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乙醇催化氧化反应实验的改进设计  

2014-09-06 11:27:45|  分类: 教材与教学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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          乙醇催化氧化反应实验的改进设

    摘  要:针对教材中乙醇催化氧化实验的不足,对乙醇催化氧化实验进行了研究,设计了一种简易、方便的实验方法,减少了药品的用量,通过生成物水的检验直观的说明乙醇在催化剂的作用下发生了氧化反应。

    关键词:乙醇  催化氧化  无水CuSO4   实验改进

 

 在一定条件下发生催化氧化反应是乙醇的重要性质,在苏教版教材高一化学必修二食品中的有机化合物乙醇的教学中,为了让学生认识乙醇的这一重要反应,教材中安排了关于乙醇催化氧化的演示实验,实验的方法是[1] 向一支试管中加入34mL无水乙醇,浸入500C左右的热水中,以保持反应所需的温度。将绕成螺旋状的铜丝烧热,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。在实验中乙醇反应的化学方程式为:

         2CH3CH2OH + O2            2CH3CHO + 2H2O    

该演示实验通过观察铜丝在实验中的颜色变化即铜丝加热变黑色,黑色铜丝在乙醇中又变成红色,让学生认识铜在此反应中起催化剂的作用;通过反应前后气味的不同,让学生感受到反应生成了不同于乙醇的新物质乙醛。

 教材中该演示实验的优点是操作简便,铜丝颜色发生的变化明显,学生容易观察,但在教学过程中笔者发现实验存在着一些不足,实验时试管中加入3~4mL乙醇,药品的用量较多,反应生成的乙醛和乙醇混合在一起,气味的变化不很明显,实验没有关注反应的另一产物水。为了克服实验中的上述问题,笔者对该实验进行了研究改进。

 1.乙醇催化氧化实验的思考

 教材中乙醇的催化氧化实验通过气味的变化来感知反应中新物质的生成,但大量反应物乙醇和少量的生成物乙醛产生的气味不能很好的加以区别。对于该实验中乙醇发生反应生成了新的物质,除了从气味上体验外,我们可以用其它的方法来让学生感知,反应生成的物质是乙醛和水,乙醛的检验可以用银氨溶液发生银镜反应以及用新制氢氧化铜反应产生红色沉淀进行,但检验乙醛的这些方法对还没有这些方面知识的高一学生来说是困难的,增大了教学的难度,实验的操作也较复杂。若对生成的水进行检验,学生有这方面的知识基础,检验的办法也方便,白色的无水硫酸铜在水存在时会变为蓝色,用无水硫酸铜的颜色变化即可来说明乙醇发生了反应。

 铜丝在酒精灯火焰上加热时,我们发现铜丝遇到内焰即由黑色变为了红色,这一现象给我们做乙醇催化氧化实验有很大的启发,可以采取不同于教材的实验方法来减少乙醇的用量。我们将加热的铜丝伸入到乙醇蒸气中进行乙醇催化氧化反应的实验取得了良好的效果,于是我们从加热的铜丝和乙醇蒸气反应的角度思考实验,并和生成物水的检验融合一体设计实验,最终得出了下面的实验方案。

 2.乙醇催化氧化实验的方案[2]

2.1乙醇催化氧化实验装置

乙醇催化氧化实验的装置如下图1所示。

                 

                   图1.乙醇催化氧化实验装置

   2.2乙醇催化氧化实验做法

   (1)在乙醇中加入生石灰,制得无水乙醇备用(制取无水乙醇的量由演示实验的次数决定,每次实验无水乙醇约需0.5mL),或直接取分析纯无水乙醇使用。

   (2)取少量CuSO4·5H2O加热制得白色无水CuSO4备用。

   (3)在一支大试管中加入少许白色无水CuSO4,然后向试管中滴入制得的无水乙醇10滴(约0.5mL)。

   (4)将一约长6cm的螺旋状铜丝穿过带有橡皮塞的一段直径约2mm的小玻璃管,在酒精灯的火焰上加热螺旋状铜丝,待螺旋状铜丝完全变黑时,趁热迅速将铜丝插入试管底部,并塞紧橡皮塞(见图1)。观察试管中铜丝和无水硫酸铜的颜色变化,然后打开橡皮塞感受试管中物质的气味。

实验依靠下端螺旋状铜丝接触到的乙醇受热气化产生的乙醇蒸气在铜丝表面发生反应,减少了乙醇的用量,用橡皮塞塞住试管减少了生成物的逸出。

 3.乙醇催化氧化实验的现象和效果

按照上面的方法进行乙醇催化氧化实验,我们观察到螺旋状铜丝由下而上迅速由黑色逐渐变为红色,约5秒钟后整个螺旋状铜丝完全变为红色,然后微微振动一下试管,白色的无水硫酸铜即出现了蓝色,打开橡皮塞,可闻到明显的刺激性气味。 

白色无水硫酸铜变蓝说明乙醇发生了反应有水生成,实验中螺旋状铜丝的颜色变化说明铜在反应中起到催化剂的作用,闻到了较强的刺激性气味说明反应生成了一种不同于乙醇的物质。由实验中出现的上述现象学生即可方便地得出对乙醇催化氧化反应的认识,我们在课堂上按照这种方法进行实验,现象生动鲜明,由实验现象引导学生分析反应,取得了满意的教学效果。

 

参考文献:

[1]普通高中化学课程标准实验教科书[M]化学2(必修)4版 南京 江苏教育出版社2013

[2]宋志贵陈春丽乙醇催化氧化实验的改进[J]. 化学教育2011( 12) : 72

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