本实验是苏教版高中化学选修5《有机化学基础》专题3 第二单元的内容。该单元主要学习目的为认识芳香烃，其中芳香烃以苯为最基础、最重要的结构，多种反应依托苯环发生。在此之前学生对脂肪烃已有一定程度了解，可以将相关知识点向芳香烃迁移，进一步来了解芳香烃。在《必修2》的内容中，学生对苯已经有初步的了解，本单元是要在此基础上结合有机实验演示进行深化，引导学生直观感受苯“易取代”的化学特性。

在实际操作过程中，有机反应基本都会发生副反应，且反应物本身或多或少具有一定的挥发性，本实验中的溴单质还具有强烈刺激性和毒性。因此在达到实验教学目的的同时，控制反应条件、易挥发反应物的用量及后续产物的处理显得尤为重要。

一、教材实验分析

学生在学习苯的有关性质中，重点在于学习苯“易取代、难加成”的性质。在苯的取代反应中，苯的溴代反应是最典型的反应过程，以铁作催化剂，能明显观察到反应剧烈进行。根据书本反应装置进行实际操作演示过程中，出现以下几个问题：

1. 完整的装置搭建耗费时间，占据空间大，操作繁琐，通常要在课前花费大量时间，对于有连堂课任务的老师，不一定能在课间完成现班级装置整理及下一班级的装置搭建工作，使课堂有效教学难度提升；

2. 一般演示实验通常在普通教室进行，不具备可以用冷凝水回流及吸收有毒物质的条件；

3. 反应物中有液溴，剧毒，挥发性极强，即使有防护措施，多数教师考虑安全及环境问题往往选择避开操作该实验。

4. 粉状催化剂加入后，反应剧烈难以控制^[1]；

二、实验装置改进创新

化学是一门事实学科，实验是化学的基础，只有通过具象的实验观察，学生对有机反应的概念也才能不局限在抽象的文字上，提升学生的学科素养。所以对此装置进行改进和创新，减少场地的限制和时间的消耗，能使该实验更具有可行性。

1. 本实验对反应做如下改进创新：

（1）为节约空间和时间，简化装置，将三颈烧瓶改为大试管，冷凝管改为长导管空气冷凝，分液漏斗加入反应物改为注射器注入反应液以及反应后续产物处理的溶液；

（2）为减少有毒物质的影响，将反应物的使用总量减少至4 mL；

（3）为使反应更可控，使用铁丝作为反应催化剂^[2]，通过抽拉控制反应的起止；

（4）更易观察到反应的产物溴苯和实质催化剂Fe³⁺，反应结束用Na₂SO₃溶液处理反应液^[2]。

2. 具体反应所需器材、药品及反应操作如下：

（1）实验仪器：

大试管、小试管、导管、注射器（10 mL，60mL）、橡皮塞、止水夹、玻璃棒、250 mL烧杯、胶头滴管、试管架、铁架台、铁夹

（2）实验药品：

苯、液溴、铁丝、蒸馏水、CCl₄、Na₂SO₃溶液、AgNO₃溶液

（3）实验操作（装置图如1）：

图1 苯的溴代反应改进创新实验装置图

①如图1搭建装置，并检验装置气密性。

②在小试管中加入CCl₄和蒸馏水，插入导管，使导管下端没入CCl₄中，打开止水夹1，关闭止水夹2。

③将铁丝卷成螺旋状，在上端留一个倒钩，系好棉线，并挂在大试管管口。

④用注射器先取3.5 mL苯，再量取约0.5 mL液溴，加入大试管中，放入铁丝，并迅速塞好橡皮塞，观察反应进行。

⑤拉动棉线，提起铁丝使反应停止，关闭止水夹1，打开止水夹2，用注射器从止水夹2的导管处注入30 mL Na₂SO₃溶液。

⑥将大试管中液体倒入盛有Na₂SO₃溶液的烧杯中，充分搅拌，观察产物。

⑦取小试管中上层液体于小试管，加入AgNO₃溶液，观察现象。

3. 通过上述实验操作，可以观察到下列现象：

（1）大试管中铁丝周围有微沸现象，并有红棕色气体充斥大试管，说明反应放热、迅速且剧烈；

（2）小试管中有气泡冒出，下层溶液接近无色，上层液体无色，若反应速率较快，下层溶液呈浅橘黄色；

（3）取小试管中上层清液加入AgNO₃溶液，有淡黄色沉淀产生，证明反应取代后生成溴化氢。

（4）大试管中加入Na₂SO₃溶液，溶液分层，下层液体红棕色，上层浅绿色，说明反应过程中的催化剂为铁离子，液体上方有白雾，几分钟后消失，也说明反应生成溴化氢气体；

（5）大试管中液体倒入含有Na₂SO₃溶液的烧杯中，充分搅拌，下层为白色或浅黄色油状液体，即取代产物溴苯，上层液体为浅绿色；

4. 反应操作注意事项

（1）注射器先抽取苯再抽取液溴，降低溴的浓度，减少溴的挥发。

（2）棉线和橡皮塞的接口处容易漏气，可以将棉线事先浸泡过水，橡皮塞塞好后周围可以围一圈湿棉花；

（3）Na₂SO₃溶液浓度不宜过大，以0.07 mol/L为宜，浓度过高盐溶液会呈黄色^[3]；

（4）大试管中加入Na₂SO₃溶液后若仍有白雾，可以打开止水夹1，关闭止水夹2， 用热毛巾捂住试管一小段时间，使溴化氢充分被吸收。

三、实验改进创新优点

1. 将大试管作为反应容器，极大地简化反应发生装置和冷凝装置，省略三颈烧瓶、分液漏斗、冷凝管等大型实验仪器，节约准备仪器和实验的时间，使实验更易在课堂上演示；

2. 催化剂由铁粉改为抽拉式的铁丝，能更好地控制反应过程；

3. 减少反应物的用量，减少有害物质对人体和环境的影响；

4. 该装置密闭，小试管中用CCl₄和水双层液体，既能分别吸收挥发出的苯、溴和产物溴化氢，又能防止倒吸；

5. 可以选择和学生合作进行实验，给学生近距离观察的机会，同时能更好地调动课堂氛围和学生积极性。

6. 注射器的作用：精确控制反应的用量。能同时取出液溴和苯并注入试管混合，学生可以通过观察注入试剂的试管，发现两者在没有催化剂的前提下不发生反应。

参考文献

[1] 靳常雯.制取溴苯的实验改进[J].数理化解题研究(高中版),2015,(02):51.

[2] 王先锋.苯的溴代反应实验再改进[J].化学教育,2013,34(09):62-63.

[3] 赖庆柯,张永奎,梁斌,等.酸性Fe(Ⅲ)溶液催化氧化S(Ⅳ)的研究[J].环境科学学报,2004,(06):1091-1097.DOI:10.13671/j.hjkxxb.2004.06.024.