经典结的再探究

苯不能使高锰酸钾酸性溶液褪色,甲苯、二甲苯等苯的同系物能使高锰酸钾酸性溶液褪色,对于这样两个在中学化学教材中的经典结论,我们深信不疑.然而接连发生的意外,让笔者又开始重新审视这两个实验.教材实验具体步骤如下.

实验1：观察下列实验,探究苯的性质.［1］

在两支试管中各加入2 mL苯,向其中一支试管中滴入几滴酸性高锰酸钾溶液,向另一支试管中加入1 mL溴水,振荡后静置,观察发生的现象.

实验2：下列实验能帮助我们认识苯的同系物的性质［2］.

（1） 取一支试管,向其中加入2 mL甲苯,再加入3～5滴高锰酸钾酸性溶液,振荡试管,必要时可稍稍加热,观察实验现象.

（2） 取一支试管,向其中加入2 mL二甲苯,再加入3～5滴高锰酸钾酸性溶液,振荡试管,必要时可稍稍加热,观察实验现象.

根据以上实验现象,你能得出什么结论?

一、 意外现象

笔者严格按照教材要求进行了上述两个实验,发现实验1中,苯的确不能使高锰酸钾酸性溶液褪色.而在进行实验2时,第一个意外发生了：甲苯在微热试管的同时久久不能使高锰酸钾酸性溶液褪色.对于这样的异常现象,让人惊讶.正在反思上一个实验失败的原因,第二个意外发生了：实验1中还没来得及清洗的苯和高锰酸钾酸性溶液的混合液中的紫色明显变浅了,这样的异常更让人吃惊.怎么会这样呢?苯不能使高锰酸钾酸性溶液褪色,甲苯能使高锰酸钾酸性溶液褪色,这个结论显然毋庸置疑,基于这个认识,笔者对异常现象的发生进行了一系列的探究.

二、 实验探究

1. 对实验1的探究

配制0.50%（浓度约为0.031mol/L）的KMnO4溶液10.0 mL,用蒸馏水稀释20倍后贮存于棕色试剂瓶中,滴入2 mol/L的稀硫酸6～8滴,备用.另取化学纯苯和分析纯苯各一试剂瓶,备用.

取试管若干,分别按照表1所示的药品用量进行实验,塞上橡皮塞连续振荡试管5 min,观察实验现象,具体现象如表1所示.

通过实验我们发现,药品的用量不同,都能使不同浓度的高锰酸钾酸性溶液的颜色发生变化,只是时间上的差异.哪怕是作为空白实验的③④两个组也能使高锰酸钾酸性溶液的颜色发生变化.此次实验探究说明,演示实验异常现象（久置之后苯使高锰酸钾酸性溶液褪色）的发生显然不能真正说明是苯使高锰酸钾酸性溶液褪色了,那么到底是什么原因呢?

通过对探究实验的分析并结合资料,笔者认为原因如下：①试剂的纯度.苯的工业制法分馏操作过程中难免会混入一些比苯还原性强的杂质,如微量的甲苯等.这些混入的杂质会使高锰酸钾酸性溶液褪色,探究实验①②中试剂纯度的不同导致了高锰酸钾酸性溶液褪色时间的差异可以充分说明这一因素的存在.②硫酸加入量的多少和光照的影响.实验③④表明,硫酸加入量的不同,高锰酸钾溶液褪色的时间和程度是有区别的.经典资料表明：MnO4-在水溶液中是比较稳定的,但是放置时会缓慢地按下式反应：4MnO4-+4H+4MnO2+2H2O+3O2,在光线照射下这一反应会加速进行,通常用棕色瓶盛装KMnO4溶液.若MnO4-的溶液中有微量酸存在时,上述反应也能加速进行,因此MnO4-在酸性溶液中是不稳定的［3］.笔者对此也进行了实验,即取少量高锰酸钾酸性溶液于试管中不断振荡,3min后发现溶液紫红色略微变浅,且有少量黑色粉末状固体生成,也充分说明了高锰酸钾自身分解的事实.而探究实验全部是在透明的酸性环境中进行的,且持续的时间也比较长.这些因素可能也是苯使高锰酸钾酸性溶液褪色的元凶之一.

因此笔者建议,在演示该实验时,尽量使用纯度较高的试剂,如分析纯,有条件的学校可以选择优级纯.要严格控制实验中稀硫酸的加入量.另外,实验的时间尽量控制在5min之内,少振荡且不允许加热.

2. 对实验2的探究

配制0.50%（浓度约为0.031mol/L）的KMnO4溶液10.0 mL,贮存于棕色试剂瓶,备用.另取分析纯甲苯和二甲苯各一试剂瓶,备用.

取试管若干,分别按照表2和表3所示的药品用量进行实验,塞上橡皮塞振荡试管,必要时水浴加热,观察实验现象.具体现象如表2,表3所示.

通过对探究实验的分析并结合资料,笔者认为能影响甲苯和二甲苯使高锰酸钾酸性溶液褪色的原因如下：①硫酸溶液浓度的影响.通过表2、表3的实验①②③的对照,我们发现,由于硫酸浓度的差异,出现了甲苯和二甲苯使高锰酸钾酸性溶液褪色时间上的差异.其实不同的介质能影响高锰酸钾溶液的氧化能力.高锰酸钾是锰元素的最高价物质之一,所以它的特征性质是强氧化性,其氧化能力和还原产物随溶液的酸度有所不同［4］.高浓度硫酸可以增大高锰酸钾的电极电势,从而增强高锰酸钾的氧化能力,加快反应.另一方面,高锰酸钾在酸性溶液中易分解,高浓度硫酸加速高锰酸钾的分解,表1中的实验③④的对照也能说明.②高锰酸钾的浓度.对照表2,表3中的实验④⑤⑥,显然高锰酸钾浓度的不同对实验现象的差异起了作用.③温度的影响.甲苯和二甲苯是不溶于水的,当甲苯和二甲苯和高锰酸钾水溶液放在一起时,很快就会分成两层——有机层和水层,因此不能充分反应,虽经过振荡,但加热还是必须的.

因此笔者建议,在演示该实验时,首先在试剂的选择和配比时应该作充分的考虑,比如高锰酸钾的浓度多少合适,硫酸的添加量是多少等等.经过笔者的反复实验认为,高锰酸钾的浓度宜控制在0.2%左右,硫酸的浓度为1∶1.并且要注意甲苯或二甲苯与高锰酸钾溶液相对量的多少,高锰酸钾宜少不宜多,若高锰酸钾过量,过量的高锰酸钾会呈现紫色,使实验现象“异常”.另外,还应该增加有机物和高锰酸钾水溶液的接触面积,除了振荡和必要的加热外,笔者还尝试性地在该实验中加入了少量的洗洁精（含有表面活性剂）,结果显示能明显提升高锰酸钾溶液的褪色速度.

综上所述,笔者必须强调一点：在进行演示实验前,教师事先在准备室一定要单独进行实验,探索实验成功的关键因素,以确保实验成功,从而达成教学目标的落实.而对许多的化学问题我们不能凭主观感觉去臆测得到结论,化学是一门实验科学,更多的时候我们应该运用实验的手段来进行验证,通过实验,让事实来说话,否则可能得到的结论是错误的甚至是荒谬的.