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标题	乙醇催化氧化改进实验的再探究
范文	周盛 摘要：为完善教材中乙醇催化氧化的实验方法，在对一种改进方法实践的基础上，探究了实验中无水CuSO4的制备、催化剂铜丝的选择、乙醇与无水CuSO4的最佳加入量等问题。同时为了优化实验，对其冷凝方式和加热仪器也进行了改进。 关键词：乙醇催化氧化；无水CuSO4制备；冷凝方式；加热仪器；实验探究 文章编号：1005–6629（2017）3–0077–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 乙醇的催化氧化反应是人教版必修二第三章第三节“生活中两种常见的有机物”中的重要内容[1]。为了让学生在学习这一部分内容时，能对反应现象和产物有更直观的观察和认知，在进行这部分内容的教学设计之初，笔者就查阅了大量有关该实验的文章，了解了很多乙醇催化氧化的实验方法。其中一篇在《化学教学》2014年第10期上发表的“乙醇催化氧化反应实验的再改进”的文章[2]引人关注，该文主要围绕以下三点对教材实验进行了改进：（1）使用无水CuSO4，利用白色无水CuSO4遇水变蓝的特性，说明反应有水生成。（2）减少乙醇用量，利用炽热铜丝接触少量乙醇产生的乙醇蒸气在铜丝表面发生反应，使产生的刺激性气味更加明显。（3）使用橡皮塞塞住试管，减少了生成物逸出[3]。文中装置如图1所示。 认真阅读分析后认为：上述的实验改进方法很好，若将其运用到实际教学中，将能有效地完善教材中演示实验方法的不足。 在这一动机的驱动下，对该文所提的实验方法进行了实践。按照文章中所描述的实验过程，为了能达到该实验的最佳效果，进行了反复多次实验。经历了不断地遇到问题、探究问题、解决问题及实验的优化改进等过程后，更加深了对该实验的理解，现将实验过程中出现的问题及一些具体做法描述如下。 1 无水CuSO4的制备 实验中需要利用CuSO4·5H2O加热制取白色无水CuSO4。实验之初，用蒸发皿加入CuSO4·5H2O，直接在酒精灯上加热。加热一段时间后，发现得到的无水CuSO4颜色并不是像我们平时熟知的白色，而是有一些偏灰色，并且在加热的过程中，还产生了刺激性的气味。查阅相关资料，得知CuSO4·5H2O加热至650℃时，可分解为CuO和SO3气体。了解了这个原因后，再次实验时，对之前的制取方法做了一些调整：为了降低蒸发皿的受热温度，先加上石棉网，再将蒸发皿放在石棉网上进行加热（如图2所示）。为了防止蒸发皿底部的CuSO4·5H2O分解产生水时结块，确保所有的CuSO4·5H2O能够均匀地受热分解，在加热过程中，还要用玻璃棒不停地进行搅拌，通过这样处理后，基本上得到了白色的无水CuSO4。 2 催化剂铜丝的选取 由于多次实验均未得到文章中所描述的无水CuSO4明显变蓝的现象，估计是因为水的产生量过少，才导致了这一现象不明显。实验中的水是由乙醇与氧化铜发生氧化还原反应产生的，如果在反应时能提高乙醇与氧化铜的接触面积，可能会增加水的产生量。接下来在具体操作中，从增加铜丝匝数和选择不同粗细的铜丝展开了实验。 通过多次对比实验，发现利用物理电学实验中使用的漆包线效果最好。将其绑在一根带橡皮塞的铁丝上，螺旋缠绕到大约7cm长，再依次按照文章中描述的方法进行实验，经过了3次重复实验后，无水CuSO4外围终于出现了明显的变蓝现象。需要注意的是，在使用漆包线做实验时，由于其外层有绝缘漆，在进行实验前需加热燃烧除尽。 3 乙醇与无水CuSO4的最佳加入量 在多次的实验摸索中，发现无水CuSO4加入量为1小药匙（大约1克），刚好覆盖住试管的底部[5]，乙醇的使用量如作者所描述，以10滴（0.5mL）为宜[6]。在滴加过程中，将乙醇尽量滴至试管底部无水CuSO4的中心位置，保持周边无水CuSO4干燥，当冷凝水沿试管壁流向试管底部时，周边无水CuSO4变蓝与中间白色的CuSO4能够形成强烈的对比效果。 按照该文的实验改进方法，通过反复的实验探究，终于较为明显地做出了文中描述的实验现象[7]。具体现象如下：铜丝自下而上迅速由黑变为红色，经过一段时间，试管温度降低，有液体冷凝回流至试管底部，底部白色的无水CuSO4边缘出现少量蓝色（若想得到更为明显的实验对比效果，则需要重复实验2～3次），打开橡皮塞，闻到了较为明显的刺激性气味。 4 实验的再改进 4.1 出现的问题 由于一味地寻求增加水的产生量，将铜丝匝数增加得比较多，因此产生了一些负面影响。铜丝量过大，加热时铜丝温度过高，加之该反应也是放热反应，两方面温度因素叠加，导致试管底部温度过高，使无水CuSO4和生成的水之间形成了一个高温区域，阻碍了水与无水CuSO4的结合。甚至在好几次实验过程中，还出现了由于试管内部温度过高，导致气体压强过大，将螺旋状铜丝上的橡皮塞冲出试管的情况。在实验中为了观察无水CuSO4变蓝，需要等试管内温度降低，由于进行的是空气中的热交换，因而导致实验等待时间过长，影响了教学任务的完成，在课堂教学的运用上存在一定的困难。 4.2 问题的处理 如何迅速地将反应后的试管温度降下来，从而缩短实验时间，就成为亟待解决的问题。一开始笔者用冷毛巾包裹在试管的上方，发现起到了一点作用，但效果不太好，而且由于毛巾的遮挡，不利于学生观察实验现象。进一步思考意识到，这个问题的实质就是如何快速将反应中产生的水冷凝，与无水CuSO4结合生成CuSO4·5H2O。按照常规冷凝方法思考，一是利用空气冷凝，显然效果不好；二是采用水冷凝管的冷凝原理，在热的气体周围营造一个冷水環境。受此启发，采用了将试管放入一个装满水的平底烧瓶中，再插入炽热铜丝的方法（装置如图3所示）。这个方法使用后，产生了非常明显的冷凝效果，实验时间明显缩短，且不需要多次反复进行，学生甚至可以看到试管壁上有水滴流下，试管底部的白色无水CuSO4迅速变蓝，试管内的乙醛气味也相当明显。 4.3 问题的再完善 随着冷凝效果的提升，问题又随之而来。由于冷凝过快，本身利用酒精灯加热的铜丝在未参与反应前温度就开始下降，直接影响了该反应的进程，甚至有好几次实验由于温度较低，出现了反应几乎不能发生的情况。一边是需要高温促进反应的发生，一边又需要在反应进行后迅速冷凝降低温度，这确实是一件非常矛盾的事情。如何在二者之间寻求一个平衡？一个偶然的机会，看到一位老师做的实验使用了三芯酒精灯来提高反应的温度，通过实际操作发现使用三芯酒精灯加热铜丝进行后续实验，不但加快了铜丝的加热速度，还能够有效地克服冷凝带来的负面影响，确保了实验开始所需温度，使实验的成功率和实验效果得到了进一步的提升。 参考文献： [1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2[M].北京：人民教育出版社，2007：74～75. [2][3][4][6][7]宋志贵.乙醇催化氧化反应实验的再改进[J].化学教学，2014，（10）：50～51. [5]潘虹，杜文敏，朱华英，刘怀乐.乙醇氧化反应实验的再认识[J].化学教学，2016，（5）：58～60.
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