基于綠色化學(xué)的乙醇催化氧化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

劉海毅 高 靚

（1.江西省贛州市第三中學(xué) 江西 贛州 341000；2.贛州師范高等專科學(xué)校 江西 贛州 341000）

乙醇催化氧化的實(shí)驗(yàn)是人教版必修第二冊(cè)第七章第三節(jié)中的重要內(nèi)容。［1］本實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)的重要輔助手段，意在強(qiáng)化學(xué)生的直觀感受，加深對(duì)催化氧化原理的理解。

一、問(wèn)題的提出

教材實(shí)驗(yàn)：“向一支試管中加入3 mL～5 mL乙醇，取一根10 cm～15 cm 長(zhǎng)的銅絲，將下端繞成螺旋狀并在酒精燈上灼燒至紅熱，插入乙醇中，反復(fù)幾次。注意觀察反應(yīng)現(xiàn)象，小心聞試管中液體產(chǎn)生的氣味。”在化學(xué)必修二實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，本實(shí)驗(yàn)是通過(guò)觀察銅絲前后的變化以及嗅聞氣味達(dá)到對(duì)產(chǎn)物的檢驗(yàn)。［1］但這種方法存在一定的不足：

1.由于實(shí)驗(yàn)中銅絲用量及反應(yīng)限度，產(chǎn)生的乙醛較少，而乙醇易揮發(fā)，乙醛的氣味很容易被掩蓋，［2］現(xiàn)象不明顯；

2.僅通過(guò)嗅聞方法檢驗(yàn)乙醛，依據(jù)不充分；［3］

3.學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，由于酒精燈需對(duì)銅絲反復(fù)加熱，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程充斥在酒精及乙醛刺鼻的氣味中，實(shí)驗(yàn)感受較差，不符合實(shí)驗(yàn)安全和綠色化學(xué)的要求。［4］

二、實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新

（一）創(chuàng)新思路

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)立足于教材經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，按照教材中學(xué)生分組要求，從加熱裝置和乙醇的鼓入裝置出發(fā)，從生產(chǎn)生活選材，盡可能地降低反應(yīng)成本，減少乙醇的用量。生活中隨處可見(jiàn)的電加熱、小兒霧化瓶為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供了最初的靈感。

（二）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)儀器的選擇

選取玻璃Y型管作反應(yīng)器，將銅絲纏繞在廉價(jià)的電加熱管，插入Y型管中，Y型管一端通過(guò)橡皮塞連接生活常用的噴霧瓶，另一端通過(guò)洗耳球鼓入空氣（見(jiàn)圖1）。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

2.實(shí)驗(yàn)裝置圖

3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程創(chuàng)新

（1）接通電源，加熱約30秒，銅絲變黑，關(guān)閉電源，用電加熱管的余熱持續(xù)對(duì)銅絲加熱。

（2）用噴霧瓶鼓入霧化乙醇，黑色氧化銅被乙醇還原，觀察到銅絲立刻由黑變紅。

（3）用洗耳球鼓入空氣，空氣進(jìn)入熱的銅絲管中，觀察到銅絲變黑，產(chǎn)物氣體隨著空氣的鼓入直接導(dǎo)入空氣甲醛自測(cè)劑中。

這樣使乙醇和氧氣交替進(jìn)入Y型管，從而發(fā)生催化循環(huán)。

（1）重復(fù)（2）（3）幾次，乙醇與電加熱管上氧化銅反應(yīng)生成乙醛，氧化銅被還原生成銅。可以觀察到銅絲紅—黑交替變化（每次約2秒）。

（2）觀察裝有空氣甲醛自測(cè)劑的試管中顏色由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色，并逐漸加深，并與比色卡對(duì)照，初步確定乙醛的生成量。

三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的優(yōu)點(diǎn)

1.裝置簡(jiǎn)單，電加熱管成本低廉，操作簡(jiǎn)便加熱快；噴霧瓶容易獲取。

2.采用生活化的檢測(cè)手段（空氣甲醛自測(cè)劑），讓學(xué)生體驗(yàn)、感受化學(xué)源于生活。

3.將教材中的開(kāi)放體系改為一個(gè)相對(duì)封閉的體系，電加熱管安全并可重復(fù)使用，噴霧瓶的使用可進(jìn)一步減少乙醇的用量，該實(shí)驗(yàn)既適合課堂演示，也適合分組實(shí)驗(yàn)。

4.實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新使裝置一體化，學(xué)生操作更加從容、簡(jiǎn)便，學(xué)生可以更清晰、更安全地觀察到銅絲紅黑交替的變化。

四、結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的核心是利用生產(chǎn)中廉價(jià)的電加熱管，通過(guò)生活中的噴霧瓶，巧妙地使空氣和乙醇交替進(jìn)入Y 型管，極大地減少了乙醇的用量，節(jié)省了教學(xué)成本，裝置的可重復(fù)性加大了實(shí)驗(yàn)的可推廣度。學(xué)生從觀察到教材實(shí)驗(yàn)中紅黑交替的喜悅中，走入到產(chǎn)物的檢驗(yàn)中去，且檢驗(yàn)方法源于生活，最終讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)的最終目的是更好地服務(wù)于人類(lèi)生活。