補(bǔ)充—個Cu催化（脫氫）氧化乙醇的實驗

劉懷樂

摘要：紅熱的Cu絲與乙醇的反應(yīng)，屬于氧化劑（CuO）氧化乙醇；乙醇的催化氧化屬于乙醇在Cu催化條件的脫氫氧化。本實驗是在隔絕（排除）空氣的條件下，觀察加熱的銅絲與乙醇蒸氣反應(yīng)，生成乙醛被堿性Cu（OH）₂檢驗。

關(guān)鍵詞：乙醇蒸氣；紅熱Cu絲（CuO）；脫氫；隔絕（排除）空氣；堿性氫氧化銅；可逆反應(yīng)

文章編號：1008-0546（2017）11—0094—01 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.031

現(xiàn)行高中化學(xué)（必修2）74頁，陳述了乙醇氧化反應(yīng)的四點性質(zhì)：

（1）乙醇在空氣中燃燒；

（2）在一定條件下乙醇可以與氧化劑發(fā)生反應(yīng)；

（3）乙醇在銅或銀做催化劑的條件下，可以被空氣中的氧氣氧化成乙醛（CH₃CHO）；

（4）乙醇還可以與酸性高錳酸鉀溶液或………

這里，試想對乙醇的銅催化氧化補(bǔ)充一個實驗。

一、關(guān)于銅或銀等催化氧化乙醇的理性分析

乙醇的催化氧化早有成熟的理論和實踐，在教學(xué)中必須把握好以下兩點：

第一，乙醇的銅催化氧化是一個可逆的脫氫氧化過程，反應(yīng)是吸熱的，反應(yīng)要消耗能量（須加熱）。

第二，若將乙醇的蒸氣和適量的空氣或氧氣一起通過催化劑進(jìn)行氧化脫氫，則氫和氧會結(jié)合生成水，反應(yīng)可以進(jìn)行到底。這里，氫氣的氧化反應(yīng)是放熱的。

于是才有如下的不可逆反應(yīng)生成乙醛：

可見，教材出示的乙醇在Cu催化氧化生成乙醛的反應(yīng)，是在一定條件下（Cu或Ag催化，加熱）兩個反應(yīng)的加和式。

二、乙醇催化（脫氫）氧化的實驗設(shè)計

乙醇的催化（Cu）脫氫是外界提供能量（加熱）條件下發(fā)生的脫氫氧化，反應(yīng)是在僅有乙醇蒸氣和Cu存在的條件下生成乙醛，這是實驗設(shè)計的關(guān)鍵。

如圖所示，在一個配有單孔橡皮塞的小燒瓶（或試管）里注入10mL左右的無水乙醇，不斷微微加熱（略顯沸騰），讓不斷產(chǎn)生的乙醇蒸氣除去（趕盡）反應(yīng)空間的空氣，然后再集中火力加熱具支試管底有Cu絲的部位。當(dāng)發(fā)現(xiàn)酒精的量蒸發(fā)減半，紅熱Cu絲略顯變黑（酒精蒸氣被紅熱的Cu絲炭化所致）的時候，把導(dǎo)氣管伸進(jìn)堿性氫氧化銅濁液，就會出現(xiàn)堿性Cu（OH）₂濁液的試管內(nèi)，因生成的熱的乙醛蒸氣被堿性氫氧化銅氧化生成不溶性的橙紅色Cu₂O沉淀，從而使乙醇被催化脫氫氧化生成的乙醛得檢。

三、演示乙醇催化（脫氫）氧化實驗的意義

據(jù)筆者所知，教學(xué)中不少教師把教材“實驗3-3用紅熱螺旋銅絲（CuO）氧化乙醇”的實驗視為乙醇的催化氧化。須知，紅熱的螺旋銅絲本身就是一種氧化劑（CuO）。況且教材已明確指出：“乙醇可以與氧化劑發(fā)生反應(yīng)”，而實驗3-3所提供的實驗本身，恰恰提供了一種具體的氧化劑（CuO），或者說實驗3-3是教材所說的氧化劑氧化乙醇一種實證方法。可惜不少文獻(xiàn)，包括新近的《化學(xué)教育》2017年第5期66頁有《乙醇催化氧化實驗改進(jìn)》，以及該文所引用的文獻(xiàn)[2]→[6]。幾乎都把教材實驗3-3視為乙醇的催化氧化，這是欠妥甚至是不對的。

其次，乙醇的Cu催化氧化本身是一個脫氫氧化過程，反應(yīng)具有可逆性，反應(yīng)過程中需要消耗能量（要給銅絲加熱），在本實驗設(shè)計里得到了體現(xiàn)。但是當(dāng)有空氣或有氧氣存在時，脫下來的氫會與氧結(jié)合生成水放出大量的熱，會把脫氫的吸熱過程轉(zhuǎn)變?yōu)榉艧徇^程。教材所示乙醇催化氧化的反應(yīng)（方程式），把這兩個過程因為合為一體而把脫氫過程掩蓋了。

當(dāng)然，中學(xué)化學(xué)教學(xué)本身沒有對乙醇催化脫氫提出要求，本文也無意在中學(xué)化學(xué)中必須提出這種要求，但是這種掩蓋科學(xué)本質(zhì)東西，我們教師必須做到心中有數(shù)。

筆者跟一些在職中年教師探討這個問題時，他們的觀點非常明確，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中沒有這樣的要求，完全沒有必要討論這個問題。筆者認(rèn)為，我們完全可以這樣去打發(fā)一個學(xué)生向我們提出這樣的問題，但是我們無法回避我們在教學(xué)研究時可以（應(yīng)該）討論這樣的問題。我在想，如果我們的學(xué)生看到一篇文章，遇到個別不認(rèn)識的字、詞或成語去問語文老師，抑或有什么歷史史實去請教歷史老師，我們教師能以“這不是中學(xué)教材內(nèi)容所要求”為由，謝絕回答你的學(xué)生嗎？何況我們所提出的問題是我們化學(xué)教師在大學(xué)期間應(yīng)有的知識儲備，在教學(xué)和教研過程中討論這樣的問題，想必是非常必要的。

退一萬步，即令不討論這樣的問題，我們也無論如何不能把乙醇與紅熱銅絲（CuO）的氧化劑氧化等同于乙醇的催化氧化。不難明白，筆者提供的乙醇催化脫氫氧化實驗，是對教材實驗3-3的氧化劑氧化乙醇有本質(zhì)區(qū)別提供了一個有力的實驗依據(jù)，對于結(jié)束當(dāng)前在這個問題上的教學(xué)混沌狀態(tài)，想必是大有裨益的。endprint