乙醇的催化氧化实验再改进

苏兴玲 文丰玉

摘要：分析了人教版高中化学必修教材第二册中乙醇催化氧化实验的不足以及实验改进现状，利用铜球、西林瓶、医用注射器、无水乙醇、希夫试剂、新制银氨溶液和氢氧化铜溶液等实验用品，设计了微型、简约、安全、高效的优化方案，为该实验在化学课堂的教学提供新思路。

关键词：乙醇;催化氧化;实验再改进

一、问题提出

乙醇在加热和有催化剂（如铜或银）存在等条件下可被氧气氧化为乙醛[1]。在人教版高中化学必修第二册中，该实验虽然操作简单，药品和仪器都常见易得，但仍存在以下不足：①乙醛气体为2类致癌物，实验装置为半开放系统，没有尾气处理装置，不符合绿色化学的理念。②检验乙醛的方法不够严谨。乙醇本身易挥发，且有香味，对乙醛的刺激性气味会产生一定的干扰[2]。③缺少对生成物水的检验。基于此，不少教學工作者对该实验进行了部分改进：实验装置方面，柏杨[3]采用球形干燥管设计了一体化装置;乙醇来源方面，房寿高[4]等采用加热少量无水乙醇获取乙醇蒸汽;乙醛的检验方面，周如磊[5]利用硝普钠与乙醛显色法来检验乙醛，柏杨[6]、张婧[7]等采用希夫试剂，林志勤[8]使用银氨溶液，他们没有对各种检测试剂的效果进行比较;水的检验方面，高嫄[9] 在Y型管中装变色硅胶、尚广斗[10]在自制的弯型具支试管中使用无水硫酸铜检验产生的水蒸气，装置较复杂。结合以上因素，将该实验再次改进，优化如下：

二、实验再改进

1.实验原理

（1）铜做催化剂时，乙醇催化氧化的原理：

（2）银氨溶液检验乙醛的原理：

（3）新制氢氧化铜溶液检验乙醛的原理：

（4）希夫试剂检验乙醛的机理，见图1：

（5）无水硫酸铜检验水的原理：

2.改进方案

（1）实验用品

①主要药品：无水乙醇（≥99.7%）、2%硝酸银溶液、稀硝酸、稀氨水、10%氢氧化钠溶液、5%硫酸铜溶液、无水硫酸铜、希夫试剂、冰水

②主要仪器：铜丝、西林瓶3个（6个瓶塞）、医用注射器3支（5mL）、双面胶

（2）实验装置

（3）实验步骤

① 分别向1、2、3号洁净的西林瓶内壁粘贴0.5cm×1.0cm的双面胶，将无水硫酸铜粉末沾附于双面胶表面，再向瓶中滴加无水乙醇至刚覆盖瓶底，盖紧瓶塞。分别将3段长约15厘米的铜丝一端绕成略小于瓶口的铜球，另一端穿过西林瓶塞。

② 拔出1号的瓶塞，迅速将灼烧至红热的铜球接触乙醇并塞紧瓶口，观察现象。

③ 用冰水浴冷却至常温后，将铜球提升至瓶中上部，注入希夫试剂，观察现象。

④ 重复步骤②，再趁热向2号瓶中注射新制的3-4mL碱性银氨溶液、3号瓶中注射新制的3-4mL氢氧化铜溶液，观察现象。

（4）实验现象及解释

①灼热的铜球接触乙醇后，铜球由黑色逐渐变为光亮的紫红色。灼热的铜球使体系温度升高，加剧乙醇的挥发，乙醇蒸汽还原了氧化铜。

②无水硫酸铜粉末由白色变为蓝色，说明反应有水生成。

③检验乙醛：加入希夫试剂后，溶液迅速变为紫红色;加入新制碱性银氨溶液后，溶液迅速变黑，西林瓶内壁逐渐镀上一层光亮的银;加入新制氢氧化铜溶液后逐渐有砖红色沉淀产生。三者均说明反应有乙醛生成，其中用希夫试剂检验乙醛的现象最明显、耗时最短。

（5）注意事项

①准备时，为防止空气中水分的干扰，在瓶口塞紧瓶塞。

②红热的铜球伸入西林瓶要迅速，避免铜球温度过低影响实验效果。

③为防止希夫试剂分解，保存温度应在4℃左右;为防止希夫试剂受热产生假阳性反应，在检验乙醛前，应将西林瓶冷却至常温[12]。

④若3号瓶的现象不明显，可进行70℃的热水浴，再观察现象。

三、改进优点

（1）实验装置简洁，仪器微型化，操作简单，现象直观，有推广意义，体现了实验设计的安全性、简约性、可行性原则。

（2）用铜球代替螺旋状的铜丝，便于集中加热，又增大了乙醇与铜丝的接触面。

（3）采用西林瓶、注射器等常见易得的生活化仪器，有利于激发学生的学习兴趣，培养资源再利用意识。

（4）将硫酸铜粉末沾附在双面胶上，简化了装置，又避免了硫酸铜与反应物接触，还实现了反应发生装置与产物检验装置的一体化。

（5）无水乙醇用量少，既节约药品，又减缓了催化氧化的速率，方便观察铜球颜色的变化。

参考文献：

[1]王晶，毕华林.普通高中教科书必修第二册[M].北京：人民教育出版社，2019：78.

[2]文艳芬.乙醇的催化氧化实验改进[J].科学咨询（科技·管理），2020（07）：213.

[3][6]柏杨.乙醇催化氧化实验的巧妙改进[J].知识窗（教师版），2020（09）：65-66.

[4]房寿高.乙醇催化氧化实验的简易化改进[J].中学化学教学参考，2016（09）：58-59.

[5]周如磊.“乙醇的催化氧化”实验改进[J].化学教育（中英文），2021，42（03）：54.

[7][11][12]张婧，牛晨，韩秋霞，李明雪.乙醇催化氧化实验的改进[J].化学教学，2019（10）：58-61.

[8]林志勤，陶婉秋，李桂林，李国兴.[J].中学化学教学参考，2017（21）：49-50.

[9]高嫄.乙醇催化氧化的实验改进[J].高中数理化，2020（S1）：81.

[10]尚广斗，范聪慧.巧用“弯形具支试管”改进乙醇催化氧化的实验[J].中小学实验与装备，2014，24（01）：23.

基金项目：“中学化学新课程教学与实验设计”（编号：410111）