乙醇氧化生成乙醛的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

【摘 要】基于傳統(tǒng)教學(xué)方法中乙醇氧化生成乙醛演示實(shí)驗(yàn)中存在的不足，并且對(duì)其他關(guān)于乙醇反應(yīng)生成乙醛改進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分類分析歸納，最終提出和設(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。

Abstracts：On the base of shortcomings of traditional teaching methods in the demonstration experiment of acetaldehyde oxidation of ethanol， and the analysis of other acetaldehyde improvement experiments on ethanol reaction. A new simple experiment of reaction of ethanol with acetaldehyde to produce acetaldehyde under copper catalysis\" was proposed and designed

【關(guān)鍵詞】乙醇 乙醛 演示實(shí)驗(yàn) 改進(jìn)與創(chuàng)新

Key words： ethanol；acetaldehyde；demonstration experiment；improvement and innovation

一、問(wèn)題的提出

中學(xué)化學(xué)教材中的乙醇催化氧化實(shí)驗(yàn)安排的演示實(shí)驗(yàn)操作是：在試管里加入3-5mL乙醇，把一端彎成螺旋狀的銅絲放在酒精燈火焰上加熱，使銅絲表面生成一層黑色的氧化銅，立即把它插入盛有乙醇的試管里，這樣反復(fù)操作幾次。注意生成乙醛的氣味，并注意觀察銅絲表面變化。

本實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上存在的不足之處[4]，（1）操作費(fèi)時(shí)且現(xiàn)象可觀察性不強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)要想使學(xué)生清楚觀察到銅絲的變化要反復(fù)加熱與反應(yīng)，作為演示實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)，并且在學(xué)生只能通過(guò)銅絲的變化和生成的氣味來(lái)判斷反應(yīng)的進(jìn)行[5]。（2）采用聞的方法不可靠，并且乙醛有刺激性氣味，并且本實(shí)驗(yàn)在開(kāi)放性環(huán)境下演示不符合綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。（3）實(shí)驗(yàn)只能證明銅絲的顏色變化，不能以科學(xué)方法證明其產(chǎn)物乙醛[10]。（4）反應(yīng)過(guò)程生成的水不能在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中演示出來(lái)，不能完全的體現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)本質(zhì)與原理。

二、文獻(xiàn)中關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)分類分析

基于課本實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，有許多關(guān)于乙醇在銅催化下與氧氣反應(yīng)生成乙醛實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，本次從裝置不同的方面改進(jìn)進(jìn)行分類分析。其改進(jìn)各有優(yōu)點(diǎn)，不僅提高了實(shí)驗(yàn)的成功率并且還給其他實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)提供了一些新思路和有益的借鑒。

（一）氧氣的來(lái)源角度。

1.利用管內(nèi)空氣。如最左端用橡膠塞封閉，該實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)在于時(shí)間比較短，從加熱到結(jié)束只需1分鐘，但不足之處在于不能讓學(xué)生看到銅絲顏色由紅-黑-紅的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程[4]。

2.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[3] [6]。其優(yōu)點(diǎn)在于可觀察到銅絲由紅到黑再到紅的變化規(guī)律。

3.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(guò)程。產(chǎn)生的氧氣使銅氧化成為氧化銅的時(shí)間變短[7]。

（二）從乙醇的來(lái)源看。

1.無(wú)水乙醇通過(guò)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[8]，裝置復(fù)雜，不適于演示實(shí)驗(yàn)。

2.直接試管加熱無(wú)水乙醇使蒸汽進(jìn)入導(dǎo)管與銅絲發(fā)生反應(yīng)。

3.用脫脂棉蘸取無(wú)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[4] [5]，且棉花如果過(guò)多，干燥后導(dǎo)致試管爆炸。

三、本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)分析

（四）實(shí)驗(yàn)步驟。

1.配制新制氫氧化銅溶液。用滴管滴1-3滴5%CuS04溶液于10 mL 20% NaOH溶液中。

2.裝置圖所示：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。用鑷子夾住泡有無(wú)水乙醇的粉筆，放于硬質(zhì)玻璃管的最左端，裝上氣球，硬質(zhì)玻璃管的右端放入少量白色無(wú)水CuS04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，片刻后粉筆中的乙醇蒸發(fā)，使得銅絲由黑色變成亮紅色，此時(shí)打開(kāi)止水夾鼓動(dòng)一兩次氣球，銅絲又馬上變黑色；停止鼓動(dòng)氣球，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，易于觀察。白色CuS04粉末也逐漸變藍(lán)色，說(shuō)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)氣球時(shí)有氣泡產(chǎn)生。

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。可以證明產(chǎn)生了乙醛。

（五）實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)。

1.從實(shí)驗(yàn)藥品來(lái)看：①用無(wú)水CuS04粉末，可以證明水的生成，使學(xué)生鞏固元素守恒，親眼看到水的生成。②選用新制的氫氧化銅便于學(xué)生觀察，證明乙醛的產(chǎn)生，同時(shí)學(xué)會(huì)了檢驗(yàn)乙醛的科學(xué)方法。并且避免學(xué)生聞乙醛氣體而造成的傷害。③選用銅絲，便于觀察銅絲的顏色變化，并且增大了與乙醇蒸汽的接觸面積，節(jié)省藥品，現(xiàn)象明顯。④粉筆吸附性極強(qiáng)的特點(diǎn)，使硬質(zhì)玻璃管干燥，從而防止炸裂。

2.從實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)看：①選用氣球方便易得，且可鼓入空氣，便于觀察銅絲的變化。②檢驗(yàn)裝置用小試管便于觀察，且做好了尾氣處理。

3.從整體來(lái)看：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，全體同學(xué)可直接看清楚不同的顏色變化，也增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性。③實(shí)驗(yàn)結(jié)論科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)， 并且使微型、綠色、節(jié)儉化的實(shí)驗(yàn)得到了充分的體現(xiàn)。

（六）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(méi)塞好，外而的空氣容易進(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(wú)水乙醇的效果最好，易揮發(fā)。

四、結(jié)論

本文對(duì)傳統(tǒng)乙醇氧化實(shí)驗(yàn)從裝置角度做出改進(jìn)與創(chuàng)新，其優(yōu)點(diǎn)在于：使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，直觀、檢測(cè)方法更為科學(xué)，為以后學(xué)習(xí)有機(jī)知識(shí)奠定基礎(chǔ)、更加符合綠色實(shí)驗(yàn)要求、同時(shí)本實(shí)驗(yàn)所用到的一些物品和方法可以用于其他實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。

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