62 高中基础化学(二) 实验精通
一、实验目的:
认识常见有机溶剂的挥发性质及其气味,并检验这些溶剂的互溶性;并将分子固体及离子化合物,放置在这些有机溶剂中,观察这些物质的溶解性质。 二、实验原理:
1. 由原子所构成各式各样的分子,其整体电子云分布均匀的程度不一,因此将分
子分为极性分子与非极性分子。分子整体电子云分布愈不均匀者,则此分子的极性愈高。
3 有机物质的一般性质
▲δ+、δ-分别代表部分正电和部分负电
(1) 非极性共价键(nonpolar covalent bond):
共价键中,共享电子的平均位置在核间轴的中间,以氢气(H2)为例,H2分子的共价键结中,形成键结的两个原子均为H,对共享电子的吸引力相同,因此共享电子的平均位置在核间轴的中间。 (2) 极性共价键(polar convalent bond):
两原子共享电子的拉力不同,而呈现极性的共价键,以氯化氢(HCl)为例:
① 电负度:原子吸引共享电子对的能力大小(Cl>H)。 ② 共享电子对较靠近Cl,故Cl端带部分负电(δ-)。
实验3 有机物质的一般性质 61
③ 共享电子对较远离H,故H端带部分正电(δ)。
④ 此种电荷不均匀的现象称为极性(polarity),具极性的共价键则称为极性共
价键。
(3) 分子的极性:
HCl (极性分子) μ≠ 0(分子中各键矩的矢量和不为零,为极性分子) 电负度﹕O>H,其两个O-H键均为极性共价键 H2O (极性分子) 电负度﹕N>H,其三个N-H键均为极性共价键 NH3 (极性分子) μ≠ 0 μ≠ 0 +
CO2 (非极性分子) μ=0(分子中各键矩的矢量和为零,为非极性分子) CCl4 (非极性分子) μ=0
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2. 水是高极性的分子,因此我们将水称为极性溶剂。一般水溶性较高的有机溶剂
属于极性溶剂,如乙醇、丙酮等;反之,难溶于水者则属于非极性溶剂,如正己烷等。分子物质在各种溶剂中的溶解度大小,一般可用「物以类聚」原则来判断:极性物质易溶于极性溶剂中,非极性物质则易溶于非极性溶剂中。 3. 乙醇及丙酮是家庭中常见的溶剂,皆属于高极性的有机溶剂,而且乙醇、丙酮
与水之间皆能以任意比例互溶。乙酸乙酯是油漆稀释剂(paint thinner,俗称松香水)的主要成分,也是指甲油的主要溶剂。乙酸乙酯的极性稍低,因此略溶于水,但无法与水以任意比例互溶。正己烷是汽油及去渍油的成分之一,属于非极性溶剂。水与正己烷互不相溶,因此液体会分上下两层,正己烷密度比水小,在上层,水在下层。常温下,乙醇、丙酮、乙酸乙酯及正己烷四种有机溶剂的密度分别为0.79、0.79、0.90及0.65 g/mL。
4. 葡萄糖(C6H12O6)具有极性的官能基(-OH),水溶性很好。碘(I2)是非极
性分子固体,难溶于水,但可溶于许多有机溶剂中。碘在不同溶剂中所形成溶液的颜色,会随溶剂不同而有区别,这是因为碘的极性会受到溶剂影响。碘也可与碘离子结合,生成阴离子I3-而溶于水中。所以碘虽难溶于水,但却可溶于碘化钾水溶液。 I2(s)+I-(aq)
I3-(aq) (棕色)
5. 碘化钾(KI)、氯化钠(NaCl)及硫酸铜(CuSO4)等皆为可溶于水的离子化
合物,虽然离子化合物有些可溶于水,有些难溶于水,但是大多离子化合物在有机溶剂中的溶解度都很低。
实验3 有机物质的一般性质 61
三、废弃物处理:
名 称 乙 醇 丙 酮 乙酸乙酯 种 类 有机溶剂 有机溶剂 有机溶剂 处 理 方 法 使用大量清水稀释后排放。 使用大量清水稀释后排放。 使用大量清水稀释后排放。 收集后,置入分液漏斗,以饱和食盐水溶液正己烷 有机溶剂 洗三次,再以无水硫酸钠或硫酸镁干燥、过滤、蒸馏,即可重复使用;或收集后交由专责单位处理。 葡萄糖 氯化钠 碘化钾 硫酸铜 有机化合物 使用大量清水稀释后排放。 无机盐类 无机盐类 重金属盐类 使用大量清水稀释后排放。 使用大量清水稀释后排放。 依「重金属盐类」分类回收后,交专责单位处理。 水溶液调呈碱性后,使用大量清水稀释后排放。 碘-碘化钾试剂
药用碘酒
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A 有機溶劑的一般性質 ①准备五个干净的小滴瓶,贴上标签,分别装入5 mL的水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯及正己烷。 ②取1片干净的玻璃片,在玻璃片上滴上2滴有机溶剂。用手搧一搧液体上方,用鼻子闻液体是否有气味?继续用手搧一搧液体上方,等候约1分钟,观察液体是否挥发干了? ③将玻璃片擦干净,在玻璃片上滴上2滴水,取一小段广用试纸放在上述玻璃片的液体上,观察水溶液的酸碱性。
实验3 有机物质的一般性质 61
④取四支干净且干燥的小试管,分别加入5滴水。接着在每支试管内分别加入5滴不同的有机溶剂,依序为乙醇、丙酮、乙酸乙酯及正己烷。轻轻摇动试管,观察每支试管内的两种液体是否可以互溶。
Q:本实验的4种有机溶剂何者的密度比水小?密度小于水的有机溶剂若不溶
于水,则与水混合后,有机溶剂会在上层或是下层?
A:本实验的4种有机溶剂的密度皆小于水。这些有机溶剂与水混合会出现在
液体的上层,但另有CCl4、CH Cl3密度大于水,而且和水不互溶会出现在下层。
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①取五份3、4颗芝麻量(约0.02克)的少量碘,分别放入装有五滴水、乙醇、B 分子化合物及離子化合物在有機溶劑中的溶解性質 丙酮、乙酸乙酯或正己烷等五支试管中,轻轻摇荡试管1分钟,观察碘是否全溶解? 取约0.02g的少量碘 水 乙醇 正己烷 ②取五份3、4颗芝麻量(约0.02克)的少量葡萄糖,分别放入装有五滴水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯或正己烷等五支试管中,轻轻摇荡试管1分钟,观察葡萄糖是否全溶解? 取约0.02g的少量葡萄糖 水 乙醇 正己烷 ③取五份3、4颗芝麻量(约0.02克)的少量氯化钠,分别放入装有五滴水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯或正己烷等五支试管中,轻轻摇荡试管1分钟,观察氯化钠是否全溶解? 水 乙醇 正己烷
实验3 有机物质的一般性质 61
④取五份3、4颗芝麻量(约 0.02克)的少量硫酸铜,分 别放入装有五滴水、乙醇、 丙酮、乙酸乙酯或正己烷等 五支试管中,轻轻摇荡试管 1分钟,观察硫酸铜是否全 溶解? 水 乙醇 正己烷 ⑤将装有碘及水的试管,再加入10滴水,摇荡试管1分钟, 观察碘是否溶解?接着加入1颗绿豆量(约0.1克)的少量 碘化钾晶体,并再行摇荡试管1分钟,观察碘是否溶解? Q:碘、葡萄糖、氯化钠及硫酸铜四种固体,哪些属于分子化合物?哪些属于离子化合物? A:葡萄糖与碘属于分子化合物,氯化钠及硫酸铜属于离子化合物。 Q:碘是否易溶于水?为什么?碘是否易溶于碘化钾水溶液?为什么? A:碘固体是非极性的分子化合物,水是极性物质,因此碘固体难溶于水。碘易溶于碘化钾水溶液中,是因为碘易与碘离子反应生成阴离子I3-而溶于水中。所以碘虽难溶于水,但却可溶于碘化钾水溶液。 I2(s)+I-(aq) I3-(aq) Q:碘难溶于有机溶剂或是可溶于有机溶剂?为什么? A:碘可溶于有机溶剂,但是所形成溶液的颜色随溶剂不同而有区别,这是因为碘的极性会受到溶剂影响。碘在非极性有机溶剂(例如正己烷)中呈紫色,在极性有机溶剂(例如乙醇或乙酸乙酯)中呈黄棕色或棕红色。
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1. 有机溶剂的一般性质
有机溶剂 乙醇 丙酮 乙酸乙酯 正己烷 气味(有/无) 有 有 有 有 挥发性(易/不易) 易 易 稍不易 易 酸碱性质 中性 中性 中性 中性 2. 检验溶剂互溶性质(可以完全互溶者→○;无法互溶且液体分为两层者→×)
有机溶剂 水 乙醇 丙酮 乙酸乙酯 正己烷
3. 固体在有机溶剂中的溶解性质(试管中无固体残留者,即为可溶者→○;试
管中有固体残留者,即为难溶→×)
有机溶剂 固体 碘 葡萄糖 氯化钠 硫酸铜
水 × ○ ○ ○ 乙醇 ○ × × × 丙酮 ○ × × × 乙酸乙酯 ○ × × × 正己烷 ○ × × × 水 乙醇 ○ 丙酮 ○ ○ 乙酸乙酯 × ○ ○ 正己烷 × ○ ○ ○
实验3 有机物质的一般性质 61
1. 本实验使用的4种有机溶剂中:
乙醇与丙酮可完全溶于水中,乙酸乙酯与正己烷无法完全溶于水中。 2. 讨论分子物质的溶解性质时,分子物质在各种溶剂中的溶解度大小,一般可
用「物以类聚」原则来判断:
极性物质易溶于极性溶剂中,非极性物质则易溶于非极性溶剂中。 3. 碘与碘离子结合反应的离子反应式:
I2(s)+I-(aq)
I3-(aq)
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範例 1 檢驗溶劑互溶性質 水可与下列哪些溶液互溶?
(A)正己烷 (B)乙醇 (C)丙酮 (D)乙酸乙酯 (E)甲苯 答:(B)(C) ■
範例 2 固態碘 固态碘易溶于下列哪些水溶液中?
(A)碘化钾 (B)氯化钠 (C)氢氧化钾 (D)硫代硫酸钠 (E)硝酸银 答:(A)(C)(D) ■
範例 3 固體在有機溶劑中的溶解性質 葡萄糖、氯化钠、硫酸铜,易溶于下列何者水溶液中? (A)水 (B)乙醇 (C)丙酮 (D)乙酸乙酯 (E)正己烷 答:(A) ■
範例 4 碘酒 一般医药用的碘酒是由下列何者物质配成的溶液?
(A)碘、碘化钾溶解于酒精配成的 (B)碘溶解于酒精配成的 (C)碘化钾溶解于酒精配成的 (D)碘溶解于酒精、氯仿配成的 (E)碘化钾加水配成的 答:(A) ■
实验3 有机物质的一般性质 61
範例 5 檢驗的方法 下列各项溶液的浓度均为1.0 M,现各取2 mL,并分别加入1 mL的氯水及 2 mL的CCl4,经充分摇荡后可使四氯化碳层呈紫色者是哪些? (A) KI(aq) (B) KCl(aq) (C) NaBr(aq) (D) NaI(aq) (E) NaF(aq) 答:(A)(D) ■
範例 6 檢驗的方法 某无色溶液与硝酸银溶液作用,生成黄色沉淀;如加入氯水及四氯化碳,则于下层呈现紫色,则原溶液中含有何种离子? (A) F- (B) Cl- (C) Br- (D) I- (E) Na+ 答:(D) ■
解:Ag++I- ─→ AgI↓(黄色) ■
2 I-+Cl2 ─→ 2 Cl-+I2 ? 反应所生成的I2转移至下层CCl4中,呈紫色。
範例 7 檢驗I之存在 - 下列何者可检验I-之存在?
(A)溶液中滴加AgNO3溶液,观察其是否有黄色沉淀产生 (B)溶液滴加KIO3(aq) 与H+,观察其颜色是否呈棕色
(C)溶液中加入CCl4后,滴加氯水而振荡之,观察CCl4层是否呈紫色 (D)溶液中加入CCl4后,加NaBr溶液振荡之,观察CCl4层是否呈橙色 (E)溶液中加数滴淀粉后,再加入Fe3+,观察其是否变蓝色 答:(A)(B)(C)(E) ■
+-
解:Ag+I ─→ AgI(s) 黄色沉淀 ■
(B) 5 I-+IO3-+6 H+─→ 3 I2+3 H2O I2+I-
I
-
3(aq) 棕色;
(C) Cl2+2 I- ─→ 2 Cl-+I2(在四氯化碳中呈紫色); (D) I-+Br- ─→ 不反应;
(E) 2 I-+2 Fe3+ ─→ 2 Fe2++I2(遇淀粉呈蓝色)。
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範例 8 極性分子 下列分子中,何者为极性分子?
(A) CH4 (B)反式CH3CCl=CClCH3 (C) SO2 (D) CO2 (E)以上皆是 答:(C) ■
解:(1) CH4正四面体,CO2直线形,为对称几何形状,故为非极性。 ■
(2) 反式为非极性,键矩矢量和为零。
(3) SO2角形,分子形状为非对称,键矩矢量和不为零的极性分子。
实验3 有机物质的一般性质 61
一、单选题:
( D ) 1. 把Cl2与CCl4加入NaI,摇动后呈现的颜色为何?
(A)黄绿色 (B)黄色 (C)棕色 (D)紫色 (E)绿色
( C ) 2. 下列分子中何者是非极性分子?
( 1. l2把I氧化成I2呈现紫
色(I2CCl4:紫)。)
-
(A) SnCl2 (B) SCl2 (C) CS2 (D) SO2 (E) H2O
二、多选题:
( AD ) 3. 下列家里常用为洗涤作用的物质,哪两种互相作用,会产生有毒气体,
因而不可混合使用?
( 3. (D) Cl+ClO+2H ─→ Cl2+H2O;
(E)通乐含NaOH。)
-
-
+
(A)盐酸 (B)肥皂 (C)色拉脱 (D)漂白粉 (E)通乐
( AC ) 4. 下列哪些为有关氟、氯、溴、碘四种卤素之正确叙述? E
( 4. (B) F2是最强的氧化剂;
(C) F2是淡黄色;
(D) I2不易溶于水 ∵I2是非极性分子。) (B)四种卤素中氟是最弱的氧化剂
(A)解离能以氯为最大
(C)气态氟无色,其余气态卤素均具有颜色 (D)碘易溶于水中,但不易溶于二硫化碳(CS2) (E)氯溶于四氯化碳呈紫色
三、非选题:
5. 右图为制造氯气、漂白水
、氯水的装置流程: (1) 如何检验丙锥形瓶中
的氯气是否已集满? (2) 己锥形瓶中盛KI(aq) 的
目的何在?
答:(1) 在瓶口以溼润的蓝色石蕊试纸检验,颜色变红即表示已装满(或以 ■
溼润的碘化钾-淀粉试纸检验,颜色变为蓝色即表示已装满) (2) 吸收氯气,以防止氯气外泄
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一、单选题:
( D ) 1. 下列有关甲醇与乙醇性质的叙述,何者正确?
(A)甲醇与乙醇的生化性质非常不同,所以可以用蒸馏法将它们分离 (B)甲醇与乙醇相差一个碳,所以具有非常不同的物理与化学性质 (C)变性酒精中的乙醇分子的化学特性被改变,所以不可以食用 (D)甲醇与乙醇皆属于醇类,可以与水以任何比例完全互溶
( B ) 2. 工业酒精加入甲醇或其它有毒物质的目的为何?
(A)甲醇可以提升工业酒精的溶解度,使工业酒精变为更好的溶剂 (B)避免有人将便宜的工业酒精当成酒贩售,赚取暴利 (C)甲醇具有恶臭,可避免一般民众误饮工业酒精 (D)甲醇让工业酒精变为粉红色,可避免民众误饮
◎ 根据环保署公布的河川污染调查报告,国内河川中的鱼贝体内,有的含有「环境贺尔蒙」,如多溴二苯醚与壬基苯酚。当动物误食这些鱼贝时,会引起基因突变或贺尔蒙分泌失调,因此这些物质被称为「环境贺尔蒙」。试依据以上叙述,回答下列3.、4. 题:
( A ) 3. 下列哪一选项正确表示壬基苯酚的分子结构?
(A) (B) (C)
(D) (E)
( 3. (A)苯酚-OH邻位接上壬基。)
实验3 有机物质的一般性质 61
( E ) 4. 这些环境荷尔蒙均具有高沸点、高脂溶性、以及不易分解的特性。若欲
从河底淤泥中萃取壬基苯酚以供检测,则下列哪一溶剂最合适? (A)纯水 (B)氨水 (C)稀盐酸 ( 4. 油脂极性较低与乙酸乙酯相似,(D)食盐水 (E)乙酸乙酯
◎ 物质对水的溶解度表在定温下100公克的水所能溶解最大量的溶质摩尔数。下表列出一些醇类分子(含有OH极性官能基)在20 ℃对水的溶解度。回答下列5.~7. 题:
醇类 甲醇CH3OH 乙醇CH3CH2OH 丙醇CH3CH2CH2OH 丁醇CH3CH2CH2CH2OH 戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH 己醇CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH 庚醇CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH 丙三醇CH2OHCHOHCH2OH ∞ ∞ ∞ 0.11 0.030 0.0058 0.0008 ∞ 溶解度(摩尔/100公克水)
壬基苯酚高脂溶性,因此选(E)。)
( B ) 5. 下列有关醇类分子的溶解度与分子结构的推论,何者正确?
(A)醇类分子对水的溶解度与极性官能基的多寡成正比 (B)极性官能基在分子中的比例愈大者,溶解度愈佳 (C)愈长的醇类分子有愈佳的溶解度 (D)丁醇可与水以任意比例互溶
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( C ) 6. 上页图分别是维他命A与维他命C的分子结构,根据上表与上图,下
列有关其溶解度的推论,何者最合理? (A)维他命A与维他命C都可溶于水 (B)维他命A与维他命C都不溶于水 (C)维他命A不溶于水,维他命C溶于水 (D)维他命A可溶于水,维他命C不溶于水
( D ) 7. 维他命A在下列哪一种醇类溶剂中的溶解度最大?
(A)甲醇 (B)乙醇 (C)丁醇 (D)庚醇
( C ) 8. 用带静电的有机玻璃棒靠近下列液体的细流,细流会发生偏转的是:
(A)苯 (B)二硫化碳 (C)氯水 (D)四氯化碳
( E ) 9. 今年初,环保署推动「限塑政策」,限制了购物用塑料袋以及塑胶类免
洗餐具的使用,因此许多店家改用瓷器碗盘。假如要检验清粥专卖店的碗盘,是否冲洗干净,则选用下列试剂中的哪一种最适当? (A)多仑试剂 (B)斐林试剂 (C)酸硷广用试剂 (D)酚酞溶液 (E)碘酒溶液
二、多选题:
( AB )10. 下列有关碘以及其化合物的叙述,哪些正确? DE
(A)碘化银可用于制造人造雨 (B)碘易溶于含有碘离子的水溶液
(C)用淀粉溶液可以验出碘化钠水溶液中的碘离子
(D)在NaI与MnO2混合均匀的粉末中,加入9 M硫酸后加热,可以产生碘
(E)在1 mL的0.1 M碘化钾中,加入1 mL的3%双氧水与2 mL的正己烷,摇荡后静置,在上层会显出碘的颜色
( BE )11. 试管五支,(A)至(E),依序倒入试剂:汽油、酒精、氯仿、四氯化碳、
丙酮,然后各加入1 毫升的水并搅拌。试问哪些试剂会与水完全混合均匀?
(11. 汽油(烷类之混合物)、氯仿、四氯化
碳,非极性或弱极性分子难溶于水。)
( 9. 碘分子与淀粉作用形成蓝色错合
物,稀饭含淀粉,碘酒含碘。)
(A)汽油 (B)酒精 (C)氯仿 (D)四氯化碳 (E)丙酮
实验3 有机物质的一般性质 61
( BD )12. 下列有关乙醚的叙述,何者正确?
(A)乙醚是石油醚的主要成分
(B)乙醚在水中的溶解度小于乙醇在水中的溶解度 (C)乙醚的分子式为C2H6O (D)乙醚的沸点低于乙醇的沸点
(E)乙醚分子的结构对称,分子的偶极矩为零
( DE )13. 下列有关丙酮的性质何者正确?
(A)正丙醇经二铬酸钾氧化产生丙酮 (B)可以用丙酮从茶水中萃取咖啡因
(12. (A)石油醚为5~6个碳的烷类;
(C)乙醚为C4H10O;
(E)乙醚有很小的极性,故偶极矩不为零。)
(13. (B)因为丙酮与水互溶,故无法从
水中萃取咖啡因。)
(C)丙酮与含硝酸银的氨溶液共热,呈银镜反应 (D)丙酮是易燃的液体 (E)丙酮可以溶解保丽龙
( AC )14. 下列关于葡萄糖的叙述,何者正确? DE
(A)血液中的葡萄糖称作血糖,糖尿病的血糖浓度过高 (B)蔗糖水解可得到的单糖只有葡萄糖
(C)葡萄糖在酵母菌催化下生成乙醇和二氧化碳
(14. (B)蔗糖水解为葡萄糖+
果糖;(D)醛基可被氢还原成醇。)
(D)葡萄糖是多羟醛,加氢还原后,可生成六元醇 (E)葡萄糖与硝酸银的氨溶液共热产生羧酸离子
( AC )15. 下列分子中,何者具有极性? DE
(A) SO2 (B) CS2 (C) CH2Cl2 (D) NF3 (E) CH3CH2OCH2CH3
( AD )16. 家庭厨房中常用的调味品有食盐、米酒与食醋。其中,食盐的主要成
分是氯化钠,米酒中含有乙醇,食醋中则含有乙酸。下列有关此三种物质的叙述,哪些正确? (A)此三种物质的水溶液,食盐与米酒呈中性,食醋呈酸性 (B)此三种物质的水溶液,在相同浓度时,以食醋的导电性最好 (C)氯化钠、乙醇与乙酸中,以氯化钠的熔点最低 (D)乙醇与乙酸属于分子化合物 (E)氯化钠易溶于挥发性有机溶剂
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( AC )17. 在选项所列有机物中,哪两种符合下列条件?(甲)生活中较常见的有 机物;(乙)属于烷烃的衍生物;(丙)分子只由碳、氢、氧三种元素构成。
(A)乙醇 (B)乙胺 (C)乙酸 (D)核酸 (E)胺基酸
( BC )18. 林同学在药品柜发现一瓶标示不明的有机药品,由残余标签得知其分
子式为C6H12,该化合物可能为下列哪几类化合物? (A)直链烷烃 (B)环烷烃 (C)烯烃 (D)环烯烃 (E)炔烃
( AB )19. 下列有关糖类化合物的叙述,哪些正确? C (A)平常食用的红糖、白砂糖,其主要成分都是蔗糖
(B)纤维素经水解可产生葡萄糖,可用于制造酒精 (C)糖类化合物中的淀粉,可用碘酒验出
(D)蔗糖属于双糖类化合物,经水解可得两分子的葡萄糖 (E)糖类物质属于碳水化合物,其化学成分通式均可写为(CH2O)n
( AD )20. 透明质酸,又称玻尿酸,最近 E 常被应用在医药及美容上,其
化学结构如右,试问此多糖聚 合物具有哪些官能基?
(A)羧基 (B)卤基 (C)酯基 (D)羟基 (E)酰胺基
( BC )21. 取五支试管,置于试管架上,分别倒入1 毫升的甲苯、乙醇、丙酮、
乙酸乙酯与己烷。若在该五支试管中,分别慢慢滴入纯水各1 毫升, 并加以摇晃,则哪些试管会呈现均匀的混合溶液? (A)甲苯 (B)乙醇 (C)丙酮 (D)乙酸乙酯 (E)己烷