乙醇催化氧化實驗的創(chuàng)新設(shè)計

摘 要：乙醇催化氧化實驗是高中化學(xué)中探究乙醇性質(zhì)的一項重要實驗。針對人教版高中化學(xué)必修第二冊教材中該實驗存在的不足，本文就這一實驗的創(chuàng)新設(shè)計方面進(jìn)行探討，旨在優(yōu)化實驗流程，實現(xiàn)反應(yīng)放熱和產(chǎn)物檢驗可視化，提高教學(xué)效率，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：乙醇；催化氧化；檢驗；創(chuàng)新設(shè)計

文章編號：1008-0546（2024）11-0091-02

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

一、問題的提出

乙醇催化氧化實驗是高中化學(xué)中的重要實驗，該實驗可以幫助學(xué)生認(rèn)識乙醇的還原性、乙醇轉(zhuǎn)化為乙醛和羥基轉(zhuǎn)化為醛基的反應(yīng)規(guī)律，有利于學(xué)生

通過現(xiàn)象分析反應(yīng)的類型、乙醇分子中化學(xué)鍵的變化和官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化。［1］

人教版高中化學(xué)必修第二冊中，乙醇催化氧化實驗的具體步驟是：將下端呈螺旋狀的銅絲在酒精燈上灼燒，銅絲紅熱變黑后插入裝有無水乙醇的試管中，反復(fù)幾次，通過觀察銅絲顏色的變化證明銅是催化劑，通過小心地聞試管中液體產(chǎn)生的刺激性氣味證明產(chǎn)物是乙醛。［2］該實驗雖然簡易可行，但也存在以下幾個問題：

①無法

準(zhǔn)確檢驗乙醇氧化后的產(chǎn)物。通過聞氣味的方法確定產(chǎn)物是乙醛，說服力不足，因為無水乙醇的揮發(fā)性很強，乙醇的氣味會帶來干擾。另外，銅絲從酒精燈移到試管內(nèi)的過程中散熱降溫，且乙醇是液體，溫度低，反應(yīng)生成的乙醛量較少，需要反復(fù)多次才能聞到一點乙醛的氣味。②無法檢驗反應(yīng)放熱。乙醇的催化氧化反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，這在一些習(xí)題中已經(jīng)出現(xiàn)過，但教材實驗中沒有體現(xiàn)。

二、乙醇催化氧化實驗的創(chuàng)新設(shè)計

乙醇催化氧化實驗成功的關(guān)鍵是反應(yīng)溫度。在較高的溫度下，乙醇的催化氧化反應(yīng)速度快，生成的乙醛多。所以，本文對該實驗作了深入探究和反復(fù)改進(jìn)，讓乙醇?xì)怏w在灼燒至紅熱的銅絲表面氧化，取得了很好的實驗效果。創(chuàng)新實驗設(shè)計具體如下。

1. 實驗用品

無水乙醇、希夫試劑、10% NaOH溶液、5% CuSO4溶液、2%氨水、2% AgNO3溶液、1mol/L NaOH溶液；粗銅絲（下端呈螺旋狀）、錐形瓶、吸濾瓶、水槽、燒杯、橡皮塞、玻璃導(dǎo)管、橡皮管、醫(yī)用雙連球、濾紙條、酒精燈。

2. 實驗過程與現(xiàn)象

（1）創(chuàng)新實驗一。

按圖1所示組裝實驗裝置，在錐形瓶中加入適量的熱無水乙醇，或?qū)⑹⒂袩o水乙醇的錐形瓶放入熱水中浸泡一會，使瓶內(nèi)乙醇揮發(fā)產(chǎn)生較多的乙醇?xì)怏w。取一根下端呈螺旋狀的銅絲在酒精燈上灼燒至火紅色，迅速伸入錐形瓶中下部，注意不要將銅絲接觸乙醇，可看到灼熱的銅絲離開火焰后逐漸變?yōu)楹谏M(jìn)入錐形瓶中下部后，迅速由黑色變回到光亮的紅色，再將銅絲拉升到錐形瓶口附近，可觀察到銅絲又呈火紅色，略帶黑色，證明乙醇在銅催化下與氧氣反應(yīng)放熱。將銅絲在錐形瓶口和中下部反復(fù)來回移動，可看到銅絲表面的顏色也反復(fù)變化，接著把蘸有希夫試劑的濾紙條置于錐形瓶口，可觀察到濾紙條表面很快變?yōu)樽霞t色，同時可聞到刺激性氣味，證明有乙醛氣體產(chǎn)生。

（2）創(chuàng)新實驗二。

取兩支試管，向其中一支試管加入2 mL 10% NaOH溶液，再滴加4滴5% CuSO4溶液，得到新制的深藍(lán)色Cu（OH）2溶液；向另一支試管加入0.5 mL 2% AgNO3溶液，然后邊振蕩邊滴加2%氨水，直到產(chǎn)生的沉淀恰好溶解為止，得到銀氨溶液，再滴加1滴1mol/L NaOH溶液，反復(fù)搖勻，盡可能使試管壁濕潤。

按圖2所示組裝實驗裝置，試管中裝有上述銀氨溶液，燒杯中倒入熱水，取下錐形瓶上插有銅絲的橡皮塞，將下端的螺旋狀銅絲在酒精燈火焰上灼燒至火紅色，然后迅速將橡皮塞塞回錐形瓶，并立即用醫(yī)用雙連球緩緩鼓入空氣，很快可觀察到盛有銀氨溶液的試管壁上產(chǎn)生光亮的銀鏡，證明有乙醛氣體生成。

用裝有新制Cu（OH）2溶液的試管替換裝有銀氨溶液的試管，重復(fù)上述實驗操作，1分鐘后可觀察到新制Cu（OH）2緩慢變成綠色。將試管取出，置于酒精燈火焰上加熱，可觀察到有磚紅色沉淀產(chǎn)生，同樣證明有乙醛生成。

3. 實驗注意事項

（1）在創(chuàng)新實驗裝置一中，錐形瓶內(nèi)無水乙醇的溫度在60℃左右效果較好。

（2）在創(chuàng)新實驗裝置二中，用醫(yī)用雙連球鼓氣要緩緩進(jìn)行，否則過多的乙醇?xì)怏w會降低銅絲的溫度，從而導(dǎo)致反應(yīng)變慢。

（3）銀鏡反應(yīng)在堿性條件下更容易進(jìn)行，當(dāng)向溶液中加入一定量的堿后，會加快反應(yīng)速率。［3］

（4）若實驗現(xiàn)象不夠明顯，可將銅絲重新加熱后再操作，以確保產(chǎn)生足夠多的乙醛氣體。

三、結(jié)論

本文深入探討了乙醇催化氧化實驗的創(chuàng)新設(shè)計方案，取得了良好的實驗效果，實現(xiàn)了反應(yīng)放熱和產(chǎn)物檢驗可視化，提高了教學(xué)效率，落實了學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。筆者設(shè)計的實驗具有以下優(yōu)點：①裝置簡單，操作簡便，可重復(fù)操作，實驗現(xiàn)象明顯，成功率高。②增加了反應(yīng)放熱的實驗，改進(jìn)了產(chǎn)物的檢驗方法，使得產(chǎn)物的檢測更加直觀、快速，增強了實驗的教學(xué)效果。③該創(chuàng)新實驗既適合課堂演示，也可用于學(xué)生的課外探究活動。這不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)他們的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在方案設(shè)計、動手操作、討論合作中得到發(fā)展。［4］

參考文獻(xiàn)

［1］王強.乙醇催化氧化實驗的再改進(jìn)［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2023（28）：42-43．

［2］王晶，畢華林.普通高中教科書 化學(xué) 必修 第二冊［M］.北京： 人民教育出版社，2019．

［3］陳貴新，林洪.對葡萄糖兩個還原性實驗條件的探究［J］.化學(xué)教與學(xué)，2018（4）：94-95．

［4］李勇，袁清磊.乙醇催化氧化及產(chǎn)物性質(zhì)實驗的再改進(jìn)［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（1）：53-54．