不同種類氧化銅氧化乙醛的實驗研究

文章編號:1005-6629(2010)05-0010-02 中圖分類號:G633.8 文獻標(biāo)識碼:B

新制氫氧化銅與乙醛的反應(yīng)是高中化學(xué)的一個重要實驗，顯示了乙醛具有還原性。最近有關(guān)對該反應(yīng)實驗條件、反應(yīng)機理等方面研究的論文不時見諸報端，一個基本的共識是該實驗勿需強調(diào)氫氧化銅濁液的“新制”而應(yīng)控制在“堿性”條件下即可。部分同行還發(fā)現(xiàn)，堿性條件下甚至連氧化銅也可使乙醛溶液出現(xiàn)類似的實驗現(xiàn)象。本文通過用不同來源的CuO固體在中性與堿性條件下對乙醛氧化實驗進行了初步探索。

1CuO的制備

第一種[以下簡稱CuO(A)]: 取一截光亮的銅絲繞玻璃棒彎成螺旋狀，剪成數(shù)段后分別用酒精燈加熱，移出燈焰后表面完全覆蓋上一層黑色的氧化銅，冷卻備用。

第二種[以下簡稱CuO(B)]: 在小試管中加2 mL 10%的氫氧化鈉溶液，滴加2～3滴CuSO4稀溶液，振蕩。酒精燈加熱至藍(lán)色絮狀沉淀完全轉(zhuǎn)化為黑色的CuO 。

第三種[以下簡稱CuO(C)]: 稱取2.0 g NaOH固體與4.0 g CuCl2·2H2O晶體分別置于研缽中迅速研細(xì)，再混合研磨5 min混合物完全變?yōu)楹谏?。用蒸餾水洗至洗滌液呈中性， 放入微波爐(Galanz，WP750)小火加熱3～5 min， 制成納米級CuO粉末顆粒。

第四種[以下簡稱CuO(D)]: 直接取用市售CuO試劑。

2實驗探究

實驗一:取一截CuO(A)和極少量CuO(C)、 CuO(D)置于小試管中(用量過多，多余的黑色CuO容易引起干擾導(dǎo)致實驗現(xiàn)象不明顯)，然后加2 mL蒸餾水或10 % NaOH溶液。再滴幾滴乙醛溶液[若用CuO(B)實驗，則將氫氧化銅加熱變黑后直接加乙醛溶液反應(yīng)]，振蕩，加熱。實驗結(jié)果如下表1所示。

實驗二:用潔凈的鐵質(zhì)燃燒匙或玻璃質(zhì)燃燒匙取少量CuO(D)， 酒精燈外焰(氧化焰)加熱后，趁熱滴入幾滴乙醛溶液。液體暴沸并迅速汽化蒸干，剩余黑色固體大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榘导t色。

實驗三:取幾段實驗一反應(yīng)后的螺旋狀CuO(A)，用蒸餾水洗凈后放入盛有2～3 mL濃氨水的試管中，不斷振蕩，氨水顏色在較短時間內(nèi)即可從無色逐漸變?yōu)榈{(lán)色、藍(lán)色，最終變?yōu)樯钏{(lán)色。換用單質(zhì)銅或氧化銅重復(fù)該實驗，短時間內(nèi)無上述現(xiàn)象。

3 分析討論

①綜合分析上述實驗一，CuO與乙醛在混合加熱條件下可以將乙醛氧化是可以肯定的。但不同類型的CuO氧化活性具有一定的差異: CuO(A)實驗現(xiàn)象最明顯，比固相合成的納米CuO(C)更勝一籌;而市售CuO(D)在中性條件(加蒸餾水)下對乙醛無明顯變化，即基本沒有氧化能力。結(jié)合分析實驗二現(xiàn)象推知，主要是因為乙醛沸點低(20.8℃)在較低溫度下就大量汽化，最終使實驗無法達到CuO能氧化乙醛時所要求的溫度。

②當(dāng)溶液處于堿性條件時，氧化銅氧化乙醛的能力比中性條件下強，各種類別CuO均能出現(xiàn)不同程度由黑變紅現(xiàn)象;溶液顏色變化也極為豐富，大致過程為由無色→淺黃綠色→黃色→土黃色甚至橙紅色，并伴有少量紅褐色液體浮在液面上;若用玻璃棒蘸取該紅褐色液體，則明顯具有粘稠性且會在空氣中快速硬化。

實驗說明，NaOH的加入在提高了CuO氧化活性同時可能對乙醛自身分子間的反應(yīng)產(chǎn)生了重要影響。筆者認(rèn)為，乙醛分子含有α氫原子，堿性條件下可羥醛縮合生成2—羥基丁醛。部分2—羥基丁醛與空氣接觸氧化為β—羥基丁酸(黃色有粘性，可溶于水)，大部分在加熱條件下脫水成2—丁烯醛。

由于2—丁烯醛中甲基受醛基的活化變得與乙醛分子中的甲基相似，可繼續(xù)和乙醛或自身發(fā)生羥醛縮合，如此不斷反應(yīng)可生成分子量很大、結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的大分子， 顏色通常為橙黃(紅)色甚至紅褐色。

其縮合過程簡要表示為:

乙醛分子間的大量縮合也最終引起乙醛濃度變低與CuO作用的量減少，導(dǎo)致實驗現(xiàn)象反而較無NaOH溶液時磚紅色固體生成量少。

③中性或堿性條件下，氧化乙醛的CuO均可轉(zhuǎn)化為紅色物質(zhì)，那么該物質(zhì)到底是銅單質(zhì)還是Cu2O?實驗三的現(xiàn)象至少可以說明產(chǎn)物中Cu2O是真實存在的。其變色原理為:

Cu2O+4NH3·H2O 2[Cu(NH3)2]+(無色)+2OH- +3H2O

2[Cu(NH3)2]++4NH3·H2O+1/2 O2 2[Cu(NH3)4]2+(深藍(lán)色)+2OH-+3H2O

這不禁讓人想起，在用銅絲加熱催化氧化乙醇(或乙醛)的實驗中銅絲顏色反復(fù)著由紅→黑→紅的變換，其中銅絲反應(yīng)前后保持不變，擔(dān)當(dāng)著催化劑的作用——這是化學(xué)教師人盡皆知的“真理”。但細(xì)心之人可能也早已發(fā)現(xiàn)，實驗后銅絲的紅色有時并非如原先的紫紅色，并且不具有金屬光澤;更為有趣的是，若取實驗后的銅絲繼續(xù)進行實驗三操作也常會看到如上相同的實驗現(xiàn)象。難道你還能堅信銅絲催化氧化乙醇前后真的沒有發(fā)生些變化么?

可見，微末之中見真知。很多中學(xué)化學(xué)實驗甚至是一向被認(rèn)為最經(jīng)典的實驗都有可能存在著鮮為人知的一面，為我們留下了可挖掘可探索的廣闊的空間，等待著細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)之人不斷去發(fā)現(xiàn)、去認(rèn)識、去完善!

參考文獻:

[1]秦志武.乙醛能被新制的氧化銅氧化[J].化學(xué)教學(xué).2008(4):9～10.

[2]劉懷樂.也談乙醛能不能跟氫氧化銅反應(yīng)[J].化學(xué)教育.2008(10):59～60.

[3]張應(yīng)紅.新制氫氧化銅與乙醛反應(yīng)的研究[J].化學(xué)教育.2007(8):51～52.

[4]薛文.乙醛與新制氫氧化銅反應(yīng)的實驗操作分析[J].化學(xué)教育.2006(6):54.

[5]胡小銘.乙醛與“氫氧化銅”反應(yīng)方程式及其機制探討[J].九江學(xué)院學(xué)報.2004(3):33～34.

[6]馬世昌.化學(xué)物質(zhì)辭典[M].陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.