阅读说明：本技术 一种乙醇的催化氧化实验装置和实验方法 (Catalytic oxidation experimental device and experimental method for ethanol ) 是由 陈燕 王海美 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种乙醇的催化氧化实验装置和实验方法,包括玻璃管、酒精灯和支架,玻璃管的内壁中间处设置有氧化铜薄层,氧化铜薄片的两侧分别放置有第一脱脂棉和第二脱脂棉,第一导气管的另一端通过橡胶软管连接有双联打气球,玻璃管靠近第二脱脂棉的一端设置有第二密封塞,第二密封塞的内部贯穿有第二导气管,第二导气管的外端连接有玻璃弯管,玻璃弯管的外端设置有试管。本发明通过提前制备可重复使用的氧化铜薄层,在课堂演示时,不仅操作更为简单方便,而且实验过程中“黑色氧化铜与红色铜镜反复呈现”的现象非常明显,在教室任何位置的学生都能看到,有利于学生理解乙醇催化氧化为乙醛的反应原理,还能有效激发学生的求知欲和学习兴趣。(The invention discloses a catalytic oxidation experimental device and an experimental method for ethanol, and the device comprises a glass tube, an alcohol lamp and a bracket, wherein a thin copper oxide layer is arranged in the middle of the inner wall of the glass tube, first absorbent cotton and second absorbent cotton are respectively placed on two sides of the thin copper oxide layer, the other end of a first air duct is connected with a duplex balloon through a rubber hose, a second sealing plug is arranged at one end of the glass tube close to the second absorbent cotton, a second air duct penetrates through the inside of the second sealing plug, the outer end of the second air duct is connected with a glass bent tube, and a test tube is arranged at the outer end of the glass bent tube. According to the invention, the reusable copper oxide thin layer is prepared in advance, so that the operation is simpler and more convenient during classroom demonstration, the phenomenon of repeated appearance of black copper oxide and a red copper mirror in the experimental process is very obvious, and the copper oxide thin layer can be seen by students in any position of a classroom, so that the copper oxide thin layer is beneficial for the students to understand the reaction principle of catalyzing and oxidizing ethanol into acetaldehyde, and the learning desire and interest of the students can be effectively stimulated.)

一种乙醇的催化氧化实验装置和实验方法

技术领域

本发明涉及催化反应装置，特别涉及一种乙醇的催化氧化实验装置和实验方法。

背景技术

乙醇在铜催化下与氧气反应生成乙醛的实验，是学习乙醇重要性质的传统实验。目前的催化氧化实验方法为：在试管中加入2mL乙醇，把光亮的细铜丝绕成螺旋状，在酒精灯的外焰上加热烧红，当表面生成一层黑色的氧化铜时，趁热插到盛有乙醇的试管底部，可以看到黑色的氧化铜被还原成亮红色的铜。这样反复几次，可在试管口闻到乙醛的剌激性气味，说明乙醇氧化生成了乙醛。

现有的采用实验方法都有尾气的污染问题，实验的现象不明显，生成的乙醛无法检验，催化剂的活性不强，氧化铜变色的现象不明显，实验的结论不够严谨。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种乙醇的催化氧化实验装置和实验方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的第一个技术方案：

本发明涉及一种乙醇的催化氧化实验装置，包括玻璃管、酒精灯和支架，所述玻璃管的底端两侧均设置有支架，所述玻璃管的底部中间设置有酒精灯，所述玻璃管的内壁中间处设置有氧化铜薄层，所述氧化铜薄片的两侧分别放置有第一脱脂棉和第二脱脂棉，所述玻璃管靠近第一脱脂棉的一端设置第一密封塞，所述第一密封塞的内部贯穿有第一导气管，所述第一导气管朝向氧化铜薄层的一端连接有进气管，所述第一导气管的另一端通过橡胶软管连接有双联打气球，所述玻璃管靠近第二脱脂棉的一端设置有第二密封塞，所述第二密封塞的内部贯穿有第二导气管，所述第二导气管的外端连接有玻璃弯管，所述玻璃弯管的外端设置有试管。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一脱脂棉沾取乙醇，所述第二脱脂棉沾取无水硫酸铜。

作为本发明的一种优选技术方案，所述进气管的出气端口位于氧化铜薄层的一侧，所述酒精灯的燃烧点位于氧化铜薄层的底部。

本发明提供了如下的第二个技术方案：

本发明还提供了一种乙醇的催化氧化实验方法，具体步骤如下：

A：制备氧化铜薄层；水平放置硬质玻璃管，向其中加入约半药匙Cu(NO₃)_2.3H₂0晶体，烧杯中盛放适量10％的NaOH溶液，用酒精灯均匀预热硬质玻璃管后，集中加热Cu(NO₃)_2.3H₂0晶体使之熔化，轻轻转动硬质玻璃管，使熔化后的硝酸铜均匀覆盖在玻璃管内壁，继续加热，硝酸铜分解，形成黑色的氧化铜薄层，同时产生NO₂、O₂和水蒸汽，当硝酸铜完全分解后，停止加热，用双联打气球向硬质玻璃管中缓慢通入空气，排尽反应产生的气体，并用NaOH溶液吸收，至此，完成氧化铜薄层的制备；

B：配制Ag₂0和Ag(NH₃)₂OH的混合悬浊液；向2％的硝酸银溶液中逐滴加人2％的稀氨水，至产生的沉淀恰好完全溶解，得到银氨溶液，再向银氨溶液中滴人10％的NaOH溶液至产生黑色悬独液，得到Ag₂0和Ag(NH₃)₂OH的混合悬浊液；

C：组装仪器；将玻璃管通过支架进行限位，在硬质玻璃管的两端分别放入沾有乙醇的脱脂棉和沾有无水硫酸铜的脱脂棉，玻璃管的两端分别连接双联打气球和装有混合悬浊液的试管；

D：实验操作；酒精灯均匀预热硬质玻璃管后，集中加热氧化铜薄层，黑色的氧化铜在乙醇蒸气的作用下逐渐变红，片刻后形成紫红色的铜镜，脱脂棉球上的无水硫酸铜逐渐变为蓝色，说明反应中有水生成，被无水硫酸铜吸收后形成蓝色的CuSO_4.5H₂O，用双联打气球向硬质玻璃管中缓慢鼓人氧气，铜镜变为黑色，停止鼓入氧气，铜镜又会缓慢出现，如此反复操作，实现黑色氧化铜薄层与红色铜镜的交替出现，这一现象说明乙醇发生了催化氧化反应，盛放Ag₂0和Ag(NH₃)₂OH的混合悬浊液的试管内出现光亮的银镜，说明生成了乙醛。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、合理改变反应物存在状态，使反应现象更为明显；通过提前制备可重复使用的氧化铜薄层，在课堂演示时，不仅操作更为简单方便，而且实验过程中“黑色氧化铜与红色铜镜反复呈现”的现象非常明显，在教室任何位置的学生都能看到，有利于学生理解乙醇催化氧化为乙醛的反应原理，还能有效激发学生的求知欲和学习兴趣；同时采用乙醇蒸气，不仅试剂用量很少，能节约资源，而且反应时间短，方便快速，乙醛在最后氧化转变为乙酸不再排入空气，实验无污染更环保。

2、科学选用产物的检验方法,使实验结论精准可靠；脱脂棉球上的无水硫酸铜逐渐变为蓝色，说明反应中有水生成，更好地帮助学生理解乙醇催化氧化为乙醛的反应实质是一种脱氢反应-脱去羟基和羟基所在碳上的氢，用Ag₂0和Ag(NH₃)₂OH的混合悬浊液检验乙醛，不需要水浴加热，不仅操作方便快捷，而且反应速率快、实验现象明显、银镜均匀美观。一方面让学生真正体会到有新有机物一乙醛生成了，相比乙醇而言，乙醛具有更强的还原性；另一方面，让学生明确乙醇在铜做催化剂的条件下，可被氧气氧化成乙醛。

3、恰当处理实验中的有毒物,有效践行绿化化学理念；制备氧化铜薄层时，用双联打气球排尽硬质玻璃管中硝酸铜晶体分解产生的NO₂气体，并用NaOH溶液吸收，防止环境污染,有效地培养了学生的安全、环保意识，符合绿色化学理念。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。

此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明氧化铜薄片的制备示意图；

图中：1、玻璃管；2、酒精灯；3、氧化铜薄片；4、第一脱脂棉；5、第二脱脂棉；6、第一密封塞；7、第一导气管；8、进气管；9、双联打气球；10、第二密封塞；11、第二导气管；12、玻璃弯管；13、试管；14、支架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-2所示，本发明提供一种乙醇的催化氧化实验装置，包括玻璃管1、酒精灯2和支架14，玻璃管1的底端两侧均设置有支架14，玻璃管1的底部中间设置有酒精灯2，玻璃管1的内壁中间处设置有氧化铜薄层3，氧化铜薄片3的两侧分别放置有第一脱脂棉4和第二脱脂棉5，玻璃管1靠近第一脱脂棉4的一端设置第一密封塞6，第一密封塞6的内部贯穿有第一导气管7，第一导气管7朝向氧化铜薄层3的一端连接有进气管8，第一导气管7的另一端通过橡胶软管连接有双联打气球9，玻璃管1靠近第二脱脂棉5的一端设置有第二密封塞10，第二密封塞7的内部贯穿有第二导气管11，第二导气管11的外端连接有玻璃弯管12，玻璃弯管12的外端设置有试管13。

进一步的，第一脱脂棉4沾取乙醇，第二脱脂棉5沾取无水硫酸铜。

进气管8的出气端口位于氧化铜薄层3的一侧，酒精灯2的燃烧点位于氧化铜薄层3的底部。

本发明提供一种乙醇的催化氧化实验方法，具体步骤如下：

A：制备氧化铜薄层；水平放置硬质玻璃管，向其中加入约半药匙Cu(NO₃)_2.3H₂0晶体，烧杯中盛放适量10％的NaOH溶液，用酒精灯均匀预热硬质玻璃管后，集中加热Cu(NO₃)_2.3H₂0晶体使之熔化，轻轻转动硬质玻璃管，使熔化后的硝酸铜均匀覆盖在玻璃管内壁，继续加热，硝酸铜分解，形成黑色的氧化铜薄层，同时产生NO₂、O₂和水蒸汽，当硝酸铜完全分解后，停止加热，用双联打气球向硬质玻璃管中缓慢通入空气，排尽反应产生的气体，并用NaOH溶液吸收，至此，完成氧化铜薄层的制备；

B：配制Ag₂0和Ag(NH₃)₂OH的混合悬浊液；向2％的硝酸银溶液中逐滴加人2％的稀氨水，至产生的沉淀恰好完全溶解，得到银氨溶液，再向银氨溶液中滴人10％的NaOH溶液至产生黑色悬独液，得到Ag₂0和Ag(NH₃)₂OH的混合悬浊液；

C：组装仪器；将玻璃管通过支架进行限位，在硬质玻璃管的两端分别放入沾有乙醇的脱脂棉和沾有无水硫酸铜的脱脂棉，玻璃管的两端分别连接双联打气球和装有混合悬浊液的试管；

D：实验操作；酒精灯均匀预热硬质玻璃管后，集中加热氧化铜薄层，黑色的氧化铜在乙醇蒸气的作用下逐渐变红，片刻后形成紫红色的铜镜，脱脂棉球上的无水硫酸铜逐渐变为蓝色，说明反应中有水生成，被无水硫酸铜吸收后形成蓝色的CuSO_4.5H₂O，用双联打气球向硬质玻璃管中缓慢鼓人氧气，铜镜变为黑色，停止鼓入氧气，铜镜又会缓慢出现，如此反复操作，实现黑色氧化铜薄层与红色铜镜的交替出现，这一现象说明乙醇发生了催化氧化反应，盛放Ag₂0和Ag(NH₃)₂OH的混合悬浊液的试管内出现光亮的银镜，说明生成了乙醛

具体的，本实验制备出氧化铜薄层，在加热条件下，乙醇蒸气与氧化铜薄层反应产生铜镜，通入空气，铜镜立即变为氧化铜薄层。如此反复操作，可实现黑色氧化铜薄层与红色铜镜的交替出现，Ag₂0和Ag(NH₃)₂OH的混合悬浊液来检验乙醇的催化氧化产物乙醛，增强了银镜反应的实验效果。本实验的具体原理如下:

2Cu(NO₃)_2.3H20＝2CuO+4NO₂↑+O₂↑+6H₂0

CH₃CH₂OH+CuO＝＝CH₃CHO+Cu+H₂O

2Cu+O₂＝＝2CuO

CH₃CHO+2Ag(NH₃)₂OH+2Ag↓+CH₃COONH₄+3NH₃+H20

CH,CHO+Ag₂O＝＝2Ag+CH₃COOH。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。