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補(bǔ)充—個Cu催化(脫氫)氧化乙醇的實(shí)驗(yàn)

2018-03-06 19:39劉懷樂
化學(xué)教與學(xué) 2017年11期
關(guān)鍵詞:蒸氣氧化劑銅絲

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(shí)驗(yàn)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(yàn)。

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(diǎn)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(shí)驗(yàn)。

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(shí)踐,在教學(xué)中必須把握好以下兩點(diǎn):

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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)的意義

據(jù)筆者所知,教學(xué)中不少教師把教材“實(shí)驗(yàn)3-3用紅熱螺旋銅絲(CuO)氧化乙醇”的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)3-3所提供的實(shí)驗(yàn)本身,恰恰提供了一種具體的氧化劑(CuO),或者說實(shí)驗(yàn)3-3是教材所說的氧化劑氧化乙醇一種實(shí)證方法??上Р簧傥墨I(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(shí)驗(yàn)改進(jìn)》,以及該文所引用的文獻(xiàn)[2]→[6]。幾乎都把教材實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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?yàn)楹蠟橐惑w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(diǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn),是對教材實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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

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