于细微处探究——以乙醇催化氧化实验的改进为例
来源： 作者： 时间：2021-05-13
摘要:改进教材实验，通过减少乙醉的用童，增大铜丝的接触面积与用量，探究乙醉的催化氧化，实验简约快速，反应现象明显。
关键词:实验改进,乙醉催化氧化
一、问题的提出
对于乙醇的氧化实验，上教版化学教材安排的学生实验是这样的:取一支试管，加人3 mL乙醇。将一根粗铜丝放在酒精灯上加热至红热后，迅速伸入试管的酒精溶液中，反复多次后，嗅闻试管中溶液的气味。在平时的教学中，我们一直有这样的疑问，反复多次是几次，有没有一个具体的数值?通过嗅闻试管中溶液的气味来判断乙醇催化氧化的产物为乙醛是否有说服力?我们也关注到很多同行对该实验进行了各种改进，比如改进整套装置，实验过程从左到右依次是乙醇蒸汽与氧气的产生，气体经过硬质玻璃管内红热的铜丝，观察铜丝的变化，将导出的气体通人水浴加热的银氨溶液，以检查乙醇催化氧化的产物乙醛。复杂的实验过程不利于学生实验的开展，也不便于课堂演示。那么像教材上提出的试管型的简约实验能不能证明乙醇催化氧化的产物是乙醛呢?重庆巴蜀中学的几位教师提出他们自己的观点:红热的铜丝不仅能将乙醇氧化成乙醛，还能将乙醇一次性氧化成乙酸甚至是二氧化碳。对于他们指出的实验细节我们也是深有感触，我们觉得用简约的试管实验来探究乙醇的催化氧化实验完全是可行的。
二、实验改进
1.实验步骤
(1)取6滴无水乙醇，用量正好掩盖小型试管的圆弧底即可。
(2)将铜丝绕成螺旋状，螺旋状部分长3 cm即可，共12圈的密集程度(教材上的密集程度只有4圈)，在酒精灯上加热，当铜丝由红变黑并呈现红热状态时，将其伸人盛有乙醇的试管中。
(3)稍刻，将铜丝取出，重复加热、伸人的过程一次(伸人的后期可将试管倾斜近平)。
(4)取出铜丝，在试管中加人新制的银氨溶液3mL。并将试管置于准备好的盛有热水的烧杯中(热水直接取自于热水瓶中的开水)。
2.实验现象
将红热的铜丝伸人盛有乙醇的试管中，稍后铜丝的颜色变化可以分成三个部分:底部0一1. 5 cm的地方是红色的光亮铜丝;;1.S一2. 5 cm处会看到红色的转变，从光亮红色到砖红色，在2. 5一3 cm处呈现黑褐色。如果第一次不清晰，重复一次就可以非常清晰地看到距铜丝末端1.5一2. 5 cm处铜丝颜色的动态变化过程，随反应蒸汽的上升，铜丝颜色呈现红色、暗绿、玫红的流动变化，拿出铜丝冷却后观察其呈砖红色。如果铜丝伸人的时候将试管倾斜近平，铜丝与酒精接触，铜丝上发出嘶嘶的声音，用手触摸试管壁，试管壁有温度。取出铜丝，在试管中加人新制的银氨溶液，将其置于盛有热水的烧杯中，可立刻观察到银镜现象。
三、实验改进前后的对比
教材中乙醇的建议用量是3 mL，那么铜丝的螺旋状部分也应是3 cm的长度，而且铜丝在酒精的外焰上加热也几乎使得螺旋状部分呈现灼热状态。乙醇用量的减少，更加充分利用了红热铜丝的热量，这些热量使得试管底部液面上方充满乙醇蒸汽，氧化铜与乙醇蒸汽趁热发生了反应，使铜丝转化成红色，生成的乙醛蒸汽又会与热的氧化铜反应，氧化铜被还原为氧化亚铜，就是实验中看到的砖红色，这一现象让我们看到乙醇催化氧化的产物乙醛是可以用银氨试剂检测的，实验也验证了我们的猜想。接下来，我们从下面几个维度对实验进行探讨。
1.乙醉蒸汽与乙醉液体
改进前，3 cm长的螺旋状红热铜丝完全浸没于3 mL的乙醇中，确实看到了铜丝由黑色转化成光亮的红色，但是会误以为是液态的乙醇与氧化铜发生了反应。改进后，乙醇用量减少，使红热的氧化铜绝大部分裸露于乙醇液体之外，实现了乙醇蒸汽与氧化铜在一定温度下的反应。
2.乙醛浓度的加大
改进前，生成的乙醛溶于3 mL的乙醇中，大大稀释了生成的乙醛的浓度，要闻到气味必定要重复多次，用银氨溶液来检测乙醛的生成也不易成功。改进后，生成的乙醛浓度加大，为银镜实验提供了有力的支持。
3.反应物的量—乙醇与氧化铜
改进前，螺旋状的铜丝只有4圈的密集程度，使得氧化铜的接触面积与用量都不够。改进后，螺旋状的铜丝有12圈的密集程度，加大了氧化铜的接触面积与用量，使得少量的乙醇更多地转化为乙醛。
4.醇的催化氧化是放热的
改进前，乙醇与氧化铜的反应是放热的，3 mL的乙醇传递走了反应过程中放出的热，使得放热效应较难被感受到。改进后，试管壁升温，并且试管的长度又起到了冷凝回流的作用，这些都会让实验者感受到化学反应中的能量变化。
5.重复一次的好处
在实验原理方面，可以更好地帮助学生建构催化剂及有机氧化反应的概念。通过观察铜丝由红变黑再变红的过程建构相关概念，讨论反应的原理。通过二次催化氧化，进一步提高乙醇的转化率，更容易让学生感受到试管壁温度的上升(不会烫手)。
总之，改进后的实验简约，所用的器材少，教师准备方便，为学生实验的开展带来了极大便利，整个实验从开始到结束耗时很短，为课堂实施提供了讨论问题的空间，使得研究探讨更加充分。本实验从实验的细节处探究，实验虽简单，但是实验现象的层次很丰富，现象明显，方便学生观察。细节虽小，但能将思考引向深人。
参考文献
[1]潘虹，杜文敏，朱华英，等.乙醉氧化反应实验的再认识[J].化学教学，2016(5);58一60.
本文摘自《新智慧》杂志。
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