避免希夫試劑檢驗乙醛時出現假陽性的實驗改進

摘 要： 對近幾年乙醇催化氧化改進實驗中普遍使用希夫試劑檢驗乙醛的嚴謹性提出質疑，并從希夫試劑變色機理入手，設計簡單實驗在沒有乙醇的情況下，空氣通過灼熱的海綿銅也能使希夫試劑呈現紅色，指出用希夫試劑在檢驗乙醇催化氧化產物時有可能出現假陽性結果。為此設計了能避免希夫試劑呈現假陽性結果的乙醇催化氧化反應產物檢驗的實驗改進裝置。

關鍵詞： 乙醇催化氧化； 希夫試劑； 實驗改進； 假陽性

文章編號： 1005-6629（2024）11-0068-03

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 提出問題

通過對近五年文獻中有關乙醇催化氧化改進實驗的分析，發現大部分改進對生成乙醛的檢驗均不使用嗅聞鑒別

法，而是通過希夫試劑檢測。其理由大致可分為兩類：一是實驗中產生的乙醛量較少，而乙醇也有氣味，在熱銅絲的作用下，乙醇揮發量較大，會干擾乙醛的氣味；二是希夫試劑對乙醛較靈敏，只要有少量的乙醛出現，希夫試劑立即由無色變為淺紅色（希夫試劑遇乙醛出現紫紅色，但因為濃度的原因，會呈現淺紅色）。而眾多實驗設計者都忽略了一個問題，大多數改進實驗中希夫試劑檢測乙醛時均處于較高溫度下，可能會造成檢驗結果的假陽性問題，即希夫試劑變為紅色，不是因為檢測到了乙醛，而是因為希夫試劑被加熱導致其分解生成了堿性品紅。因此檢驗中希夫試劑出現紅色說明檢測到了乙醛，是難以令人信服的。

2 相關文獻簡評

王強對銅管加熱使其充分氧化，在倒扣的易拉罐底部點燃乙醇，使銅管在焰心與外焰之間不斷切換，并使用蘸有希夫試劑的濾紙放在銅管的另一端檢測乙醛［1］。方法很新穎，但銅管導熱性非常好，所以不能排除是因為

希夫試劑受熱分解產生紅色，干擾實驗。

胡秀美使用Y形管，一端存放乙醇、另一端加有希夫試劑，將銅絲加熱后插入無水乙醇。銅絲的熱量使生成的乙醛揮發到另一端，乙醛與希夫試劑反應呈現紅色［2］。此實驗也避免不了可能是高溫蒸氣使希夫試劑分解出現紅色。

龐麗霞設計的實驗，將乙醇與希夫試劑一同滴在棉簽上，使用棉簽擦拭加熱至高溫的被氧化的銅片，通過棉簽頭接觸部分是否變紅來判斷是否生成乙醛［3］。由于高溫銅片與棉簽接觸傳熱明顯，此方法希夫試劑分解可能性很大。

王國洪在注射器上插入一滴管（玻璃部分），滴管內加入海綿銅，在注射器內吸2mL希夫試劑，加熱海綿銅，使其變黑后從酒精燈燈芯處吸取高溫乙醇蒸氣，與被氧化的海綿銅反應生成乙醛［4］。高溫乙醇蒸氣經過熱海綿銅后被吸入到注射器中，希夫試劑受熱分解隨吸入的氣體量增加以及加熱時間的影響，可能性會逐漸增大。

以上改進實驗中均存在希夫試劑呈假陽性的可能性，因此實驗結論的嚴謹性就會存在問題。

3 希夫試劑受熱出現紅色的原因及實驗驗證

希夫試劑又稱品紅亞硫酸試劑，制備好的希夫試劑需在4℃環境下避光保存。其無色是因為亞硫酸與堿性品紅生成不穩定的無色物質，無色物質對光及熱敏感，易分解產生二氧化硫使無色物質恢復為有色的紅色堿性品紅，其變色機理如圖1所示［5］。

3.1 直接加熱滴有希夫試劑的蒸餾水

在一支試管中加入3mL蒸餾水再滴入3滴希夫試劑，用酒精燈加熱試管，試管中溶液未及沸騰時即呈現淡紅色。

3.2 模擬乙醇催化氧化檢驗乙醛時希夫試劑假陽性實驗

在一長玻璃管中放入一卷成筒狀的海綿銅，長玻璃管一側連接一注射器，注射器中放置蘸有希夫試劑的濾紙如圖2。用酒精燈對海綿銅進行加熱。待海綿銅加熱至紅熱狀態后，緩慢向后拉注射器活塞使高溫氣體（空氣）進入注射器，此時可見注射器中蘸有希夫試劑的濾紙呈現紅色。

以上兩個實驗說明，希夫試劑在加熱的情況下會呈現紅色。其實也有一些文獻曾提到希夫試劑應在常溫下使用［6，7］。說明如果無法消除乙醇在催化氧化時產生的高溫，希夫試劑檢測時呈現的紅色就有可能不是乙醛導致的，而是因為希夫試劑自身發生分解而產生的假陽性結果。

4 避免希夫試劑假陽性的實驗改進裝置

儀器：50mL注射器、三通、100mL燒杯、試管、止水夾、長玻璃管、酒精燈

藥品：希夫試劑、海綿銅、蒸餾水、沸石、無水乙醇

采用海綿銅的原因是因為其具有多孔隙、大比表面特點，催化效果優于銅絲、銅網，其微觀孔隙逐級放大效果見圖3［8］。

將海綿銅卷成圓柱形塞入長玻璃管中央，前端安裝三通，三通一側通大氣，一側連接裝有無水乙醇的試管，中間均用橡膠管連接，用止水夾控制開關。后端連接單向閥使氣體只具有向后傳導的功能，單向閥后接三通，三通一端通入滴有希夫試劑并加有碎冰的蒸餾水中，一端連接50mL注射器，整套裝置結構如圖4所示。

5 實驗操作

5.1 氧化銅準備階段

打開止水夾2，關閉止水夾1，點燃酒精燈，對海綿銅進行加熱，此時因裝置中空氣量非常少，不足以充分氧化海綿銅表面，因此通過向外拉注射器活塞使外界空氣進入海綿銅，當活塞達到極限時向內推活塞，因單向閥的作用，注射器中的氣體（主要是氮氣）被排入燒杯2水中。重復此操作直至海綿銅完全變黑后關閉止水夾2，此過程中未見希夫試劑變紅。繼續加熱20秒時，確保裝置中的氧氣被充分反應，防止乙醇蒸氣進入后與氧氣接觸發生爆炸。

5.2 氧化乙醇階段

打開止水夾1，用盛有90℃50mL熱水的燒杯1，對裝有無水乙醇的試管進行水浴加熱，產生的乙醇蒸氣因為壓力的原因沿海綿銅→單向閥→注射器移動，此時因注射器活塞摩擦力原因，產生的乙醇蒸氣及乙醛就會進入到滴有希夫試劑的溶液中，此時可立即觀察到希夫試劑變成淡紅色而冰仍然存在（冰的存在，說明溫度仍處于冰水混合物狀態，即0℃），直至海綿銅呈現紅色后撤去水浴加熱裝置，移去酒精燈。

為了使學生觀察到銅的催化過程，可對以上兩個過程進行反復操作，初始時海綿銅表面存在一部分氧化物，顏色并不是紫紅色，呈現紅中帶黑，在完成上述兩個過程后，海綿銅呈現清晰的紫紅色。

5.3 注意事項

（1） 對乙醇的水浴溫度不宜太高，50mL 90℃熱水浴，與裝有5mL乙醇的試管進行熱量交換后仍能保證溫度高于乙醇沸點78℃，同時水浴與直接加熱乙醇對比，相對溫和，但仍然需要在乙醇中加入沸石，使乙醇蒸氣均勻平穩地進入裝有海綿銅的長玻璃管中。

（2） 在銅被氧氣氧化時，拉動注射器活塞不宜過快，否則氧氣來不及反應就被抽走，會使海綿銅的溫度下降，減慢銅氧化的速率，同時過多的熱量會使滴加希夫試劑的溶液體系溫度升高。

總之，對中學實驗進行改進時，必須對新材料、新方法進行充分的研究，防止實驗中出現意外或有其他反應對主反應進行干擾、影響實驗結果。希夫試劑在對乙醛檢測時不能加熱，因此任何使希夫試劑受熱的實驗設計均會出現實驗結果的假陽性問題，影響實驗的嚴謹性，應引起重視。

參考文獻：

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

［2］胡秀美. 乙醇催化氧化反應一體化實驗的設計［J］. 化學教學， 2024， （1）： 65～67.

［3］龐立霞， 李周平. 乙醇催化氧化實驗的改進［J］. 化學教育（中英文）， 2024， 45（11）： 113～115.

［4］王國洪， 王偉， 唐炳康等. 乙醇催化氧化實驗的微型化改進與評價［J］. 化學教育（中英文）， 2023， 44（17）： 113～116.

［5］成文吉， 曹倩， 秦燕華. 品紅醛試劑變色機理的探討［J］. 江蘇教育學院學報（自然科學版）， 2007， 24（1）： 4～7.

［6］張婧， 牛晨， 韓秋霞， 李明雪. 乙醇催化氧化實驗的改進［J］. 化學教學， 2019， （10）： 58～59.

［7］喬金鎖， 何婧， 劉敏敏. 定性檢測白酒中甲醇與醛類物質的實驗設計［J］. 化學教學， 2017， （5）： 60～62.

［8］

王新福. 用多孔泡沫金屬改進中學化學實驗的若干案例［J］. 化學教學， 2024， （1）： 71～74.