摘要:以煤油、四氯化碳、苯为不同溶剂对同体积不同浓度或同浓度不同体积的溴水进行萃取,探究萃取后有机层和水层颜色的差异与溴水浓度、体积之间的关系。
关键词:不同溶剂;萃取;浓度;体积;颜色差异
萃取是利用物质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同,用一种溶剂把物质从它与另一种溶剂所组成的溶液里提取出来[1];萃取实验操作的教学是高中化学常规的操作,也一直认为这个实验十分简单;直到有一次在学生分组实验教学观摩课上,学生完成了萃取溴水分组实验后学生发现,不同小组用不同有机溶剂萃取后有机层的颜色有较大差异。有学生提出了二个问题:1.用同体积、不同的有机溶剂萃取同体积溴水时,萃取后有机溶剂层的颜色越深是否能说明原来溴水的浓度越大?2.用同体积、同一有机溶剂萃取同浓度溴水时,溴水体积越大,有机溶剂层的颜色是否会越深?
为解决上述疑惑,笔者决定通过现有高中实验条件,设计课堂实验探究上述问题。
一、实验用品
质量分数3%的溴水,质量分数0.5%的溴水,质量分数0.1%的溴水,煤油、四氯化碳、苯、烧杯、玻璃棒、试管(带塞)、量筒、分液漏斗(梨型)。
二、实验步骤
1.在常温、常压下,探究同体积的不同溶剂萃取同体积质量分数为3%的溴水[2]

实验1-3分析如下:三个实验所用的溴水浓度、体积均一致、萃取溶剂的体积也完全一致。从实验后颜色来看,三种溶剂萃取溴水后水层的颜色比较接近,均呈淡黄色,这可能是因为溴水浓度较大,水中溶解少量溴的原因。但萃取后有机溶剂层的颜色差异明显,选择CCl4萃取后有机溶剂层颜色最深,而选择煤油萃取后有机溶剂层的颜色最浅,且颜色的差异明显。
2.在常温、常压下,探究同体积的不同溶剂萃取同体积、浓度相同且较低的溴水

由实验1、4、7(一组);2、5、8(一组);3、6、9(一组)等三组实验对比来看:选择同体积、同一有机溶剂萃取同体积、不同浓度溴水时,随着溴水浓度的降低,水层与有机溶剂的颜色都会呈现逐渐变浅趋势。
而由实验4、5、6(一组)、7、8、9(一组)等二组实验对比来看,选择同体积、不同有机溶剂萃取同体积、同浓度溴水时,尽管水层颜色比较接近,但有机层的颜色依然有较大差异,其中CCl4萃取后有机溶剂层颜色最深,而用煤油萃取后有机溶剂颜色最浅。
实验结论1:在相同条件下,用同体积、不同有机溶剂萃取同浓度、同体积溴水实验时,萃取后有机溶剂层颜色并不一致,因此不能通过有机层的颜色深浅来判断原来溴水浓度的大小。
实验结论2:在相同条件下,用同体积、同一有机溶剂萃取同体积、不同浓度的溴水时,溴水浓度越大,萃取后有机层颜色越深,因此用同体积、同一有机溶剂萃取溴水,可以通过萃取后有机溶剂层颜色的深浅判断原溴水浓度的大小,萃取后有机层颜色越深,原溴水的浓度越大。
3.在常温、常压下,同体积的CCl4萃取不同体积3%的溴水

实验10-13现象说明:用同体积CCl4萃取3%溴水,当溴水体积相差不大时,萃取后水层与有机层颜色并无太大差异,只有当萃取的溴水体积发生很大变化时,萃取后有机层的颜色才会有较明显的变化,而萃取后水层颜色并无明显变化。
4.在常温、常压下,同体积不同有机溶剂萃取体积不同浓度均为3%溴水
接下来,笔者将CCl4换成苯或者汽油去萃取体积不同的3%溴水,结果发现用同体积、同一有机溶剂萃取同浓度、不同体积溴水时,萃取后有机溶剂层液体颜色相差并不大,而水层颜色一直没有变化;只有当溴水体积发生很大变化时,萃取后有机溶剂层的颜色才会有显著差异,而水层颜色依然没有变化。
实验结论:在相同条件下,同体积、同一有机溶剂萃取同浓度溴水,当溴水体积相差不大时,萃取后有机层的颜色并无明显差异,而萃取后水层的颜色几乎一致。
三、小结
通过实验的探究,可以给出答案的同时引导、激发学生对上述探究实验现象新思考。
答案1:相同条件下,有机溶剂层的颜色虽然是因为溶解了溴单质所以呈现出颜色,但选择同体积、不同有机溶剂萃取同体积、同浓度溴水,萃取后有机层颜色有着明显的差异,故选择萃取的有机溶剂不同时不能依据萃取后有机层颜色的深浅判断原溴水浓度的大小。只有选择同体积、同一有机溶剂萃取不同浓度溴水时才可以根据萃取后有机溶剂层颜色深浅来判断原来溴水的浓度的大小,萃取后有机溶剂层颜色会越深说明原来溴水的浓度越大。
答案2:相同条件下,选择同体积、同一有机溶剂萃取同浓度、不同体积溴水,当溴水体积相差不大时,水层颜色则没有变化,有机溶剂层的颜色也无明显的差异,只有当溴水体积有较大变化时,有机层的颜色才会有较大的差异。
思考1:用同体积、不同有机溶剂萃取同体积、同浓度的溴水,颜色为何有较大差异?
思考2:用同体积、同一有机溶剂萃取同浓度、不同体积的溴水,随着溴水的体积增大,为何有机层的颜色变化为何并不明显?
参考文献:
[1]宋心琦、王晶、李文鼎等.普通高中课程标准实验教科书·化学1(必修)[M].北京:人民教育出版社,2017:7-9.
[2]满旭、陈运秀.对高中化学实验使用有机萃取剂的建议[J].化学教学,2008,(6),9-10.