乙醇催化氧化時是否有氫氣產生

段昌平+姚利茲

摘要：實驗證明了紅熱CuO插入乙醇中其表面產生的氣泡不是氫氣，而是乙醇受熱氣化的氣泡。紅熱銅絲在無氧氣存在時不能催化乙醇氧化，也不會使乙醇脫氫產生氫氣。

關鍵詞：乙醇氧化；銅；催化劑；脫氫；氫氣

文章編號：1005–6629（2014）9–0091–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 由乙醇催化氧化實驗而引出的問題

中學講乙醇催化氧化的性質時，一般會做銅絲在酒精燈上灼燒至紅熱后立即插入乙醇中，并反復多次這種操作的演示實驗。實驗時銅絲受熱變黑（①2Cu+O2=2CuO），插入乙醇中銅絲表面產生氣泡，隨即銅絲變光亮（②CH3CH2OH+CuO→CH3CHO+Cu+ H2O），反復多次后可從溶液中嗅到產生乙醛的特殊氣味。為了闡述反應機理，往往將后一反應又分解為兩步：先是乙醇分子在灼熱CuO作用下脫出一個氫分子（羥基上氫原子和與羥基相連碳原子上的一個氫原子結合成氫分子），使乙醇氧化為乙醛；隨后脫出的氫分子將銅絲表面CuO還原為銅[1]。該過程可用以下兩個反應表示：

③CH3CH2OH CH3CHO+H2↑

④CuO+H2 Cu+H2O

綜合上述反應得乙醇催化氧化的總反應為：

2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O

中學之所以講乙醇催化氧化機理，目的有二：一是說明催化劑參與了反應過程，在反應前后其性質和質量不變。二是了解哪些醇（指結構）不能催化氧化（叔醇不能氧化），哪些醇可催化氧化，可催化氧化醇的結構與其氧化產物的關系（伯醇氧化為醛，仲醇氧化為酮）。

對該演示實驗產生的現象及教參對反應機理的分析，不少人對其產生誤解，認為該反應過程中有氫氣產生。這種錯誤認識不僅出現在應用廣泛的權威資料中，甚至還出現在區域性的省重點高中的聯考中。前不久我們就接觸到了這樣一道聯考題：

題目大意是：某校化學興趣小組的同學為探究乙醇有關性質設計了如下裝置（夾持裝置未畫出），請回答以下問題：

3 實驗及結論

按圖2裝置和上述操作順序做實驗。當紅熱銅絲迅速插入乙醇中并立即塞緊橡膠塞時，銅絲表面確實有大量氣泡產生，但仔細觀察發現氣泡在向上運動過程中不斷減少甚至消失，此現象持續2～3秒后停止了。此時試管b中約收集到2 mL氣體，等試管a冷卻至室溫時，試管b中的氣體只剩下約0.5 mL，大量氣體回流至試管a中。

上述實驗現象說明：①紅熱銅絲圈插入乙醇中其周圍產生較多氣泡是乙醇受熱氣化的結果，并非是乙醇脫下的H結合成H2逸出而產生的氣泡。②乙醇脫氫時原子態的H就將CuO還原了，當CuO還原后，乙醇也就不能再脫氫氧化了。這就是事實上無氫氣產生的本質原因。③b試管里的極少量氣體是向a試管口塞橡膠塞時壓入的少量空氣。為什么收集的大部分氣體（約2 mL）又通過導氣管回流到左側試管中呢？這是因為a試管在紅熱銅絲與乙醇反應時受熱（觸摸試管感覺明顯發熱），空氣膨脹導致試管中空氣進入b試管中，當a試管冷卻至室溫時，b試管中的空氣沿著長導氣管回流，使兩試管里氣體壓強相同。

后來我們又將上述試題里的裝置進行改裝（圖3），把吸收乙醛的試管換成冷凝乙醇蒸氣的安全裝置（圖3中試管C）和排水集氣裝置（圖3中試管D），關閉活塞甲，檢查氣密性合格后，向M燒杯中加入80℃左右的熱水使試管A中乙醇氣化（用溫度計監測并通過間斷加熱保持此溫度）以便將空氣（氧氣）排出（試管D中液面下降），然后加熱試管B直至銅絲紅熱。此時，試管D里的液面又再明顯下降，持續3分鐘后試管D里的液面不再明顯下降，此時停止對試管B加熱，等其冷卻后再停止對試管A加熱（移走M燒杯），全套裝置恢復至室溫時，看到的現象是：①試管B中銅絲仍然光亮；②試管A中乙醇量減少，試管C中冷凝了約4 mL液體；③試管D中液面又上升至試管底部（冷卻至室溫時裝置里空氣體積不變）；④恢復至室溫拆除裝置時，試管C中嗅不到乙醛的刺激性氣味（是乙醇的氣味），將該液體與新制Cu（OH）2共熱時，無紅色沉淀生成。

以上實驗證明：①紅熱銅絲（表面有CuO）催化氧化乙醇時沒有氫氣產生；②受熱的銅絲在沒有氧氣存在時不能將乙醇氧化為乙醛，更不會使乙醇脫氫而產生氫氣。

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心編著，普通高中課程標準實驗教科書·有機化學基礎·教師教學用書（第2版）[M].北京：人民教育出版社，2007：75.

摘要：實驗證明了紅熱CuO插入乙醇中其表面產生的氣泡不是氫氣，而是乙醇受熱氣化的氣泡。紅熱銅絲在無氧氣存在時不能催化乙醇氧化，也不會使乙醇脫氫產生氫氣。

關鍵詞：乙醇氧化；銅；催化劑；脫氫；氫氣

文章編號：1005–6629（2014）9–0091–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 由乙醇催化氧化實驗而引出的問題

中學講乙醇催化氧化的性質時，一般會做銅絲在酒精燈上灼燒至紅熱后立即插入乙醇中，并反復多次這種操作的演示實驗。實驗時銅絲受熱變黑（①2Cu+O2=2CuO），插入乙醇中銅絲表面產生氣泡，隨即銅絲變光亮（②CH3CH2OH+CuO→CH3CHO+Cu+ H2O），反復多次后可從溶液中嗅到產生乙醛的特殊氣味。為了闡述反應機理，往往將后一反應又分解為兩步：先是乙醇分子在灼熱CuO作用下脫出一個氫分子（羥基上氫原子和與羥基相連碳原子上的一個氫原子結合成氫分子），使乙醇氧化為乙醛；隨后脫出的氫分子將銅絲表面CuO還原為銅[1]。該過程可用以下兩個反應表示：

③CH3CH2OH CH3CHO+H2↑

④CuO+H2 Cu+H2O

綜合上述反應得乙醇催化氧化的總反應為：

2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O

中學之所以講乙醇催化氧化機理，目的有二：一是說明催化劑參與了反應過程，在反應前后其性質和質量不變。二是了解哪些醇（指結構）不能催化氧化（叔醇不能氧化），哪些醇可催化氧化，可催化氧化醇的結構與其氧化產物的關系（伯醇氧化為醛，仲醇氧化為酮）。

對該演示實驗產生的現象及教參對反應機理的分析，不少人對其產生誤解，認為該反應過程中有氫氣產生。這種錯誤認識不僅出現在應用廣泛的權威資料中，甚至還出現在區域性的省重點高中的聯考中。前不久我們就接觸到了這樣一道聯考題：

題目大意是：某校化學興趣小組的同學為探究乙醇有關性質設計了如下裝置（夾持裝置未畫出），請回答以下問題：

3 實驗及結論

按圖2裝置和上述操作順序做實驗。當紅熱銅絲迅速插入乙醇中并立即塞緊橡膠塞時，銅絲表面確實有大量氣泡產生，但仔細觀察發現氣泡在向上運動過程中不斷減少甚至消失，此現象持續2～3秒后停止了。此時試管b中約收集到2 mL氣體，等試管a冷卻至室溫時，試管b中的氣體只剩下約0.5 mL，大量氣體回流至試管a中。

上述實驗現象說明：①紅熱銅絲圈插入乙醇中其周圍產生較多氣泡是乙醇受熱氣化的結果，并非是乙醇脫下的H結合成H2逸出而產生的氣泡。②乙醇脫氫時原子態的H就將CuO還原了，當CuO還原后，乙醇也就不能再脫氫氧化了。這就是事實上無氫氣產生的本質原因。③b試管里的極少量氣體是向a試管口塞橡膠塞時壓入的少量空氣。為什么收集的大部分氣體（約2 mL）又通過導氣管回流到左側試管中呢？這是因為a試管在紅熱銅絲與乙醇反應時受熱（觸摸試管感覺明顯發熱），空氣膨脹導致試管中空氣進入b試管中，當a試管冷卻至室溫時，b試管中的空氣沿著長導氣管回流，使兩試管里氣體壓強相同。

后來我們又將上述試題里的裝置進行改裝（圖3），把吸收乙醛的試管換成冷凝乙醇蒸氣的安全裝置（圖3中試管C）和排水集氣裝置（圖3中試管D），關閉活塞甲，檢查氣密性合格后，向M燒杯中加入80℃左右的熱水使試管A中乙醇氣化（用溫度計監測并通過間斷加熱保持此溫度）以便將空氣（氧氣）排出（試管D中液面下降），然后加熱試管B直至銅絲紅熱。此時，試管D里的液面又再明顯下降，持續3分鐘后試管D里的液面不再明顯下降，此時停止對試管B加熱，等其冷卻后再停止對試管A加熱（移走M燒杯），全套裝置恢復至室溫時，看到的現象是：①試管B中銅絲仍然光亮；②試管A中乙醇量減少，試管C中冷凝了約4 mL液體；③試管D中液面又上升至試管底部（冷卻至室溫時裝置里空氣體積不變）；④恢復至室溫拆除裝置時，試管C中嗅不到乙醛的刺激性氣味（是乙醇的氣味），將該液體與新制Cu（OH）2共熱時，無紅色沉淀生成。

以上實驗證明：①紅熱銅絲（表面有CuO）催化氧化乙醇時沒有氫氣產生；②受熱的銅絲在沒有氧氣存在時不能將乙醇氧化為乙醛，更不會使乙醇脫氫而產生氫氣。

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心編著，普通高中課程標準實驗教科書·有機化學基礎·教師教學用書（第2版）[M].北京：人民教育出版社，2007：75.

摘要：實驗證明了紅熱CuO插入乙醇中其表面產生的氣泡不是氫氣，而是乙醇受熱氣化的氣泡。紅熱銅絲在無氧氣存在時不能催化乙醇氧化，也不會使乙醇脫氫產生氫氣。

關鍵詞：乙醇氧化；銅；催化劑；脫氫；氫氣

文章編號：1005–6629（2014）9–0091–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 由乙醇催化氧化實驗而引出的問題

中學講乙醇催化氧化的性質時，一般會做銅絲在酒精燈上灼燒至紅熱后立即插入乙醇中，并反復多次這種操作的演示實驗。實驗時銅絲受熱變黑（①2Cu+O2=2CuO），插入乙醇中銅絲表面產生氣泡，隨即銅絲變光亮（②CH3CH2OH+CuO→CH3CHO+Cu+ H2O），反復多次后可從溶液中嗅到產生乙醛的特殊氣味。為了闡述反應機理，往往將后一反應又分解為兩步：先是乙醇分子在灼熱CuO作用下脫出一個氫分子（羥基上氫原子和與羥基相連碳原子上的一個氫原子結合成氫分子），使乙醇氧化為乙醛；隨后脫出的氫分子將銅絲表面CuO還原為銅[1]。該過程可用以下兩個反應表示：

③CH3CH2OH CH3CHO+H2↑

④CuO+H2 Cu+H2O

綜合上述反應得乙醇催化氧化的總反應為：

2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O

中學之所以講乙醇催化氧化機理，目的有二：一是說明催化劑參與了反應過程，在反應前后其性質和質量不變。二是了解哪些醇（指結構）不能催化氧化（叔醇不能氧化），哪些醇可催化氧化，可催化氧化醇的結構與其氧化產物的關系（伯醇氧化為醛，仲醇氧化為酮）。

對該演示實驗產生的現象及教參對反應機理的分析，不少人對其產生誤解，認為該反應過程中有氫氣產生。這種錯誤認識不僅出現在應用廣泛的權威資料中，甚至還出現在區域性的省重點高中的聯考中。前不久我們就接觸到了這樣一道聯考題：

題目大意是：某校化學興趣小組的同學為探究乙醇有關性質設計了如下裝置（夾持裝置未畫出），請回答以下問題：

3 實驗及結論

按圖2裝置和上述操作順序做實驗。當紅熱銅絲迅速插入乙醇中并立即塞緊橡膠塞時，銅絲表面確實有大量氣泡產生，但仔細觀察發現氣泡在向上運動過程中不斷減少甚至消失，此現象持續2～3秒后停止了。此時試管b中約收集到2 mL氣體，等試管a冷卻至室溫時，試管b中的氣體只剩下約0.5 mL，大量氣體回流至試管a中。

上述實驗現象說明：①紅熱銅絲圈插入乙醇中其周圍產生較多氣泡是乙醇受熱氣化的結果，并非是乙醇脫下的H結合成H2逸出而產生的氣泡。②乙醇脫氫時原子態的H就將CuO還原了，當CuO還原后，乙醇也就不能再脫氫氧化了。這就是事實上無氫氣產生的本質原因。③b試管里的極少量氣體是向a試管口塞橡膠塞時壓入的少量空氣。為什么收集的大部分氣體（約2 mL）又通過導氣管回流到左側試管中呢？這是因為a試管在紅熱銅絲與乙醇反應時受熱（觸摸試管感覺明顯發熱），空氣膨脹導致試管中空氣進入b試管中，當a試管冷卻至室溫時，b試管中的空氣沿著長導氣管回流，使兩試管里氣體壓強相同。

后來我們又將上述試題里的裝置進行改裝（圖3），把吸收乙醛的試管換成冷凝乙醇蒸氣的安全裝置（圖3中試管C）和排水集氣裝置（圖3中試管D），關閉活塞甲，檢查氣密性合格后，向M燒杯中加入80℃左右的熱水使試管A中乙醇氣化（用溫度計監測并通過間斷加熱保持此溫度）以便將空氣（氧氣）排出（試管D中液面下降），然后加熱試管B直至銅絲紅熱。此時，試管D里的液面又再明顯下降，持續3分鐘后試管D里的液面不再明顯下降，此時停止對試管B加熱，等其冷卻后再停止對試管A加熱（移走M燒杯），全套裝置恢復至室溫時，看到的現象是：①試管B中銅絲仍然光亮；②試管A中乙醇量減少，試管C中冷凝了約4 mL液體；③試管D中液面又上升至試管底部（冷卻至室溫時裝置里空氣體積不變）；④恢復至室溫拆除裝置時，試管C中嗅不到乙醛的刺激性氣味（是乙醇的氣味），將該液體與新制Cu（OH）2共熱時，無紅色沉淀生成。

以上實驗證明：①紅熱銅絲（表面有CuO）催化氧化乙醇時沒有氫氣產生；②受熱的銅絲在沒有氧氣存在時不能將乙醇氧化為乙醛，更不會使乙醇脫氫而產生氫氣。

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心編著，普通高中課程標準實驗教科書·有機化學基礎·教師教學用書（第2版）[M].北京：人民教育出版社，2007：75.