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乙醇催化氧化实验改进

发表时间：2020/12/15 来源：《创新人才教育》2020年第9期作者：朱威亮

[导读] 乙醇催化氧化生成乙醛的反应是苏教版高中化学必修二的重要内容之一。

浙江省仙居县城峰中学朱威亮

摘要：乙醇催化氧化生成乙醛的反应是苏教版高中化学必修二的重要内容之一。本文主要分析教材实验中的不足，并针对这一实验，设计了一种简便、可控、环保的实验方法，既方便观察实验现象，又对生成的产物进行检验，还设计了尾气的处理方案。
关键词：乙醇；乙醛；催化氧化；氧化还原反应；实验改进
        在苏教版《必修2》专题三第二单元第一课乙醇的教学中，乙醇催化氧化生成乙醛是本节课的重点内容，乙醇的催化氧化实验是学生理解和掌握该知识的重要手段,但是教材中的乙醇催化氧化实验效果不是很理想，因此笔者从教材实验分析人手，并了解了本实验改进的现状，然后阐述笔者对本实验的优化与改进方案。
        一、教材实验分析
        本节课的实验步骤如下：向试管中加入3～4mL无水乙醇，将试管浸入50℃左右的热水中，以保持反应所需温度。将铜丝烧热，迅速插入乙醇中，反复多次，观察并感受铜丝颜色和乙醇气味的变化[1]，实验装置如图1所示。
        教材中的实验操作比较简单，适合教师在课堂上做演示实验。但是深入分析仍有一些不足之处，在课堂实验演示时，若不加以改进，完全参照教材中的实验，则实验效果不佳，影响学生对实验现象的描述及产物的判断，现对其不足之处进行总结，主要有下列几点：
        1.每次铜丝加热生成氧化铜的量很少，所以和乙醇反应生成的乙醛量也很少，因此要反复进行多次操作，但是即使多次反应乙醛的量还是不多，也没法收集，所以后续的闻气味和检验就比较困难。
        2.通过教材中的实验生成的乙醛量较少，而在该实验条件下乙醇大量挥发，乙醇本身又具有较强的气味，所以乙醛的刺激性气味不一定闻得到，同时仅通过闻气味的方法就确定生成了乙醛可信度不是很高；
        3.实验过程铜丝需要反复的抽出加热，整个实验体系处于开放状态，而实验的产物乙醛对环境有一定的污染，不符合绿色化学的理念[2]。
        4.实验中的另一产物——水没有检验。
        二、实验改进
        综合上述分析，为了使本实验更加符合中学化学实验安全、直观、简洁、环保的原则，笔者进行了适当的改进[3]。
        1.实验用品
        无水酒精、10%氢氧化钠溶液、5%硫酸铜溶液、酸性高锰酸钾溶液、硫酸镁、具支试管、试管、试管夹、铜丝、铁架台、酒精灯、橡胶塞、玻璃导管、橡胶管、干燥管、双连球、棉花。
        2.实验装置（见图2，试管夹持装置略）

           高锰酸钾将挥发出的乙醇和乙醛氧化，防止乙醛进入空气造成污染。
        4.实验装置安装及实验步骤
        （1）按照图2连接仪器，组装实验装置，并检查装置的气密性。
        （2）氢氧化铜悬浊液的配制。在洁净的试管中加入2mL 10%的氢氧化钠溶液，用胶头滴管向试管中滴加5%的硫酸铜溶液4~5滴，振荡均匀。
        （3）将浸湿无水乙醇的棉花放置于具支试管底部，塞上单孔橡胶塞，将具支试管固定在铁架台上。
        （4）点燃酒精灯，等铜丝红热了用双连球鼓入空气，观察实验现在。
        （5）反应一段时间后观察玻璃导管中CuSO4的颜色变化，停止加热，取下新制氢氧化铜悬浊液的试管加热，观察实验现象。
        5.实验现象及分析
        螺旋状铜丝左端在通入空气时迅速变黑，随后又被左侧受热挥发的乙醇还原为红色的单质铜，随着空气的不断鼓入，铜丝在黑色和红色之间不断转化，现象非常明显；随着反应的进行玻璃导管中的无水硫酸铜慢慢变蓝；一段时间后，停止加热，取下下方装有新制氢氧化铜的试管，在酒精灯上加热产生了砖红色沉淀，说明生成了醛类物质；酸性高锰酸钾溶液颜色变浅，说明挥发出的乙醇和乙醛被高锰酸钾吸收氧化了，实现了尾气的处理。
        三、实验改进后的优点
        1.本实验方便可控，同时也可以收集反应产生的乙醛。
        2.本实验采用新制氢氧化铜悬浊液检验乙醛，也可以换成银氨溶液检验。比教材上单纯的通过闻气味更有说服力。
        3.乙醇催化氧化实验中产物水的检验是一个难点，笔者也查阅了很多关于本实验的改进文献，如刘兴全和王强老师的《乙醇催化氧化实验的改进方案》[3]，将无水硫酸铜放在具支试管中来检验水，笔者也做了尝试，发现具支试管温度比较高现象不是特别明显。如果将无水硫酸铜装在干燥管中来检验的话，由于实验生成的水较少现象也不明显。因此笔者进行了重新设计，本实验采用无水乙醇进行实验，同时在进出气口都加了装有硫酸镁的干燥管，排除了外界的干扰，再将无水硫酸铜至于玻璃导管中来检验产物水，这样比较灵敏现象也很明显。
        4.本实验设计了尾气处理装置，减少了有毒气体的排放，实现了绿色环保。
        5.本实验可以非常直观地看出铜在反应中的作用，有助于学生理解催化剂的作用机理。在鼓入空气后变黑色，又逐渐变为红色，再次鼓入空气，又出现循环的现象。
        6.本实验的装置比较简单，容易搭建，适合学生实验室操作，也适合教师在课堂做演示实验。
        四、实验改进的几点说明
        1.鼓入空气前要先预热具支试管，等铜丝热了再鼓入空气；
        2.鼓入空气不能过快，让鼓入的空气和乙醇充分反应，以免乙醇大量随空气排出；
        3.干燥剂的选择，笔者开始用硅胶做干燥剂，通过实验发现硅胶会吸附乙醛变黑（见图3），影响了乙醛的检验，通过查文献发现可以用无水硫酸镁[4]来干燥乙醛。

4.等反应结束冷却后再取下新制氢氧化铜悬浊液加热；
只要我们在实验教学中不断探索与思考，善于发现教材实验的创新点，就能改进和设计出更多更优秀的化学实验。实验的优化和改进可以使实验更加生动有趣，实验现象更加明显。既能提高实验的效率和成功率，又能收到更好的教学效果，同时也培养了学生学习化学的兴趣，体现了新课程改革的目标。
参考文献：
[1]王祖浩．普通高中课程标准实验教科书：化学2(必修)．6版［M］．江苏：凤凰教育出版社，2018：69．
[2]姜伟辉．关于乙醇催化氧化实验的改进［Ｊ］．中学化学，2018（5）：30－31．
[3]刘兴全、王强．乙醇催化氧化实验的改进方案［Ｊ］．教育与装备研究，2018（11）：63－65．
[4]雷军．关于液态有机化合物干燥处理的探讨［Ｊ］．科教文汇，2014（11）：64－65．