文章編號:1005-6629(2010)08-0014-03 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:C

中學化學實驗室常用濃硫酸作乙醇制備乙烯實驗的催化劑、脫水劑，但實驗過程中存在耗時長、試劑用量大、乙醇炭化嚴重、乙烯純度不高等弊端。因此，廣大的化學教師對該實驗做了大量積極的探索，相關的一些研究論文也時常見諸報端。

全國高中化學新教材蘇教版《有機化學基礎(選修)》[1](以下簡稱教材)中關于乙醇脫水制取乙烯的實驗另辟蹊徑地介紹了改用P2O5作催化劑進行實驗的裝置圖與具體操作。為方便探討與行文，特將教材上的原文內(nèi)容摘抄如下:

[實驗] 組裝如圖4-9(見圖1)所示裝置，在試管中加入 2 gP2O5并注入4 mL 95 %的乙醇，加熱，觀察實驗現(xiàn)象。

經(jīng)多次反復操作和分析該實驗后，筆者最終認為，教材所提供的實驗裝置與操作方法還存在一些問題，很值得我們進一步探討。

1 關于實驗的加熱方式

若按教材要求使用酒精燈加熱試管內(nèi)的乙醇與P2O5的混合物，由于升溫速度快而極容易發(fā)生混合液暴沸，易導致乙醇汽化涌出，不但造成原料上的浪費，熱的乙醇蒸汽還會使稀酸性高錳酸鉀溶液褪色而干擾乙烯檢驗;此外，酒精燈直接加熱，容易因受熱不均勻使得試管內(nèi)氣流不穩(wěn)定，倒吸現(xiàn)象發(fā)生幾率高，影響實驗安全。

做過該實驗的同行可能大都會有這樣一個體會，用酒精燈加熱試管后溫度迅速上升，開始有少許氣泡冒出，當加熱到80 ℃左右時即有大量氣泡生成，溫度升至90 ℃以上時反應則已經(jīng)非常劇烈，這一點也得到了很多文獻資料的支持與認同[2～4]并同時認定乙烯在80 ℃～90 ℃即已生成。

鑒于教材酒精燈加熱的不足及文獻的介紹，筆者不禁思考是否可將本實驗改為(沸)水浴加熱呢? 實踐發(fā)現(xiàn)，在用試管將乙醇和P2O5混合后即使直接在沸水浴中加熱，試管中乙醇仍易汽化，但洗瓶內(nèi)除開始因體系內(nèi)氣體受熱膨脹出現(xiàn)氣泡外，后來就根本不再有任何氣體產(chǎn)生了，酸性高錳酸鉀溶液也絲毫沒有褪色的跡象。 因此，我們認為一些文獻[2][3]因反應混合物在80 ℃～90 ℃有大量氣泡生成就此武斷認為有乙烯生成是不正確的。而若水浴加熱溫度太低不足以使乙醇脫水成烯，故本方法不宜采用!

筆者在嘗試了多種不同加熱方式，綜合考慮后最終選定使用甘油浴加熱，效果較好。當甘油被加熱到124 ℃時，試管中的混合物開始出現(xiàn)少量氣泡;至溫度升至145 ℃以上(不高于170 ℃，以150 ℃～160 ℃效果最佳)體系中乙烯氣體即能持續(xù)產(chǎn)生，并使酸性高錳酸鉀溶液迅速褪色。整個實驗過程中，乙烯氣流的產(chǎn)生相對比較平緩，重復多次上述實驗也均未發(fā)生倒吸。

綜上所述，我們認為教材圖示中的加熱方式是欠妥當?shù)?，應將其修正?但一般所用的(沸)水浴加熱，溫度過低，達不到乙烯產(chǎn)生的要求。用甘油浴加熱既安全效果又明顯，不失為一種更好的選擇!

2 關于KOH溶液的作用

眾所周知， P2O5( P4O10的簡式) 固體有很強的吸水性和脫水性。實驗表明，當乙醇注入到盛有P2O5的試管中時立即能聽到劇烈的“吱吱”聲響并伴隨有大量的白霧產(chǎn)生。很多人認為，該白霧屬酸霧，由于“五氧化二磷及反應產(chǎn)生的雜質(zhì)都具有酸性，因此，需要選用KOH溶液洗氣以消除雜質(zhì)對檢驗乙烯時的影響”[3] ;另外， KOH溶液也可以冷卻吸收因汽化逸出的熱乙醇蒸汽。

教材可能也主要是基于上述幾點的考慮而在本實驗中選用了KOH溶液的洗氣裝置。但仔細分析研究后我們不禁疑惑，乙醇注入到盛有P2O5的試管中時產(chǎn)生的白霧真的是酸霧嗎? P2O5催化乙醇脫水制得的乙烯氣體中究竟混有哪些(酸性)雜質(zhì)? 從圖示分析可知，KOH溶液至少在100 mL以上，用量較大，難道雜質(zhì)必須要用KOH溶液吸收，有沒有其他更好的選擇呢?

實驗1:在點滴板一凹穴中加一小藥匙的P2O5固體并在上方放一潤濕的pH試紙，滴加幾滴無水乙醇?？梢杂^察到在“吱吱”聲響中產(chǎn)生大量白霧，pH試紙上只出現(xiàn)少數(shù)幾顆紅點其余部分不變色。說明產(chǎn)生的白霧應為汽化的乙醇而并不會使試紙變色，但因P2O5固體與乙醇接觸時過于劇烈會使少量P2O5粉末飄起并粘附在試紙上而呈現(xiàn)出小紅點。

文獻[5]記載， P4O10(即P2O5)和乙醇作用，因反應物相對用量不同，會生成酸性或中性的磷酸酯等，相關產(chǎn)物顏色、水溶性等性質(zhì) [6][7]分別為: ①磷酸單乙酯為淡棕色或無色油狀液體，易溶于水，水溶液略帶弱酸性; ②磷酸二乙酯為無色油狀液體，沸點203 ℃，溶于水[7]， 水溶液呈強酸性反應; ③磷酸三乙酯為無色微臭液體，易溶于水，沸點216 ℃。據(jù)此，筆者做了以下實驗:

實驗2:按圖2裝置在試管內(nèi)放物體積比約為4∶1的乙醇與磷酸混合物(乙醇適當過量)，用沸水浴或甘油浴加熱，剛開始洗瓶和小試管有少量氣泡冒出，后不再冒泡，洗瓶中無油狀液體出現(xiàn);原先無色透明的混合物逐漸分層，下層無色，上層呈淡棕色油滴狀并不斷增多，最終試管內(nèi)的液體全部變?yōu)樽厣?而高錳酸鉀溶液不褪色，洗瓶中無油滴并加紫色石蕊不變紅。

實驗3:實驗2試管內(nèi)反應物改為無水乙醇作實驗對比，酸性高錳酸鉀溶液也不褪色。

實驗4:按圖2裝置在試管內(nèi)放2 g P2O5與4 mL無水乙醇，采用150 ℃甘油浴加熱。混合物立即沸騰，并有連續(xù)而平緩的氣泡生成，約1 min后酸性高錳酸鉀溶液紅色完全褪去。在洗氣瓶中滴加幾滴石蕊溶液不顯紅，說明幾乎無酸性雜質(zhì)逸出。

可見，加熱乙醇和磷酸不會產(chǎn)生乙烯;按實驗4操作時若隨乙烯逸出的雜質(zhì)如乙醇、磷酸酯等的量很少時，用水洗氣的效果就很好，沒必要死摳住一定要用堿溶液。為此，筆者認為，與教材原方式相比按圖2裝置甘油浴加熱P2O5催化乙醇脫水制乙烯的方法在安全性、試劑用量等方面都有更好的效果。

3 關于乙醇濃度的選擇

高中化學實驗室常備的乙醇試劑主要有95 %的乙醇、無水乙醇兩種，按我們一般認識理解可能應該乙醇濃度相對大點更有利于P2O5的催化脫水。而教材中強調(diào)本實驗使用95 %的乙醇到底是有意為之呢還是無意之作，對此，我們認為有必要進行深究。

實驗5:按圖2裝置探究P2O5在一定前提下乙醇濃度對乙烯產(chǎn)量的影響。控制試劑用量為P2O5 2 g、0.01 mol·L-1稀高錳酸鉀溶液4 mL 、不同濃度無水乙醇和乙醇溶液分別4 mL ，各實驗均采用150 ℃甘油浴加熱，實驗開始后用秒表對稀高錳酸鉀溶液褪色整個過程計時。最終實驗結(jié)果如表1所示。

可見，乙醇濃度越低酸性高錳酸鉀溶液褪色時間越長，當濃度低至80 %以下時不能產(chǎn)生乙烯。根據(jù)實驗2乙醇與磷酸反應不產(chǎn)生乙烯的實驗事實可推知，乙醇稀溶液不能產(chǎn)生乙烯是因為2 g P2O5 與乙醇溶液混合時過多的溶劑水已將P2O5完全轉(zhuǎn)化成了酸，沒有多余的P2O5去促使乙醇脫水成烯。

表1中的實驗結(jié)果也表明，使用95%的乙醇溶液或無水乙醇對酸性高錳酸鉀溶液褪色時間沒有明顯差別。至于無水乙醇為原料對高錳酸鉀溶液的褪色時間不縮短，可能是因為該反應須在有H+存在下乙醇才能進一步質(zhì)子化后按E1機理產(chǎn)生乙烯，而若乙醇中存在少量水可與P2O5迅速化合成酸，此過程放熱，有利于H+的生成。

在實驗探究過程中我們還發(fā)現(xiàn)了另外一個事實，將等量P2O5分別與95 %乙醇或無水乙醇反應作對比酸性高錳酸鉀溶液褪色速度無明顯差異，但無水乙醇反應產(chǎn)生的氣體總量會更多一些，這一實驗結(jié)果與袁加程[2]等論文中的數(shù)據(jù)相符。實際教學中，由于我們僅僅需要制得少量的乙烯用于使幾毫升酸性高錳酸鉀溶液褪色等，對乙烯生成量多少的要求很低，因此，無論是選用95 %乙醇或是無水乙醇，都可完全合乎實驗教學演示的要求;當然，我們也應該心知肚明，實驗時只要注意控制好乙醇濃度在90 %以上就能獲得很好的效果，完全沒有必要“照單抓藥”地去死摳乙醇具體濃度不放。

行文至此，我們已完全有理由相信，教材中五氧化二磷催化乙醇脫水制乙烯實驗的操作方法和裝置圖是不夠理想的，有必要進行改進。綜合以上的分析與實驗探究結(jié)果，我們認為本實驗最佳的反應條件為:在試管中加入 2 gP2O5并注入4 mL無水乙醇或95 %的乙醇，用150 ℃甘油浴加熱(裝置如圖2所示)，觀察實驗現(xiàn)象。

參考文獻:

[1]王祖浩.普通高中化學課程標準實驗教科書.有機化學基礎[M].南京:江蘇教育出版社，2009:69.

[2]袁加程.P2O5做脫水劑制備乙烯實驗的研究[J].化學教學.2004(6):3～5.

[3]劉波，王程杰.對乙醇脫水制乙烯實驗的新研究[J].化學教學.2007(5):12～14.

[4]劉新民，張振豹，高興茂.關于五氧化二磷在乙烯制備實驗中應用的討論[J].化學教育.2005(5):61.

[5]項斯芬，嚴宣申，曹庭禮等.無機化學叢書(無機化學·第四卷)[M].北京:科學出版社，1995:266.

[6]馬世昌.化學物質(zhì)辭典[M].陜西科學技術出版社，2002:911～913.

[7]http://www.chemicalbook.com/ProductChemicalProperties CB733 1426.htm#MSDSA.