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化学教育

“乙醇催化氧化”反映实验的在认识

时间:2017/10/24 8:33:07   作者:小刁   来源:www.jiaoyulw.com   阅读:485   评论:0
内容摘要:  摘要:为完善教材中乙醇催化氧化的实验方法,在对一种改善方法实践的基础上,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的最佳参加量等问题。为了优化实验,对其冷凝方法和加热仪器也进行了改善。  关键词:乙醇催化氧化;无水CuSO4制备;冷凝方法;加热仪...

  摘要:为完善教材中乙醇催化氧化的实验方法,在对一种改善方法实践的基础上,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的最佳参加量等问题。为了优化实验,对其冷凝方法和加热仪器也进行了改善。

  关键词:乙醇催化氧化;无水CuSO4制备;冷凝方法;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

  乙醇的催化氧化反映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,能对反映现象和产品有更直观的调查和认知,在进行这部分内容的教育规划之初,笔者就查阅了许多有关该实验的文章,了解了许多乙醇催化氧化的实验方法。其间一篇在《化学教育》2014年第10期上宣布的“乙醇催化氧化反映实验的再改善”的文章[2]引人重视,该文首要环绕以下三点对教材实验进行了改善:(1)运用无水CuSO4,运用白色无水CuSO4遇水变蓝的特性,说明反映有水生成。(2)减少乙醇用量,运用火热铜丝接触少数乙醇产生的乙醇蒸气在铜丝外表产生反映,使产生的刺激性气味愈加显着。(3)运用橡皮塞塞住试管,减少了生成物逸出[3]。文中设备如图1所示。

  仔细阅览分析后以为:上述的实验改善方法很好,若将其运用到实践教育中,将能有效地完善教材中演示实验方法的缺乏。

  在这一动机的驱动下,对该文所提的实验方法进行了实践。按照文章中所描绘的实验过程,为了能到达该实验的最佳作用,进行了重复屡次实验。阅历了不断地遇到问题、探究问题、解决问题及实验的优化改善等过程后,愈加深了对该实验的了解,现将实验过程中出现的问题及一些详细做法描绘如下。

  1 无水CuSO4的制备

  实验中需要运用CuSO4·5H2O加热制取白色无水CuSO4。实验之初,用蒸发皿参加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色彩并不是像我们平常熟知的白色,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。查阅相关材料,得知CuSO4·5H2O加热至650℃时,可分化为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:为了下降蒸发皿的受热温度,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)。为了避免蒸发皿底部的CuSO4·5H2O分化产生水时结块,保证所有的CuSO4·5H2O可以均匀地受热分化,在加热过程中,还要用玻璃棒不停地进行拌和,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

  因为屡次实验均未得到文章中所描绘的无水CuSO4显着变蓝的现象,估量是因为水的产生量过少,才导致了这一现象不显着。实验中的水是由乙醇与氧化铜产生氧化复原反映产生的,如果在反映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。接下来在详细操作中,从增加铜丝匝数和选择不同粗细的铜丝展开了实验。

  通过屡次比照实验,发现运用物理电学实验中运用的漆包线作用最好。将其绑在一根带橡皮塞的铁丝上,螺旋缠绕到大约7cm长,再顺次按照文章中描绘的方法进行实验,通过了3次重复实验后,无水CuSO4外围总算出现了显着的变蓝现象。需要留意的是,在运用漆包线做实验时,因为其外层有绝缘漆,在进行实验前需加热焚烧除尽。

  3 乙醇与无水CuSO4的最佳参加量

  在屡次的实验探索中,发现无水CuSO4参加量为1小药匙(大约1克),刚好覆盖住试管的底部[5],乙醇的运用量如作者所描绘,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的中心方位,坚持周边无水CuSO4枯燥,当冷凝水沿试管壁流向试管底部时,周边无水CuSO4变蓝与中心白色的CuSO4可以构成激烈的比照作用。

  按照该文的实验改善方法,通过重复的实验探究,总算较为显着地做出了文中描绘的实验现象[7]。详细现象如下:铜丝自下而上敏捷由黑变为赤色,通过一段时间,试管温度下降,有液体冷凝回流至试管底部,底部白色的无水CuSO4边际出现少数蓝色(若想得到更为显着的实验比照作用,则需要重复实验2~3次),翻开橡皮塞,闻到了较为显着的刺激性气味。

  4 实验的再改善

  4.1 出现的问题

  因为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,加之该反映也是放热反映,两方面温度因素叠加,导致试管底部温度过高,使无水CuSO4和生成的水之间构成了一个高温区域,阻止了水与无水CuSO4的结合。乃至在好几次实验过程中,还出现了因为试管内部温度过高,导致气体压强过大,将螺旋状铜丝上的橡皮塞冲出试管的状况。在实验中为了调查无水CuSO4变蓝,需要等试管内温度下降,因为进行的是空气中的热交换,因此导致实验等待时间过长,影响了教育任务的完成,在课堂教育的运用上存在必定的困难。

  4.2 问题的处理

  怎么敏捷地将反映后的试管温度降下来,然后缩短实验时间,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,但作用不太好,并且因为毛巾的遮挡,不利于学生调查实验现象。进一步考虑意识到,这个问题的素质就是怎么快速将反映中产生的水冷凝,与无水CuSO4结合生成CuSO4·5H2O。按照常规冷凝方法考虑,一是运用空气冷凝,显着作用欠好;二是选用水冷凝管的冷凝原理,在热的气体周围营建一个冷水环境。受此启示,选用了将试管放入一个装满水的平底烧瓶中,再刺进火热铜丝的方法(设备如图3所示)。这个方法运用后,产生了十分显着的冷凝作用,实验时间显着缩短,且不需要屡次重复进行,学生乃至可以看到试管壁上有水滴流下,试管底部的白色无水CuSO4敏捷变蓝,试管内的乙醛气味也适当显着。

  4.3 问题的再完善

  随着冷凝作用的提高,问题又随之而来。因为冷凝过快,自身运用酒精灯加热的铜丝在未参加反映前温度就开始下降,直接影响了该反映的过程,乃至有好几次实验因为温度较低,出现了反映简直不能产生的状况。一边是需要高温促进反映的产生,一边又需要在反映进行后敏捷冷凝下降温度,这确实是一件十分对立的工作。怎么在二者之间寻求一个平衡?一个偶尔的机会,看到一位教师做的实验运用了三芯酒精灯来提高反映的温度,通过实践操作发现运用三芯酒精灯加热铜丝进行后续实验,不光加快了铜丝的加热速度,还可以有效地克服冷凝带来的负面影响,保证了实验开始所需温度,使实验的成功率和实验作用得到了进一步的提高。


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