乙醇脱氢生成乙醛实验的再研究

2011年第3期化学教育问思讨论与思乙醇脱氢生成乙醛实验的再研究王金龙“鞠东胜(江苏扬州市扬州中学225009摘要分析热(黑)铜丝成分及其在乙醇脱氢实验中的作用,运用乙醇脱氢原理,设计了乙醇脱氢实验新方案。关键词氧化铜乙醇脱氢反应温度氧化亚铜乙醛1提出问题待进一步研究。笔者已在《乙醇氧化脱氢实验的深度研究》一文3实验探究中探讨了乙醇脱氢实验方法,但是热(黑)铜丝的将铜丝在空气中灼烧,生成的氧化物仅为氧化成分及其作用等细节问题还有待研究。现将近期铜吗?将它插入乙醇中,其表层的氧化物参与反应发现的实验新事实和分析付诸文字,与大家进一步吗?铜丝具备的热量能将反应体系的温度维持在探讨交流乙醇脱氢实验的核心问题。325℃吗?我们认为,只有解答了上述一系列的基本2反应原理问题,才能正确地运用乙醇脱氢原理准确地创设生将乙醇脱氢的方法有2种,一种叫直接脱氢法,动的教学情境另一种叫氧化脱氢法,化学反应方程式如下23.1铜与氧气反应直接脱氢:CH3CH2OH= CH3 CHO+H2[实验1]用细砂纸将φ2.5mm细铜丝打磨呈氧化脱氢:2 CH3 CH, OH+O,Cu或A光亮的红色,在酒精灯上灼烧至变黑趁热将它迅速放进冷水中。待完全冷却后取出,用滤纸抹去表层2CH3 CHO-+2H,O利用相关物质的热力学数据,对反应温度作*它插入盛有精水的小试管中,约1m后观察经过简单的计算得出上述2种脱氢反应的焓到溶液呈深蓝色变和熵变(见表1)。以直接脱氢反应为例,利用实验2]用细砂纸将1根φ2.5mm细铜丝打△G=△H-T△S,计算发生反应所需的最低温度磨呈光亮的红色将它插入盛有稀氨水的小试管中,(T)。当△G=0时,T=△H/△S=68.9/(115.7×约1min后观察到溶液呈深蓝色0-3)=595.5K,即在温度高于322.5℃时△G<0首先需要说明的是,“氨水法”是检验氧化亚铜该反应能自发进行,与教材描述的325℃基本吻合。较为灵敏简便的方法。其原理为:氧化亚铜溶解表1乙醇2种脱氢反应的变和熵变于氨水形成无色配离子[Cu(NH)2]:△H3/(kJ·mol-1)△S88/(J·K-1·mol-1)Cu2O+4NH3·H2O=直接脱氢115.72LCu(NH3)2]++20H-+3H20氧化脱氢345.8134.4但[Cu(NH3)2]遇到空气则被氧化为深蓝色需要说明的是,采用酒精灯加热可使受热物体的[Cu(NH3)4]2+:(药品)的温度达到400℃,能满足实验需求;其次,4[Cu(NH3)2]++8NH3·H2O+O2=氧化脱氢是放热反应,反应温度似乎低于直接脱氢。A「C,NL12++4OH-+6H2O中国煤化工但实际生产是个复杂的过程,可能还要综合考虑设出乎预期。采用CNMH备、工艺指标等诸多因素乙醇脱氢的反应温度还有酒精八,工我几啊以外还生成少量氧江苏省中小学教学研究项目“培养高中生化学自主学习能力的课堂教学模式与策略研究”阶段性成果通讯联系人,Emal:275616195wl@ sina, com化学教育2011年第3期化亚铜。同时,用砂纸打磨铜除去表层氧化膜时磨量氧化物首先氧化乙醇生成少量乙醛。由于乙醇沸擦促使温度升高,铜几乎瞬间即被氧化。那么将热点(78.3℃)低铜丝具有的高热量主要用于乙醇的(黑)铜丝插人乙醇中,其表层氧化物与乙醇发生了沸腾蒸发并使之脱离反应体系,铜与乙醇很难同时怎样的反应呢?达到325℃,进一步发生铜催化乙醇脱氢的可能性32乙醇与氧化亚铜、氧化铜反应不高。即便发生了局部的短暂的脱氢反应,又由于3.2.1实验步骤和现象乙醛沸点(20.8℃)较乙醇更低,前者停留在后者中(1)如图1所示,在大试管底部放置1团棉花,的可能性更是微乎其微。滴入半滴管无水乙醇;放置1团石棉绒,加入2药匙3.3乙醇直接脱氢法氧化亚铜或氧化铜然后再放置1团石棉绒以防止3.3.1实验操作、现象与结论药品粉末进入导气管。导管末端插入盛有1mL水(1)如图2所示,在大试管中依次放入1团棉的小试管中。花、半滴管无水乙醇和细铜丝团。将试管水平固定在铁架台上,导管末端插入盛有1mL水的小试管①②@④中细铜丝团酒精棉团①酒精棉团,②④石棉绒,③铜的氧化物,⑤水水图1铜的氧化物使乙醇脱氯实验装置简图(2)对准氧化亚铜或氧化铜部位加热,水中不断田2铜催化乙醇脱氯实验装置简图有气泡冒出。乙醇因间接受热快速挥发,其蒸气与(2)用酒精灯对准铜丝部位加热,观察到不断有氧化亚铜或氧化铜接触。一会几,观察到试管内壁气泡从水中冒出。加热3min后即可停止反应。均出现光亮的铜镜(3)在1mL新制银氨溶液中加人10~15滴小(3)加热3min后,即可停止反应。在1mL新试管中的溶液振荡,用沸水浴加热,约1min后试制银氨溶液中加入10滴小试管中的溶液振荡,用管内壁出现光亮的银镜说明小试管中有乙醛。沸水浴加热,约45s后试管内壁均出现光亮的银3.3.2分析评价镜。在《乙醇氧化脱氢实验的深度研究》中使用气唧3.2.2结论鼓入空气时口,带走了部分热量,会降低反应温度进在加热的条件下,氧化亚铜和氧化铜都使乙醇而降低乙醇脱氢速率。乙醇直接脱氢实验则具有加脱氢生成乙醛水和铜,化学反应方程式如下:热时间短、反应温度稳定、能清晰地表明铜做催化剂等特点,较适宜用于教学演示CH3 CH2 OH+Cu2O-CH3 CHO+H20+2Cu参考文献CH, CH, OH+Cu0--CH. CHO+H2O+Cu3.2.3分析评价[1]王金龙鞠东胜化学教育,2010,31(6):62-63铜的氧化物能较迅速地将乙醇氧化,主要原因:[2]郭灿城主编.有机化学第2版,北京:科学出版社,2006:260-中国煤化工一是氢(来源于乙醇)与氧(来源于氧化物)结合放出3CNMHG学热量;二是新生成的铜具有较强的催化活性反思将热(黑)铜丝插入乙醇的实验设计,从热[4]天津大学无机化学教研室编无机化学第3版北京高等教(黑)铜丝成分及其空间分布位置分析,铜表层的少育出版社,2002:431