乙醇的催化氧化现象、实验及应用

乙醇的催化氧化反应的现象：

把铜丝烧成螺旋状，在火焰上加热后，铜丝表面发黑生成黑色的氧化铜，把它迅速插入酒精中，待黑色退去后，取出铜丝再加热，再插入酒精中，反复数次后嗅闻气味。

乙醇的催化氧化反应的方程式：

2Cu+O2→2CuO

CuO+CH3CH2OH→CH3CHO+Cu+H2O

总方程式为：CH3CH2OH+O2→CH3CHO+H2O

人教版全日制普通高级中学教科书(实验修订本，必修)《化学》第二册第170页设计了学生实验“实验六-乙醇、乙醛的性质”。该实验是“在试管里加入2mL乙醇。把一段弯成螺旋状的铜丝放在酒精灯外焰中加热，使铜丝表面生成一薄层黑色的氧化铜，立即插入盛有乙醇试管里(如下图所示)，这样反复操作几次，注意闻一闻生成物的气味，并注意观察铜丝表面的变化。……”。

但实践发现，只能观察到铜丝表面变亮，并不能闻到乙醛的气味，这是因为生成的乙醛很少，其气味被浓厚的乙醇气味所掩盖，故只能闻到酒精的气味，从而不能说明有乙醛生成。针对这种现象，对该实验进行重新设计，效果很好。

1、实验用品

长颈漏斗1个，调压器1个，800W电炉丝1段，单孔橡胶塞1个，玻璃管1段(6cm)，鼓气球1个，试管1支，铁架台、十字架、铁夹各一个，导线2根，酒精灯1盏，试管夹1个，火柴1盒，细铁丝若干。

无水乙醇、新制氢氧化铜、细铜丝等。

2、实验装置(如下图所示)

3、实验方法

按照实验装置图将仪器、药品装好后，将仪器固定在铁架台上。旋转调压器旋钮，给电炉丝通电，并使电炉丝保持红热状态，加热长颈漏斗的颈端内的细铜丝。当细铜丝红热时，迅速用手不断挤压鼓气球，使空气源源不断地携带着乙醇蒸汽通过红热的细铜丝。

2分钟后，停止鼓气，并旋转调压器的旋钮，停止给电炉丝供电。取下盛有新制备氢氧化铜的试管，用试管夹夹住，放在酒精灯外焰上加热。片刻，可以观察到试管内生成砖红色氧化亚铜沉淀。由此说明，乙醇在加热和有催化剂Cu的条件下可以跟氧气发生反应生成乙醛。

4、实验说明

①该实验的特点是直接用新制的氢氧化铜检验乙醛的生成，避免了闻味时混合物中乙醇气味对乙醛气味的干扰。

②脱脂棉蘸的无水乙醇不要太多，防止自然下流，引起漏斗的加热部分炸裂。

③旋转调压器的旋钮进行调压时，要求从低到高，直至调到电炉丝红热为止。防止电压过高，电炉丝烧断。

④该实验课适宜作为课堂演示实验及学生分组实验。

例1：将等质量的铜片在酒精灯上加热后，分别插入下列溶液中，放置片刻后铜片的质量增加的是(  )。

A、硝酸

B、乙醇

C、石灰水

D、盐酸

解析：铜片灼烧后生成CuO，硝酸、盐酸均能溶解CuO，铜片的质量均减少。乙醇可实现CuO→Cu的转变，即C2H5OH+CuO→CH3CHO+Cu+H2O，铜片的质量不变。石灰水与CuO不反应，因而铜片的质量增加。选C。

例2：乙醇分子中各种化学键的排列情况如下图所示。下列关于乙醇在反应中断键情况的说法中，不正确的是(  )

A、与金属钠反应时，①键断裂

B、与乙酸发生酯化反应时，①键断裂

C、在铜的催化下与氧气反应时，①键和②键断裂

D、在铜的催化下与氧气反应时，①键和③键断裂

解析：乙醇与金属钠反应生成C2H5ONa，此过程中①键断裂。乙醇与乙酸发生酯化反应生成CH3COOC2H5，此过程中①键断裂。乙醇在铜或银的催化下与氧气反应生成CH3CHO，其实质是乙醇分子中的①键和③键断裂，脱去两个氢原子，形成一个新的碳氧双键，得到乙醛。选C。

例3：乙醇催化氧化为乙醛的过程中化学键断裂与形成的情况可表示如下:

下列各种物质都是醇，其中能被氧化为醛类化合物的是(  )。

A、(CH3)3COH

B、CH3CH(OH)CH3

C、(CH3)2CHCH2OH

D、CH3CH2CH(CH3)OH

解析：根据题目信息可知，醇被氧化为醛时应满足的分子结构是与经基相连的碳原子上至少有两个氢原子，只有C项符合。

例4：取一根洁净、红亮的铜丝，前端绕成螺旋状，点着酒精灯，先使螺旋状部位在酒精灯外焰灼烧，然后慢慢移向内焰，迅速取出。你观察到了哪些现象?如何解释?写出有关变化的化学方程式。上述实验对你了解如何使用酒精灯有什么启示?

解析：铜丝在空气中加热发生反应2Cu+O2→2CuO，因此铜丝变黑。如果慢慢移向内焰灼烧，则发生反应C2H5OH+CuO→CH3CHO+Cu+H2O，铜丝由黑色重新变为红色。可见，酒精灯的内焰中含有挥发出的未完全燃烧的乙醇，由于燃烧不充分，因此火焰的温度较低。而外焰中无乙醇，因此火焰的温度较高。所以使用酒精灯时应使用外焰。