乙醇脱水制乙烯试验探究李增祥中学化学试验室中常用浓硫酸作为

1、乙醇脱水制乙烯实验探究李增祥中学化学实验室中常用浓硫酸作为乙醇脱水制取乙烯的催化剂、脱水剂，但是实验中存 在很多的弊端，女口：炭化现象严重影响观察，反响所需要的时间长， 制取的乙烯纯度不高等。苏教版全国高中化学新教材一一?有机化学根底?(选修)P69页，关于乙醇脱水制取乙烯的实验中，没有采用传统的方法即以浓硫酸作为催化剂，而是选用石棉绒作为催化剂制取乙烯1。教材中采用试管作为反响仪器，将乙醇和石棉绒参加其中用酒精灯进行加热，并用 水进行洗气来制取乙烯。那么石棉绒能否作为制取乙烯的催化剂，还需要从其反响机理来看。乙醇脱水反响是按照 E1机理进行的，具体过程如下：在酸的作用下，乙醇分子上不容易离去

2、的集团一一CO转变成易离去的集团，CO键断裂脱水形成C+，C+的邻位碳原子上失去一个质子，一对电子转移过来中和正电荷形成双 键。从反响机理上看，生成 C+的一步是整个反响的速控步骤，还说明醇的脱水反响是一个 可逆反响。因此可以通过控制H+的浓度即用较浓的酸来使反响向右进行，可以选用浓硫酸或五氧化二磷作为催化剂和脱水剂。另外，醇在350-400 C在氧化铝或者硅酸盐外表上脱水，不发生重排反响2。如：石棉属于硅酸盐类矿物，化学成份是Mg6Si4O10OH8，含有氧化镁、铝、钾、铁、硅等成分3。因此从理论上看石棉绒可以作为乙醇脱水制取乙烯的催化剂，那么它在实际操 作中能否有良好的催化效果？与浓硫酸、

3、五氧化二磷在实验室中的催化效果有什么不同？笔者对此进行了一系列的比照实验。一、实验内容：1、实验内容：(1) 采用浓硫酸作催化剂；(2) 采用石棉绒作为催化剂，分别采用角闪石和蛇纹石石棉；(3) 采用五氧化二磷作催化剂；(4) 采用浓硫酸和石棉绒作为混合催化剂；(5) 采用五氧化二磷和石棉绒作为混合催化剂。2、实验装置：3、乙醇的具体用量及催化剂用量及见下表：催化剂浓硫酸石棉绒(闪 石) P2O5石棉绒 浓硫酸 P2O5石棉绒乙醇用量2mL4mL4mL2mL4mL催化剂用量2mL0.2g2.0g2mL浓硫酸0.25g石棉 绒2g( P2O5)0.25g(石棉 绒)各数据具体见下表:催化剂浓硫酸

4、石棉绒闪 石 P2O5浓硫酸石 棉绒P2O5石棉绒KMnO4 H+褪色情况褪色几乎不褪色褪色褪色褪色产生气体的 时间加热到45s加热到50s加热到35s加热到47s加热到38s反响温度170 C180C82 C170C87 C气流量多很少多较多较多溶液炭化情 况严重无炭化无炭化严重无炭化4、实验说明:实验采用具支试管作为反响容器。 为了使实验结果具有明显的比照性， 实验中检验乙烯的酸 性高锰酸钾采用相同的配制： 在试管中参加 3 滴 0.01mol/L 的高锰酸钾稀释至 5mL ，再参加 3滴1 : 1的盐酸，混合均匀。由于实验中浓硫酸、五氧化二磷及产生的杂质都具有酸性因 此选用 KOH 溶液

5、洗气，消除杂质对检验乙烯的影响。另外，由于热的乙醇也能够使高锰酸 钾褪色， 为了保证实验中蒸发出的乙醇对实验结果没有影响， 加做了一个空白实验即： 不加 入任何的催化剂采用和上述装置相同的装置进行加热，将乙醇蒸发经过盛有KOH 溶液的洗气瓶， 通入酸性高锰酸钾溶液中， 发现高锰酸钾未褪色。 说明在实验中乙醇没有对结果造成 影响。另外自然界中的石棉有两种， 角闪石石棉和蛇纹石石棉， 上述实验中的是角闪石石棉。 为了准确，笔者将蛇纹石石棉也作为催化剂进行了局部对照实验。二、实验现象1 、浓硫酸作为催化剂加热到40s左右时温度迅速上升到 170C，即有大量的气泡冒出，酸性高锰酸钾溶液褪色， 褪色情况

6、较好。 在反响开始后不久即开始出现炭化现象， 到反响结束时溶液的炭化现象非常 严重，几乎变成浓黑色。且反响完毕后试管中酸性残留气体非常的多，试管难以洗涤。2、石棉绒角闪石作催化剂加热开始时温度升高，有少许气泡冒出，当温度上升到78 C时乙醇开始大量的蒸发，加热到 50s 左右时有很少量的气泡冒出， 温度开始上升，但是酸性的高锰酸钾几乎不褪色， 褪色 情况明显不如前者好， 且当温度过高时， 石棉绒会变焦。 笔者试做的几次蛇纹石石棉的反响 现象还不如角闪石石棉。3、五氧化二磷作催化剂将五氧化二磷参加到盛有乙醇的试管中即有大量的白雾产生，开始加热后温度开始迅速上 升，有少许气泡冒出，当加热到 82C

7、时即有大量的气泡冒出，反响进行到35s时酸性的高锰酸钾褪色，褪色情况相对最好。4、浓硫酸和石棉绒共同作为催化剂反响现象同 1 中相似，但是局部炭化现象比拟严重，且石棉绒会阻止局部乙烯气体的逸出， 因此酸性高锰酸钾的褪色时间及褪色情况不如 1。5、五氧化二磷和石棉绒共同作催化剂反响现象同2 3中，加热到87C左右时会有大量的气体产生， 石棉绒也会阻止乙烯气体的逸 出，因此高锰酸钾的褪色情况及时间不如 2 3 中。三、结果分析 : 1、石棉绒作为乙烯脱水制乙烯的催化剂在以前的中学教材及文献中并没有提及，虽然醇在硅酸盐外表上能够发生脱水反响并且不发生重排，但是所需要的温度非常的高， 350o 度 在

8、演示实验中乙醇往往在脱水之前就已经完全的蒸发掉，只有极少的一局部会脱水生成乙 烯。笔者在进行实验时发现：该反响产生的气体的量很少，只能使高锰酸钾稍微褪色，且现象不明显， 反响的重现性很差， 即石棉绒对乙醇脱水制取乙烯的催化效果不佳。另外，由于石棉绒属于致癌物质， 对人体的危害较大， 所以很多中学实验室中并不配备石棉绒， 而且石 棉的种类比拟多，成份不同，其催化作用也不尽相同，因此，笔者认为，乙烯脱水制乙烯实 验的催化剂选用石棉绒并无什么优势， 另外， 在浓硫酸和五氧化二磷作催化剂时分别参加石 棉绒对他们的催化效果也没有明显的促进作用，反而会使气体逸出的时间加长。2、浓硫酸作为一种传统的催化剂，在教材中被引用的最多，但是也存在较多的问题，主要 在于反响时间长，炭化现象严重，副产物较多，试管难于清洗。对于浓硫酸作为催化剂在很 多文献中都进行了大量的研究， 笔者认为可以通过改变乙醇和浓硫酸的体积比消除此反响的 弊端：教材上所给出的乙醇和浓硫酸的体积比为1 : 3,在这个比例下乙醇易被浓硫酸炭化，副产物也较多，因此可以采用乙醇和浓硫酸的体积比为1 : 2 烧瓶中进行反响，可以减轻炭化现象 4 。3、五氧化二磷教材中并没有作为催化剂,但是其催化效果在很多一些文献中曾都被提及 5。笔者在实验中也发现：采用五氧化二磷作为催化剂无炭化现象,不影响学生对实验的观察, 反响时间短，所需温度不是很高