乙醇催化氧化实验的反思与创新设计

文章编号：1005-6629(2010)12-0011-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：C

1问题的提出

现行高二化学教材设计的“加热铜丝插入”实验，铜丝的红一黑一红颜色变化鲜明，装置简单，操作简约，铜丝可以多次重复实验，但难于检验乙醇氧化产物而降低了实验的价值。事实上，学生闻试管中液体产生的气味既不明显，并有相当多学生将乙醇的气味与乙醛的气味混淆而难于分辨，如做银镜反应等，则因乙醛含量太少而现象不佳。

鉴于此，对教学中乙醇在Cu(或Ag)催化下氧化为乙醛的实验是许多从教者长期研究的重要实验，由刘正贤主编的《中学化学实验大全》就提供了多个范例。从近阶段许多杂志发表的文章看，许多实验者都设计在装入铜片的试管中加热氧气和乙醇蒸气来弥补教材实验难于检验产物等不足。华东师范大学蔡晶、陈磊磊分析了一些乙醇在铜催化下与氧气反应生成乙醛的实验中氧气和乙醇来源的情况，并利用气等从空气中获取氧气和利用棉花团蘸取无水乙醇获取乙醇蒸气。但这样一些改进思路，仍然存在装置、操作复杂化；反应不易控制，不能提供充足乙醇蒸气使反应持续进行等某些缺陷。一些实验甚至将作为催化剂的单质铜直接改为CuO，使用希夫试纸检验产物乙醛，但这又无法对教材中Cu(或Ag)的催化作用作出合理说明，同时超越了学生的知识基础和认识水平。

我们认为，高中学生已经知道酒精灯火焰就是乙醇的燃烧，焰心是乙醇的蒸气，空气中约1／5体积是氧气等知识。如果能巧妙地通过获取酒精灯焰心乙醇蒸气和空气中的氧气完成这一实验，这既能很好地帮助学生理解反应原理，又能有效发展学生的创新思维。对此，我们设计了一个装置简单，操作简便的“酒精灯焰心蒸气进行乙醇催化氧化”的实验，达到了较为理想的效果。

2乙醇催化氧化实验的创新

2.1实验目的

实证乙醇在加热和铜催化条件下被氧气氧化为醛，深化对乙醇催化氧化原理的认识。

2.2设计思路

为使装置简单，采用酒精灯焰心提供乙醇蒸气，用空气提供氧气，并使二者可控制地与催化剂接触反应。

2.3实验装置

课堂演示实验装置：

(1)将玻璃管弯曲为U形，与一球形管(或干燥管)构成反应器，反应器中装适量小铜片或铜丝。

(2)用一橡皮塞做成一旋转器，旋转器一端连反应器，另一端连玻璃管，此端可通过玻璃管旋转。

(3)用注射器作乙醇蒸气和空气的吸人装置和反应后气体的收集装置。为方便气体注入银氨溶液检验产物，可用胶头滴管将注射器口加长。

学生分组实验装置(图2)：

省去了反应器中的球形管或干燥管。使实验微型化，仅将U形玻璃管的一端留长，放入小铜片或铜丝即可。

实验装置的特点：

(1)利用注射器可控制吸入乙醇蒸气和空气的量，以及收集反应产物进行有效检验。

(2)旋转器的巧妙设置，使乙醇蒸气和空气能交替进入反应器，使实验现象鲜明。旋转器制作简单，材料为普通橡皮塞，将橡皮塞打孔，一端连反应器，一端连一导出反应后气体的玻璃管并可旋转即可。

2.4实验步骤

(1)按图1所示装置连接，固定在铁架台上，点燃酒精灯加热。

(2)转动旋转器15～20度度角，使U形管口离开酒精灯焰心处火焰，同时缓缓拉动注射器。现象：管内铜片由红变黑。又转动旋转器，使管口重新插入酒精灯焰心处，继续拉动注射器，现象：管内铜片由黑变红。

(3)将开始收集的少量气体水洗后排空(开始反应时乙醛量少，主要为未反应的氮气等)，继续上述操作(2)并使注射器收集满气体。现象：球形管内铜片红、黑现象交替出现。

(4)将收集的气体注入银氨溶液，用银镜反应检验气体中含有醛(或用新制Cu(OH)2检验醛的存在)。

注：多次收集后，注射器中有无色刺激性气味的液体。

2.5结果与讨论

该实验明显地达到了乙醇催化氧化实验理想的效果。

(1)简洁地证实了乙醇在铜(或银)做催化剂的条件下，可以被空气中的氧气氧化为乙醛的结论。实验对反应产物的检验效果明显。

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(2)实验现象鲜明，特别是铜片由红变黑，由黑变红交替出现的现象。对学生理解乙醇催化氧化过程中Cu的催化作用极为生动。

(3)实验装置简单，操作简便。整个实验完成时间约在3min左右，根据教学需要可反复进行。

学生分组实验，在使用图2装置的基础上，还可由一学生用试管夹夹持或手握旋转器有节奏地插入和移开酒精灯焰心，另一学生拉动注射器收集产物，激发动手实验兴趣，培养团队协作精神。