乙醇催化氧化时是否有氢气产生

段昌平+姚利兹

摘要：实验证明了红热CuO插入乙醇中其表面产生的气泡不是氢气，而是乙醇受热气化的气泡。红热铜丝在无氧气存在时不能催化乙醇氧化，也不会使乙醇脱氢产生氢气。

关键词：乙醇氧化；铜；催化剂；脱氢；氢气

文章编号：1005–6629（2014）9–0091–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 由乙醇催化氧化实验而引出的问题

中学讲乙醇催化氧化的性质时，一般会做铜丝在酒精灯上灼烧至红热后立即插入乙醇中，并反复多次这种操作的演示实验。实验时铜丝受热变黑（①2Cu+O2=2CuO），插入乙醇中铜丝表面产生气泡，随即铜丝变光亮（②CH3CH2OH+CuO→CH3CHO+Cu+ H2O），反复多次后可从溶液中嗅到产生乙醛的特殊气味。为了阐述反应机理，往往将后一反应又分解为两步：先是乙醇分子在灼热CuO作用下脱出一个氢分子（羟基上氢原子和与羟基相连碳原子上的一个氢原子结合成氢分子），使乙醇氧化为乙醛；随后脱出的氢分子将铜丝表面CuO还原为铜[1]。该过程可用以下两个反应表示：

③CH3CH2OH CH3CHO+H2↑

④CuO+H2 Cu+H2O

综合上述反应得乙醇催化氧化的总反应为：

2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O

中学之所以讲乙醇催化氧化机理，目的有二：一是说明催化剂参与了反应过程，在反应前后其性质和质量不变。二是了解哪些醇（指结构）不能催化氧化（叔醇不能氧化），哪些醇可催化氧化，可催化氧化醇的结构与其氧化产物的关系（伯醇氧化为醛，仲醇氧化为酮）。

对该演示实验产生的现象及教参对反应机理的分析，不少人对其产生误解，认为该反应过程中有氢气产生。这种错误认识不仅出现在应用广泛的权威资料中，甚至还出现在区域性的省重点高中的联考中。前不久我们就接触到了这样一道联考题：

题目大意是：某校化学兴趣小组的同学为探究乙醇有关性质设计了如下装置（夹持装置未画出），请回答以下问题：

3 实验及结论

按图2装置和上述操作顺序做实验。当红热铜丝迅速插入乙醇中并立即塞紧橡胶塞时，铜丝表面确实有大量气泡产生，但仔细观察发现气泡在向上运动过程中不断减少甚至消失，此现象持续2～3秒后停止了。此时试管b中约收集到2 mL气体，等试管a冷却至室温时，试管b中的气体只剩下约0.5 mL，大量气体回流至试管a中。

上述实验现象说明：①红热铜丝圈插入乙醇中其周围产生较多气泡是乙醇受热气化的结果，并非是乙醇脱下的H结合成H2逸出而产生的气泡。②乙醇脱氢时原子态的H就将CuO还原了，当CuO还原后，乙醇也就不能再脱氢氧化了。这就是事实上无氢气产生的本质原因。③b试管里的极少量气体是向a试管口塞橡胶塞时压入的少量空气。为什么收集的大部分气体（约2 mL）又通过导气管回流到左侧试管中呢？这是因为a试管在红热铜丝与乙醇反应时受热（触摸试管感觉明显发热），空气膨胀导致试管中空气进入b试管中，当a试管冷却至室温时，b试管中的空气沿着长导气管回流，使两试管里气体压强相同。

后来我们又将上述试题里的装置进行改装（图3），把吸收乙醛的试管换成冷凝乙醇蒸气的安全装置（图3中试管C）和排水集气装置（图3中试管D），关闭活塞甲，检查气密性合格后，向M烧杯中加入80℃左右的热水使试管A中乙醇气化（用温度计监测并通过间断加热保持此温度）以便将空气（氧气）排出（试管D中液面下降），然后加热试管B直至铜丝红热。此时，试管D里的液面又再明显下降，持续3分钟后试管D里的液面不再明显下降，此时停止对试管B加热，等其冷却后再停止对试管A加热（移走M烧杯），全套装置恢复至室温时，看到的现象是：①试管B中铜丝仍然光亮；②试管A中乙醇量减少，试管C中冷凝了约4 mL液体；③试管D中液面又上升至试管底部（冷却至室温时装置里空气体积不变）；④恢复至室温拆除装置时，试管C中嗅不到乙醛的刺激性气味（是乙醇的气味），将该液体与新制Cu（OH）2共热时，无红色沉淀生成。

以上实验证明：①红热铜丝（表面有CuO）催化氧化乙醇时没有氢气产生；②受热的铜丝在没有氧气存在时不能将乙醇氧化为乙醛，更不会使乙醇脱氢而产生氢气。

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心编著，普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础·教师教学用书（第2版）[M].北京：人民教育出版社，2007：75.

摘要：实验证明了红热CuO插入乙醇中其表面产生的气泡不是氢气，而是乙醇受热气化的气泡。红热铜丝在无氧气存在时不能催化乙醇氧化，也不会使乙醇脱氢产生氢气。

关键词：乙醇氧化；铜；催化剂；脱氢；氢气

文章编号：1005–6629（2014）9–0091–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 由乙醇催化氧化实验而引出的问题

中学讲乙醇催化氧化的性质时，一般会做铜丝在酒精灯上灼烧至红热后立即插入乙醇中，并反复多次这种操作的演示实验。实验时铜丝受热变黑（①2Cu+O2=2CuO），插入乙醇中铜丝表面产生气泡，随即铜丝变光亮（②CH3CH2OH+CuO→CH3CHO+Cu+ H2O），反复多次后可从溶液中嗅到产生乙醛的特殊气味。为了阐述反应机理，往往将后一反应又分解为两步：先是乙醇分子在灼热CuO作用下脱出一个氢分子（羟基上氢原子和与羟基相连碳原子上的一个氢原子结合成氢分子），使乙醇氧化为乙醛；随后脱出的氢分子将铜丝表面CuO还原为铜[1]。该过程可用以下两个反应表示：

③CH3CH2OH CH3CHO+H2↑

④CuO+H2 Cu+H2O

综合上述反应得乙醇催化氧化的总反应为：

2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O

中学之所以讲乙醇催化氧化机理，目的有二：一是说明催化剂参与了反应过程，在反应前后其性质和质量不变。二是了解哪些醇（指结构）不能催化氧化（叔醇不能氧化），哪些醇可催化氧化，可催化氧化醇的结构与其氧化产物的关系（伯醇氧化为醛，仲醇氧化为酮）。

对该演示实验产生的现象及教参对反应机理的分析，不少人对其产生误解，认为该反应过程中有氢气产生。这种错误认识不仅出现在应用广泛的权威资料中，甚至还出现在区域性的省重点高中的联考中。前不久我们就接触到了这样一道联考题：

题目大意是：某校化学兴趣小组的同学为探究乙醇有关性质设计了如下装置（夹持装置未画出），请回答以下问题：

3 实验及结论

按图2装置和上述操作顺序做实验。当红热铜丝迅速插入乙醇中并立即塞紧橡胶塞时，铜丝表面确实有大量气泡产生，但仔细观察发现气泡在向上运动过程中不断减少甚至消失，此现象持续2～3秒后停止了。此时试管b中约收集到2 mL气体，等试管a冷却至室温时，试管b中的气体只剩下约0.5 mL，大量气体回流至试管a中。

上述实验现象说明：①红热铜丝圈插入乙醇中其周围产生较多气泡是乙醇受热气化的结果，并非是乙醇脱下的H结合成H2逸出而产生的气泡。②乙醇脱氢时原子态的H就将CuO还原了，当CuO还原后，乙醇也就不能再脱氢氧化了。这就是事实上无氢气产生的本质原因。③b试管里的极少量气体是向a试管口塞橡胶塞时压入的少量空气。为什么收集的大部分气体（约2 mL）又通过导气管回流到左侧试管中呢？这是因为a试管在红热铜丝与乙醇反应时受热（触摸试管感觉明显发热），空气膨胀导致试管中空气进入b试管中，当a试管冷却至室温时，b试管中的空气沿着长导气管回流，使两试管里气体压强相同。

后来我们又将上述试题里的装置进行改装（图3），把吸收乙醛的试管换成冷凝乙醇蒸气的安全装置（图3中试管C）和排水集气装置（图3中试管D），关闭活塞甲，检查气密性合格后，向M烧杯中加入80℃左右的热水使试管A中乙醇气化（用温度计监测并通过间断加热保持此温度）以便将空气（氧气）排出（试管D中液面下降），然后加热试管B直至铜丝红热。此时，试管D里的液面又再明显下降，持续3分钟后试管D里的液面不再明显下降，此时停止对试管B加热，等其冷却后再停止对试管A加热（移走M烧杯），全套装置恢复至室温时，看到的现象是：①试管B中铜丝仍然光亮；②试管A中乙醇量减少，试管C中冷凝了约4 mL液体；③试管D中液面又上升至试管底部（冷却至室温时装置里空气体积不变）；④恢复至室温拆除装置时，试管C中嗅不到乙醛的刺激性气味（是乙醇的气味），将该液体与新制Cu（OH）2共热时，无红色沉淀生成。

以上实验证明：①红热铜丝（表面有CuO）催化氧化乙醇时没有氢气产生；②受热的铜丝在没有氧气存在时不能将乙醇氧化为乙醛，更不会使乙醇脱氢而产生氢气。

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心编著，普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础·教师教学用书（第2版）[M].北京：人民教育出版社，2007：75.

摘要：实验证明了红热CuO插入乙醇中其表面产生的气泡不是氢气，而是乙醇受热气化的气泡。红热铜丝在无氧气存在时不能催化乙醇氧化，也不会使乙醇脱氢产生氢气。

关键词：乙醇氧化；铜；催化剂；脱氢；氢气

文章编号：1005–6629（2014）9–0091–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 由乙醇催化氧化实验而引出的问题

中学讲乙醇催化氧化的性质时，一般会做铜丝在酒精灯上灼烧至红热后立即插入乙醇中，并反复多次这种操作的演示实验。实验时铜丝受热变黑（①2Cu+O2=2CuO），插入乙醇中铜丝表面产生气泡，随即铜丝变光亮（②CH3CH2OH+CuO→CH3CHO+Cu+ H2O），反复多次后可从溶液中嗅到产生乙醛的特殊气味。为了阐述反应机理，往往将后一反应又分解为两步：先是乙醇分子在灼热CuO作用下脱出一个氢分子（羟基上氢原子和与羟基相连碳原子上的一个氢原子结合成氢分子），使乙醇氧化为乙醛；随后脱出的氢分子将铜丝表面CuO还原为铜[1]。该过程可用以下两个反应表示：

③CH3CH2OH CH3CHO+H2↑

④CuO+H2 Cu+H2O

综合上述反应得乙醇催化氧化的总反应为：

2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O

中学之所以讲乙醇催化氧化机理，目的有二：一是说明催化剂参与了反应过程，在反应前后其性质和质量不变。二是了解哪些醇（指结构）不能催化氧化（叔醇不能氧化），哪些醇可催化氧化，可催化氧化醇的结构与其氧化产物的关系（伯醇氧化为醛，仲醇氧化为酮）。

对该演示实验产生的现象及教参对反应机理的分析，不少人对其产生误解，认为该反应过程中有氢气产生。这种错误认识不仅出现在应用广泛的权威资料中，甚至还出现在区域性的省重点高中的联考中。前不久我们就接触到了这样一道联考题：

题目大意是：某校化学兴趣小组的同学为探究乙醇有关性质设计了如下装置（夹持装置未画出），请回答以下问题：

3 实验及结论

按图2装置和上述操作顺序做实验。当红热铜丝迅速插入乙醇中并立即塞紧橡胶塞时，铜丝表面确实有大量气泡产生，但仔细观察发现气泡在向上运动过程中不断减少甚至消失，此现象持续2～3秒后停止了。此时试管b中约收集到2 mL气体，等试管a冷却至室温时，试管b中的气体只剩下约0.5 mL，大量气体回流至试管a中。

上述实验现象说明：①红热铜丝圈插入乙醇中其周围产生较多气泡是乙醇受热气化的结果，并非是乙醇脱下的H结合成H2逸出而产生的气泡。②乙醇脱氢时原子态的H就将CuO还原了，当CuO还原后，乙醇也就不能再脱氢氧化了。这就是事实上无氢气产生的本质原因。③b试管里的极少量气体是向a试管口塞橡胶塞时压入的少量空气。为什么收集的大部分气体（约2 mL）又通过导气管回流到左侧试管中呢？这是因为a试管在红热铜丝与乙醇反应时受热（触摸试管感觉明显发热），空气膨胀导致试管中空气进入b试管中，当a试管冷却至室温时，b试管中的空气沿着长导气管回流，使两试管里气体压强相同。

后来我们又将上述试题里的装置进行改装（图3），把吸收乙醛的试管换成冷凝乙醇蒸气的安全装置（图3中试管C）和排水集气装置（图3中试管D），关闭活塞甲，检查气密性合格后，向M烧杯中加入80℃左右的热水使试管A中乙醇气化（用温度计监测并通过间断加热保持此温度）以便将空气（氧气）排出（试管D中液面下降），然后加热试管B直至铜丝红热。此时，试管D里的液面又再明显下降，持续3分钟后试管D里的液面不再明显下降，此时停止对试管B加热，等其冷却后再停止对试管A加热（移走M烧杯），全套装置恢复至室温时，看到的现象是：①试管B中铜丝仍然光亮；②试管A中乙醇量减少，试管C中冷凝了约4 mL液体；③试管D中液面又上升至试管底部（冷却至室温时装置里空气体积不变）；④恢复至室温拆除装置时，试管C中嗅不到乙醛的刺激性气味（是乙醇的气味），将该液体与新制Cu（OH）2共热时，无红色沉淀生成。

以上实验证明：①红热铜丝（表面有CuO）催化氧化乙醇时没有氢气产生；②受热的铜丝在没有氧气存在时不能将乙醇氧化为乙醛，更不会使乙醇脱氢而产生氢气。

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心编著，普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础·教师教学用书（第2版）[M].北京：人民教育出版社，2007：75.