乙醇催化氧化實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

蔡　晶　陳磊磊

摘要: 在現(xiàn)行版實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其他關(guān)于乙醇在銅催化下與氧氣反應(yīng)生成乙醛實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析歸類, 并且提出和設(shè)計(jì)了新的乙醇在銅催化下與氧氣反應(yīng)生成乙醛的實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)易裝置。

關(guān)鍵詞: 實(shí)驗(yàn)裝置; 改進(jìn)

文章編號(hào)：1005－6629(2009)05－0010－03中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

1問題的產(chǎn)生

乙醇在銅催化下與氧氣反應(yīng)生成乙醛的實(shí)驗(yàn)，是學(xué)習(xí)乙醇重要性質(zhì)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。蘇教版高中化學(xué)教材安排的實(shí)驗(yàn)操作是：在試管里加3～5 mL乙醇，浸入50℃左右的熱水中。將銅絲燒熱，迅速插入乙醇中，反復(fù)多次。觀察并感受銅絲的顏色和乙醇的氣味變化。上述實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)易，操作起來比較方便。

在用這個(gè)裝置進(jìn)行教學(xué)的過程中，其不足之處主要表現(xiàn)為：（1）實(shí)驗(yàn)的可觀察性不強(qiáng)；（2）采用聞的方法不可靠；（3）實(shí)驗(yàn)只能證明銅絲的顏色變化，不能充分證明其產(chǎn)物有乙醛。

2 文獻(xiàn)里關(guān)于改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置

查閱其他關(guān)于乙醇在銅催化下與氧氣反應(yīng)生成乙醛的實(shí)驗(yàn)，下列裝置從不同的方面改進(jìn)了原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高了實(shí)驗(yàn)的成功率并給其他實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)提供了一些新思路和有益的借鑒。

從氧氣與銅絲反應(yīng)時(shí)，氧氣的來源的角度看主要可分為如下幾類：

(1)第一種是利用管內(nèi)空氣，如最左端用膠頭封閉，該實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較短，從加熱到結(jié)束只需1分鐘，但不能讓學(xué)生看到銅絲顏色由紅-黑-紅的動(dòng)態(tài)變化過程[1]。（圖1）

(2)第二種是最右端接氣唧，這個(gè)實(shí)驗(yàn)比較容易控制，鼓進(jìn)去的是空氣，銅氧化成氧化銅時(shí)需要2～3分鐘[2]。（圖2）

(3)第三種就是左端用MnO₂中滴加10 %～15 %的H₂O₂水溶液，長(zhǎng)頸漏斗可以控制氧氣的產(chǎn)生量，從而控制實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過程。產(chǎn)生的氧氣使銅氧化成氧化銅的時(shí)間變短[3]。（圖3）

從乙醇的來源看，主要分為幾類：

(1)第一種是無水乙醇通過水浴進(jìn)入導(dǎo)管與銅絲發(fā)生反應(yīng)，此時(shí)乙醇蒸汽量比較大，反應(yīng)效果好，但加熱時(shí)間較長(zhǎng)，反應(yīng)不容易控制 [4]。（如圖4）

(2)第二種是直接試管加熱無水乙醇使蒸汽進(jìn)入導(dǎo)管與銅絲發(fā)生反應(yīng)，和圖4一樣乙醇的蒸汽的量比較大， 反應(yīng)效果好， 但也存在和圖4同樣的缺點(diǎn)[5]。（如圖5）

(3)第三種是用脫脂棉蘸取無水乙醇放于導(dǎo)管中，該操作設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易方便，但乙醇蒸汽的量比較小。（如圖1）

3筆者改進(jìn)后的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置

鑒于以上原因，筆者根據(jù)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全性原則、目的性原則、簡(jiǎn)易性原則、直觀性原則、可靠性原則、科學(xué)性原則，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

3.1實(shí)驗(yàn)用品

無水乙醇、細(xì)銅絲、白色CuSO₄粉末、20 %NaOH溶液、5 % CuSO₄溶液；試管、硬質(zhì)玻璃管、酒精燈、滴管、鐵架臺(tái)、氣唧等。

3.2實(shí)驗(yàn)裝置圖

3.3實(shí)驗(yàn)步驟

(1)配制新制氫氧化銅溶液，用滴管滴2～3滴5 % CuSO₄溶液于10 mL 20 % NaOH溶液中。

(2)裝置如圖6所示：把細(xì)銅絲團(tuán)放于中間，用酒精燈預(yù)熱銅絲4～5分鐘，發(fā)現(xiàn)銅絲由紅色變黑色。用鑷子夾一小團(tuán)棉花蘸取2～3 mL無水酒精，放于硬質(zhì)玻璃管的最左端，裝上氣唧，硬質(zhì)玻璃管的右端放入少量白色CuSO₄粉末，塞好橡皮塞，把另一端橡皮塞中的導(dǎo)管伸入盛有新制氫氧化銅溶液的試管中。

(3)把酒精燈一直放在銅絲部位加熱，片刻后，銅絲由黑色變成亮紅色，此時(shí)鼓動(dòng)一兩次氣唧，銅絲又馬上變黑色；停止鼓動(dòng)，片刻后，銅絲又會(huì)變成亮紅色，如此反復(fù)，銅絲顏色由紅-黑-紅一直在變化，白色CuSO₄粉末也逐漸變藍(lán)色，說明有水生產(chǎn)，也可以看到右邊的新制氫氧化銅溶液的試管中在鼓動(dòng)氣唧時(shí)有氣泡產(chǎn)生。

因?yàn)樵诠膭?dòng)氣唧時(shí)，有大量的空氣進(jìn)入硬質(zhì)玻璃管中，乙醇蒸汽只占少部分，所以銅絲與空氣中的氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生氧化銅變黑色；當(dāng)不鼓動(dòng)氣唧時(shí)，硬質(zhì)玻璃管中主要是乙醇蒸汽，當(dāng)受熱的硬質(zhì)玻璃管中，乙醇積聚到一定量時(shí)就會(huì)使氧化銅還原成銅而得到乙醛和水，白色CuSO₄粉末吸收了水而變?yōu)樗{(lán)色，乙醛蒸汽進(jìn)入試管中。

(4)取下新制氫氧化銅溶液的試管，這時(shí)試管中已經(jīng)含有乙醛。用試管夾在酒精燈上加熱，可以看到溶液逐漸產(chǎn)生磚紅色沉淀，現(xiàn)象明顯?？梢宰C明產(chǎn)生了乙醛。

3.4實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

(1)實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單容易操作，能夠簡(jiǎn)單明了地突出實(shí)驗(yàn)主題，便于教師教和學(xué)生學(xué)，使學(xué)生形成較深刻的印象。

(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯直觀，符合學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)的要求，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的原理和本質(zhì)。

3.5注意事項(xiàng)

(1)選用0.3～0.5 mm的細(xì)銅絲, 盡量多一些，使得催化劑的量比較大，產(chǎn)生的乙醛比較多。

(2)試管的氣密性要好，如果橡皮塞沒塞好，外面的空氣容易進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，影響催化反應(yīng)的效率。

(3)氫氧化銅的量要少，因?yàn)楫a(chǎn)生的乙醛蒸汽畢竟量不多，如果氫氧化銅的量多的話，使之產(chǎn)生磚紅色沉淀很不明顯。

(4)用無水酒精的效果最好，易揮發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

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