氢氧化钠固体或10ml蒸馏水，注射器中