門英倩+馮麗娜

摘要：在高中階段的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中很多用到硫酸，在高中階段，學(xué)生系統(tǒng)的掌握硫酸的應(yīng)用，有利于學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的理解。

關(guān)鍵詞：濃硫酸；催化作用；脫水作用；吸水作用

O643.3

在高中階段有機(jī)化學(xué)教學(xué)中涉及到很多用到硫酸的反應(yīng)。例如，苯和濃硝酸、濃硫酸混合水浴50～60℃制備硝基苯，乙醇和濃硫酸混合在170℃制備乙烯，在140℃制得乙醚，乙酸和乙醇、濃硫酸混合加熱制備乙酸乙酯，二糖、多糖在有硫酸的條件下水解。在高中階段，學(xué)生系統(tǒng)的掌握硫酸的應(yīng)用，有利于學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的理解。從高中課本來(lái)看，硫酸在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用主要有以下幾點(diǎn)作用：

一、濃硫酸的催化作用和脫水作用

在有些有機(jī)反應(yīng)中濃硫酸不僅提供氫離子起著催化作用，同時(shí)還使有機(jī)物按水的組成從有機(jī)物中奪取氫元素和氧元素而起到脫水作用。例如：

1.乙醇的消去反應(yīng)

乙醇和濃硫酸混合迅速升溫到170℃可以制得乙烯，屬于醇的消去反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)步驟：在長(zhǎng)頸圓底燒瓶中加入乙醇和濃硫酸（體積比約為1：3）的混合液20mL（配制體積比為1：3的乙醇與濃硫酸混合液的方法：在燒杯中加入5mL95%乙醇，然后，滴加15mL濃硫酸，邊加邊攪拌，冷卻備用），放入幾片碎瓷片，以避免混合液在受熱時(shí)暴沸。加熱混合液，使液體溫度迅速升溫到170℃，將生成的氣體通入高錳酸鉀酸性溶液和溴的四氯化碳溶液中。

反應(yīng)機(jī)理：乙醇遇到濃硫酸后，硫酸分子中的氫離子和乙醇分子作用生成烊鹽，在170℃時(shí)，烊鹽中的氧帶有部分正電荷，使碳和氧之間的電子云更加偏向于氧，使得碳氧之間的化學(xué)鍵斷裂，生成不穩(wěn)定的碳正離子，從相鄰碳原子上失去氫而生成乙烯。在整個(gè)過程中，氫離子起到了至關(guān)重要的作用，才使得后續(xù)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。濃硫酸在這個(gè)反應(yīng)中，起催化作用和脫水作用，但主要起催化作用。

2.乙醇分子間脫水生成二甲醚

乙醇和濃硫酸混合迅速升溫到140℃可以制得二甲醚，分子間脫水，屬于取代反應(yīng)，相當(dāng)于一個(gè)乙醇分子中的羥基被另一個(gè)乙醇分子中的烷基取代。反應(yīng)機(jī)理：乙醇遇到濃硫酸后，硫酸分子中的氫離子和乙醇分子作用生成烊鹽，在140℃時(shí)，烊鹽與另一個(gè)乙醇分子形成中間體，再失去一個(gè)質(zhì)子形成二甲醚。在整個(gè)過程中，也是氫離子起主要作用，所以濃硫酸在這個(gè)反應(yīng)中起催化作用和脫水作用，但催化作用占主要地位。

二、濃硫酸的催化作用和吸水作用

1.乙醇和乙酸的酯化反應(yīng)

乙醇和乙酸、濃硫酸混合加熱時(shí)生成乙酸乙酯和水，這是一個(gè)可逆反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)步驟：在一支試管中加入3mL乙醇，然后邊振蕩試管邊慢慢加入2mL濃硫酸和入2mL乙酸；用酒精燈緩慢加熱試管，將產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)導(dǎo)管通到飽和碳酸鈉溶液的液面上。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：液面上有透明的不溶于水的油狀液體產(chǎn)生，并可以聞到香味，這種香味來(lái)自于乙酸乙酯。

反應(yīng)機(jī)理：氫離子先和乙酸分子上的?；系难踅Y(jié)合，使乙酸分子中羧基中的碳原子的電子云密度降低，有利于親核試劑乙醇分子的進(jìn)攻，乙醇分子進(jìn)攻羧基上帶有正電荷的碳原子，形成中間體，再失去一分子水，然后再失去一個(gè)質(zhì)子就生成乙酸乙酯。有文獻(xiàn)認(rèn)為在這個(gè)反應(yīng)中濃硫酸起催化作用和脫水作用。但是由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，濃硫酸吸收水，促進(jìn)該反應(yīng)向正向進(jìn)行，所以濃硫酸在乙醇和乙酸的酯化反應(yīng)中應(yīng)該是催化作用、脫水作用、吸水作用都有，但是在高中階段，認(rèn)為在這個(gè)反應(yīng)中主要起催化作用和吸水作用。

22.苯的硝化反應(yīng)

苯和濃硝酸、濃硫酸混合水浴50～60℃可以制得硝基苯。反應(yīng)機(jī)理：濃硫酸與硝酸作用，生成硝酰正離子（+NO2）和水，這是一個(gè)可逆過程，同時(shí)因濃硫酸具有吸水性，吸收了苯硝化反應(yīng)中生成的水，保持了反應(yīng)中的硝酰正離子的濃度，硝酰正離子有利于硝基苯的生成，從而有利于反應(yīng)的進(jìn)行。所以濃硫酸在苯的硝化反應(yīng)中起催化和吸水的雙重作用。

三、稀硫酸的催化作用

在二糖和多糖水解反應(yīng)中，常加入稀硫酸。沒有稀硫酸，幾乎是不水解的。硫酸在二糖、多糖水解反應(yīng)中只起催化作用。

綜上所述，在高中階段的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，濃硫酸在乙醇的消去反應(yīng)和分子間脫水的反應(yīng)中起催化作用和脫水作用；濃硫酸在乙醇和乙酸的酯化反應(yīng)和苯的硝化反應(yīng)中起催化作用和吸水作用；稀硫酸在二糖和多糖水解的反應(yīng)中，只起催化作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書.化學(xué)必修2[M].人民教育出版社，2007年3月第3版，75-76頁(yè).