论文代写常见问题 | 论文代写在线留言欢迎光临第一论文网,权威的论文发表,论文代写平台,我们将竭诚为您服务!
您的位置: 第一论文网 -> 化学教学论文 -> 文章内容

快速导航

赞助商链接

乙醇催化氧化改进实验的再探究

作者:第一论文网 更新时间:2017-5-2 9:38:55

 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.