实验四乙醛的氧化反应

2013-01-22 18:26阅读：

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乙醛的氧化反应

一、实验计划
1、实验教学研究目的
a、探讨乙醛（CH3CHO）与银氨溶液、新制Cu(OH)2反应的适宜条件及操作技能，掌握实验成败关键。
b、进一步认识化学试剂的用量、浓度、pH、温度、滴加顺序等条件对实验成功的重要性，逐渐培养良好的科学态度和掌握科学方法。
c、学习和探究CH3CHO氧化反应实验的教学技能。
2、实验教学研究目的
a、乙醛与银氨溶液反应适宜的硝酸银浓度的探讨。
b、乙醛与新制氢氧化铜反应适宜的氢氧化铜混合液的pH、反应温度探讨。
c、乙醛与银氨溶液反应或与氢氧化铜反应的实验教学。
3

、实验仪器及药品
仪器：试管、烧杯、温度计、铁架台、玻璃棒、托盘天平、
药品：5%硝酸银溶液、25%—28%氨水、40%乙醛、氢氧化钠固体、硫酸铜晶体
4、实验计划
（1）CH3CHO与银氨溶液反应适宜的硝酸银（AgNO3）浓度的探
a、 AgNO3溶液的配制：取5%的AgNO3溶液，按AgNO3溶液与蒸馏水以1:4、2:3、3:2的比例，配制三份分别是1%、2%、3%的AgNO3溶液，放置在烧杯里，贴上标签，备用；
b、 2%氨水溶液的配制：取25%~28%的氨水溶液8mL，再用蒸馏水稀释，用容量瓶配制100mL的2%~2.24%的氨水溶液，转移至烧杯中，贴上标签，备用；
c、 20%乙醛溶液的配制：取40%的乙醛溶液，按乙醛：蒸馏水=1:1的比例关系，稀释一倍（40%的乙醛20mL，蒸馏水20mL），放置在烧杯里，贴上标签，备用；
具体步骤：
a、按上述的步骤配制好相关的浓度后，按顺序摆放好；
b、取三根洁净的试管（做银镜反应用的试管必须十分洁净，若试管不清洁，还原出来的银大部分呈疏松颗粒状析出，致使管壁上所附的银层不均匀平整，结果就得不到明亮的银镜，而是一层不均匀的黑色银粒子。为保证实验效果，事先最好将试管依次用热硝酸、10％的NaOH溶液洗涤后，再用蒸馏水冲洗干净)，按照顺序，分别往三根试管中加入1mL的1%、2%、3%AgNO3溶液；
c、分别往三根试管中滴加2%的氨水溶液，制备银氨溶液：制备银氨溶液时不能加入过量的氨水，且应边振荡边滴加，滴加氨水的量最好以最初产生的沉淀在刚好溶解为宜。实验过程中先生成乳白色沉淀（AgOH），沉淀又变为棕褐色（AgOH被氧化成Ag2O），继续滴入氨水溶液，沉淀溶解；
d、在新制的银氨溶液中加入3滴20%的乙醛溶液，振荡，放入60~70℃水浴中，静置加热，在水浴加热过程中，不要振荡试管，也不要搅拌溶液，水浴温度也不要过高(因乙醛沸点低)，注意观察实验现象，观察银镜产生的先后及其光泽；
e、待三根试管中的银镜全部产生后，取出观察银镜的光泽度，对比并记录实验现象，实验结束后，试管中的反应混合液要及时回收处理，不可久置，附着在试管壁上的银镜可用硝酸溶液洗去，再用水冲洗，如果要保存银镜，应先处理试管内的混合液，然后用清水把试管壁上的液体冲洗干净。
实验记录结果：

序号	AgNO3溶液的浓度	氨水的浓度	乙醛浓度（20%）	水浴温度	银镜出现的时间	实验现象
①	1%	2%	3滴	60~70℃	80s	产生的银镜无光泽，亮白
②	2%	2%	3滴	60~70℃	18s	产生的银镜光泽度最好
③	3%	2%	3滴	60~70℃	12s	表面有点暗，而且局部呈现疏松状

根据实验想象得出：出现银镜最快的是②号试管，在AgNO3溶液的浓度为2%，氨水的浓度为2%（pH=8），乙醛的浓度为20%，水浴的温度为60~70℃时，出现的银镜光泽度最好。
银镜反应实验应注意的问题：
a、试管必须洁净、光滑，否则不能使金属银均匀附着在试管的内壁上形成银镜，只能生成黑色、疏松的银沉淀，为此可用去污粉、洗液、NaOH溶液等洗涤试管，然后再用蒸馏水冲洗，直至管壁上形成均匀水膜、无水珠或股流出现；
b、过量的氨水对银镜反应的影响：配制银氨溶液时，氨水必须加到最初出现的沉淀恰好溶解为止，这是因为一方面银氨溶液中如果有过量的NH3，银离子会被过度地络合，降低银氨溶液的氧化能力；另一方面氨水过量会影响试剂本身的灵敏度，且能生成在受热或撞击时会引起爆炸的物质如：Ag3N、AgOCN。
c、银氨溶液必须随配随用，不能久置，如果久置会析出叠氮化银（AgN3）、氮化银（Ag3N）、亚氨基化银（Ag2NH）等爆炸性沉淀，这些沉淀物即使用玻璃棒摩擦也会分解而发生猛烈爆炸，因此实验结束后，应及时清理掉过剩的银氨溶液；
d、加热必须在水浴中进行（水浴温度60~70℃），不能用酒精灯直接加热，否则也有可能产生Ag3N、AgN3等易爆炸性物质，在水浴加热过程中，振荡试管、搅拌溶液或水浴温度过高，都难以得到光亮的银镜，而只能得到黑色细粒银沉淀；
e、实验完毕应及时将试管内的废液倾去，管内壁上的银镜可加稀硝酸加热除去，然后用水洗干净，以免放置久发生爆炸。
（2）CH3CHO与新制的Cu(OH)2反应适宜的Cu(OH)2混合液的反应温度探讨
a、10%NaOH溶液的配制：用托盘天平称取2.0g的NaOH固体，量取18mL的蒸馏水，在烧杯中溶解，静置，贴上标签，备用；
b、2% CuSO4溶液的配制：用托盘天平称取1.0g的CuSO4固体，量取49mL的蒸馏水，在烧杯中溶解，静置，贴上标签，备用；
c、20%乙醛溶液的配制：取40%的乙醛溶液，按乙醛：蒸馏水=1:1的比例关系，稀释一倍（40%的乙醛20mL，蒸馏水20mL），放置在烧杯里，贴上标签，备用；
具体步骤：
a、配制新制的Cu（OH）2溶液：取一根洁净的试管，加入2mL的10%NaOH溶液，再加入2% CuSO4溶液5滴，使溶液形成胶体，不能形成悬浊液，振荡试管，测pH值，使溶液呈碱性；
a、往试管中滴加0.5mL的20%乙醛溶液（量要比2% CuSO4溶液多），振荡试管，用硫酸铜调pH,，测pH值，依次为9、11、13，将试管放入80℃水中进行水浴加热，观察现象并记录实验现象；
b、实验完成后，再按照a~b步骤，将水浴温度调至90℃、100℃，进行实验，观察并记录实验现象；
c、实验完毕，洗涤试管，整理仪器。
实验记录结果：
表一：温度：80℃

序号	pH	10%NaOH溶液	2%CuSO4溶液	20%乙醛溶液	实验现象
①	9	2mL	>5滴	0.5mL	蓝色—黑色沉淀
②	11	2mL	>5滴	0.5 mL	蓝色-黑色沉淀
③	13	2mL	5滴	0.5 mL	蓝色—黑色沉淀

表二：温度：90℃

序号	pH	10%NaOH溶液	2%CuSO4溶液	20%乙醛溶液	实验现象
①	9	2mL	>5滴	0.5mL	蓝色-黑色沉淀
②	11	2mL	>5滴	0.5 mL	蓝色-黑色沉淀
③	13	2mL	5滴	0.5 mL	蓝色-黑色沉淀

根据实验想象得出：观察实验现象中没有得到理想的实验现象，实验失败的原因分析：实验用量的影响，为了控制pH值为9、11、13，每次都用硫酸铜去调节，导致硫酸铜的用量比较多；乙醛与新制氢氧化铜的反应，要有明显的现象，一般要在中性或弱酸性，而本次实验都是在碱性条件，导致现象不好；本实验是用酒精加热来使温度达到所需要的，所以不能做到恒温，而本实验的温度对现象的产生是很关键的，这也有可能导致实验失败的原因。
乙醛与新制Cu（OH）2溶液反应的注意事项：
a、 Cu（OH）2溶液呈碱性，方能确保生成的Cu2O稳定存在；
b、试剂滴加的顺序不能颠倒，即只能向NaOH溶液中滴加CuSO4溶液，反之，则因NaOH溶液不足导致实验失败；
c、乙醛溶液的浓度以20%为宜，过浓的乙醛易发生羟基缩合反应，会产生黄褐色混浊物；
d、温度对反应的影响：在其他试剂都适宜的情况下，最适宜的温度（80℃）是把反应物加热到沸腾，稍冷却后观察现象。
二、思考与讨论
1、乙醛与银氨溶液、新制Cu（OH）2反应的原理各是什么？乙醛与银氨溶液、新制Cu（OH）2反应成功的关键是什么？各有哪些影响实验的重要因素？
答：乙醛与银氨溶液反应的原理：
2[Ag(NH3)2]OH + CH3CHO

CH3COONH4 + 3NH3

+ 2Ag

+ H2O

乙醛与新制Cu（OH）2溶液反应的原理：
2Cu(OH)2 + CH3CHO

CH3COOH + Cu2O + H2O
乙醛与银氨溶液、新制Cu（OH）2反应成功的关键及影响实验的重要因素，见上述中的实验步骤及相关的注意事项。
2、配制Cu（OH）2溶液时，对NaOH溶液和CuSO4溶液的浓度和滴加顺序有何要求？
答：配制Cu（OH）2溶液时，需要先在试管中加入2mL 10%NaOH溶液，再往试管中滴加2% CuSO4溶液至产生絮状的蓝色胶体。
3、乙醛与新制的Cu（OH）2溶液发生反应时，溶液的最佳pH大约为多少？
答：乙醛与新制的Cu（OH）2溶液发生反应时，溶液的最佳pH大约为9，因为在弱碱性的条件下，生成的砖红色沉淀（Cu2O能稳定存在）。
4、银氨溶液如何配制？影响银氨溶液配制的关键因素是什么？
答：详见实验步骤中银氨溶液的配制及其注意事项。
5、乙醛与银氨溶液、新制Cu（OH）2溶液两个反应实验说明了乙醛的什么性质？如何通过实验来体现说明？
答：乙醛与银氨溶液、新制Cu（OH）2溶液的反应说明乙醛的还原性，实验中通过银镜（Ag的沉淀）的出现及砖红色（Cu2O沉淀）的出现，体现乙醛的还原性。

三、实验的最大收获
通过本次实验的操作，成功地制作出银镜，这里小总结出个人认为制备银镜的关键处：在具体的操作过程中，溶液的浓度要适当，注意量的控制及试剂的滴加顺序，在试管放入水浴中，切不可摇动或振荡，水浴的温度要恰当，不可过高或过低，这些都将会影响到银镜现象的产生。
在做第二个实验时，关键也还是溶液浓度的配制及滴加的量、顺序。注意不同的温度下，会产生不一样的现象，注意观察现象，如果可以，最好能一步产生砖红色沉淀，但是遗憾的是在实验中经过多次的实验，还是无法做到这点，只能加快产生砖红色沉淀的速度。
经过这次实验，知道经验还是很重要，同学的团体合作是必须的，还有自身的耐心、认真。

四、片段教学（乙醛与银氨溶液的银镜反应）
【导入】爱美之心，人皆有之，每天我们出门之前总是要在镜子前整理一下再出门。那同学们知道你们每天照的镜子是怎样制成的呢？今天我们就亲自动手来制作银镜，经过学习今天的课，同学们就对镜子的制成有个大概的了解。
【讲述】今天所主要用的药品是乙醛，我们常说“结构决定性质”，乙醛中有醛基“—CHO”这个特殊的官能团，联系以前学过的知识点，哪种有机物中也含有醛基？（葡萄糖，它的结构里面也有醛基）。根据已有的知识，葡萄糖能发生什么反应？（银镜反应）
接下来，我们就一起来探讨一下乙醛究竟能不能与新制的银氨溶液发生银镜反应？
【展示】2%AgNO3溶液、2%氨水溶液、20%乙醛溶液、洁净的试管、水浴装置、
【讲解】跟之前的葡萄糖的银镜反应一样，这个实验中所用到的银氨溶液，要现配。因为久置的银氨溶液可能会变质产生易爆如叠氮化银（AgN3）、氮化银（Ag3N）、亚氨基化银（Ag2NH）等的物质。
【演示实验】取一根洁净的试管，往里加入1mL的AgNO3溶液，边振荡边滴加2%氨水溶液，注意观察沉淀的颜色变化，继续滴加直至生成的沉淀恰好溶解，再往试管中滴加3滴的20%乙醛溶液，振荡试管，将试管放置在水浴装置中，调节水浴温度在60~70℃，注意不要振荡试管，观察银镜的出现。
【讲解】在刚才的实验过程中，我们看到在配置银氨溶液时，开始的沉淀是乳白色的，后来又变成棕褐色，最后又变成乳白色直至沉淀消失，其实这是一个复杂的过程，AgNO3溶液与氨水先生成AgOH（乳白色沉淀），但是AgOH不稳定，容易被氧化成Ag2O（棕褐色沉淀），两个过程在重复着，直至沉淀溶解为银氨溶液。
【展示】（拿出试管）现在同学们注意观察，试管的底部有什么现象？（有银镜生成）
【讲述】有银镜生成，说明乙醛和银氨溶液能发生银镜反应。那我们来一起完成一下这个反应式。
【板书】1、银镜反应
2[Ag(NH3)2]OH + CH3CHO

CH3COONH4 + 3NH3

+ 2Ag

+ H2O

【讲解】乙醛与银氨溶液反应，生成醋酸铵、氨气、银、水（一水二银三氨）
【讲述】在刚才的实验操作过程中，我们要注意：1、银氨溶液要现配；2、试剂的前后滴加顺：先加AgNO3溶液，再滴加氨水溶液；3、氨水的量：使产生的沉淀恰好溶解；4、在水浴过程中要注意不要振荡试管，要静置；5、水浴的温度要控制在60~70℃。
【结课】通过刚才的实验，我们知道乙醛中的醛基具有氧化性，能将银氨溶液中的银氧化成银单质，那同学们再回想一下，葡萄糖中的醛基还有什么性质？（能与新制度的Cu（OH）2溶液反应，生成砖红色的沉淀）
对，这就是我们接下来要继续的乙醛与新制Cu（OH）2溶液的反应。

主板书

乙醛的化学性质
一、还原性
1、银镜反应：
2[Ag(NH3)2]OH + CH3CHO