李俊生+

1.問題的提出

普通高中課程標準實驗教科書《人教版》認為乙醇能夠被酸性重鉻酸鉀溶液氧化產(chǎn)物為乙酸，同時給出了實驗過程的彩圖，但是反應過程的原理，實驗現(xiàn)象的細節(jié)則沒有詳細說明，《蘇教版》、《魯教版》則沒有提及乙醇和酸性重鉻酸鉀溶液反應的情況，而生物學生用書《分子與細胞》中說明了乙醇和酸性重鉻酸鉀反應，反應后溶液變?yōu)榛揖G色，大學一般教材中認為乙醇能夠被酸性重鉻酸鉀溶液氧化產(chǎn)物為乙酸，同時也給出反應前后的溶液變化為由橙色變成綠色，并且認為反應原理為：

3C2H5OH+K2Cr2O7+4H2SO4Cr2(SO4)3+K2SO4+3CH3CHO+7H2O

3C2H5OH+2K2Cr2O7+8H2SO42Cr2(SO4)3+2K2SO4+3CH3COOH+11H2O

而一些期刊雜志認為重鉻酸鉀具有氧化性，反應實質(zhì)是羥基被重鉻酸鉀氧化成羧基，發(fā)生的是氧化還原反應，這也表現(xiàn)出酒精具有一定的還原性，反應原理為：

3C2H5OH+2Cr2O2-7（橙黃色）+16H+

4Cr3+（綠色）+3CH3COOH+11H2O

也有的期刊研究認為重鉻酸鉀具有氧化性，反應實質(zhì)是羥基被重鉻酸鉀氧化成羧基，發(fā)生的是氧化還原反應，這也表現(xiàn)出酒精具有一定的還原性，反應原理為

4C2H5OH+K2Cr2O7+3H2SO44CH3CHO+K2SO4+2CrSO4+7H2O

4CH3CHO +K2Cr2O7+3H2SO44CH3COOH +K2SO4+2CrSO4+3H2O

通過前面的分析可以發(fā)現(xiàn)，這些研究缺少反應機理的分析、實驗過程的現(xiàn)象描述、實驗現(xiàn)象的分析解釋等問題，同時也看到個別研究結(jié)果有一定的差異。

2.乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的研究

⑴實驗研究

乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗研究是非常重要的，我們期望通過實驗的數(shù)據(jù)分析，實驗現(xiàn)象的觀察，更好的認識乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實質(zhì)，實驗記錄見表1。表1乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗現(xiàn)象硫酸的濃度重鉻酸鉀的濃度無水乙醇的量試劑加入試管的方式實驗現(xiàn)象 2mL 30%硫酸溶液 2mL 1％重鉻酸鉀溶液 0.5 mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為淺綠色→

最后顏色變化不大 2mL 40%硫酸溶液 2mL 2％重鉻酸鉀溶液 0.5mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為淺綠色→最后為藍色 2mL 60%硫酸溶液 2mL 2％重鉻酸鉀溶液 0.5mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為綠色→最后為藍色 2mL 80%硫酸溶液 2mL 2％重鉻酸鉀溶液 0.5mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為綠色→最后為藍色 說明⑴硫酸濃度越大綠色變?yōu)樗{色越快；硫酸濃度以及重鉻酸鉀濃度越小出現(xiàn)的淺綠色變?yōu)榫G色越慢

⑵加入乙醇后振蕩變藍的速度很快，加入乙醇后不振蕩變藍的速度很慢

⑶濃度很小時，短時間淺綠色變化不大，長時間則變?yōu)榈乃{色⑵理論研究

乙醇與酸性重鉻酸鉀的反應在理論上的研究應該從化學反應機理、反應產(chǎn)物存在的依據(jù)以及形式等方面進行深入的探討，筆者認為應該從以下幾個方面進行。

①乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應機理的研究

一般認為硫酸加入重鉻酸鉀溶液中會發(fā)生一系列的化學反應，首先生成三氧化鉻，然后三氧化鉻和水反應生成鉻酸，有關(guān)反應如下：

K2Cr2O7+H2SO4K2SO4+2CrO3+H2O

CrO3+H2OH2CrO4

上述反應進行完畢后，酸性重鉻酸鉀溶液就配制完成，之后再加入乙醇，乙醇就會和鉻酸進行反應，反應的機理如下：

CrOOCH3CH2OH+HOOHCrOOOCH3CH2OH+H2O

CrOOOCH3CH2OH+4H+CH3CHO+Cr(Ⅳ)+3H2O

Cr(Ⅳ)+Cr(Ⅵ)2Cr(Ⅴ)

Cr(Ⅴ)+CH3CH2OHCH3CHO+Cr(Ⅲ)+2H+

CH3CHO+Cr(Ⅴ)+H2OCH3COOH+Cr3++2H+

②乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應產(chǎn)物的存在形式分析

上面機理分析說明，乙醇與酸性重鉻酸鉀的反應后的產(chǎn)物為CH3COOH和Cr3+,乙酸是無色的，因此反應后溶液的顏色變化取決于Cr3+存在的形式，研究表明溶液的pH不同，Cr3+存在的形式也不同，Cr3+存在的形式隨溶液的pH變化如圖1所示。

圖1不同pH 情況下Cr3+存在形式

圖1表明Cr3+在一般的酸性溶液中并非全部是真正的Cr3+（［Cr(H2O)6］3+），而是Cr3+和其水解產(chǎn)物的混合體，反應的離子方程式如下：

［Cr(H2O)6］3++H2O

［Cr(OH)(H2O)5］2++H+

而且進一步的研究表明水解產(chǎn)物還會進一步發(fā)生縮合反應，情況如下：

2［Cr(OH)(H2O)5］2+［Cr(H2O)4OHCr(H2O)4］4++2H2OOH

③ 乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應有關(guān)物質(zhì)電極電位分析

根據(jù)乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應機理的研究，分析反應過程中所涉及物質(zhì)的電極電位是判斷有些物質(zhì)是否存在的依據(jù)，也是可能生成物質(zhì)是否存在的判斷依據(jù)，所以乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應所涉及物質(zhì)的電極電位是很重要的，具體情況如下:

Cr2O2-7+14H++6e-2Cr3++7H2O

φ=1.33 V

Cr3++e-Cr2+

φ= - 0.41V

2H++2e-H2

φ= 0V

CH3CH2OH-2e-CH3CHO+2H+

φ<0.6 V

CH3CHO+H2O-2e-CH3COOH+2H+

0.6V <φ< 0.8V

CH3CH2OH+H2O-4e-

CH3COOH+4H+

0.8V<φ

④極化理論下溶液中Cr3+以及Cr2+顏色的分析

晶體場理論認為溶液中的金屬離子的顏色與金屬離子的電子層結(jié)構(gòu)、價態(tài)以及離子周圍配位體的種類密切相關(guān)，在對稱性晶體場中Cr2+（［Cr(H2O)6］2+）呈現(xiàn)藍色、Cr3+（［Cr(H2O)6］3+）呈現(xiàn)紫色，在溶液中由于兩者存在水解，因此水溶液中真正的Cr2+、Cr3+是不存在的，這時兩者在溶液中呈現(xiàn)的顏色應該是水解后形成新的離子的顏色，由于水解后，Cr2+、Cr3+水合離子中的水被一定的OH-取代，而OH-比H2O更易于極化，因此水解后離子的顏色將向長波方向移動,這和Fe3+［Fe (H2O)6］3+）是淡紫色，水解后變?yōu)辄S色的［Fe(OH)(H2O)5］2+過程相類似。

3.對乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應實驗問題的討論

通過乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應機理的分析可以看出， Cr2O2-7的還原產(chǎn)物為Cr3+，反應的后續(xù)過程或一開始能不能有Cr2+生成呢，這可從反應過程中離子濃度的變化以及乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應有關(guān)物質(zhì)電極電位看出Cr2+存在的可能性是很小的，因此筆者認為把Cr2O2-7的還原產(chǎn)物定為Cr2+是不準確的，之所以實驗出現(xiàn)綠色到藍色的變化，是由于反應開始生成Cr3+（［Cr(H2O)6］3+），隨后馬上又開始水解，分析表明這種水解的主要產(chǎn)物為［Cr(OH)(H2O)5］2+，進而使溶液的顏色出現(xiàn)綠色到藍色的變化，有研究表明水解的最終產(chǎn)物Cr(OH)3就是灰藍的，這從一個側(cè)面證明了綠色→藍色與Cr3+的生成以及水解密切相關(guān)，而且加入乙醇后的振蕩會加速水解的進行，因此不振蕩和振蕩在綠色→藍色的速度上就產(chǎn)生了差別，當實驗中酸性重鉻酸鉀溶液濃度很小時，這時Cr2O2-7還原產(chǎn)物Cr3+濃度也會很小，因此Cr3+水解生成的［Cr(OH)(H2O)5］2+等會更少，短時間對溶液顏色變化的影響不大。時間變長時，Cr3+水解生成的［Cr(OH)(H2O)5］2+等會多一些，這時對溶液的顏色就會有一些影響，這一過程可描述為如圖2所示模式。

圖2實驗過程顏色變化的過程機理

4.對乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應實驗問題的教學建議

作為高中教材（化學、生物）給出的乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗，其中涉及的問題特別是實驗現(xiàn)象的解釋是高中化學教學中不能回避的問題，因此研究乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗教學是非常重要的，從生物和化學關(guān)系看，化學教師更應該承擔起研究的重任，從前面的研究看，筆者認為乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗教學要把握如下要點：

⑴該實驗的現(xiàn)象可描述為：一般情況下溶液由綠色變?yōu)樗{色，最后溶液的顏色為藍色。

⑵實驗的化學反應原理為：

3C2H5OH+K2Cr2O7+4H2SO4

Cr2(SO4)3+K2SO4+3CH3CHO+7H2O

3C2H5OH+2K2Cr2O7+8H2SO4

2Cr2(SO4)3+2K2SO4+3CH3COOH+11H2O

⑶實驗中出現(xiàn)的各種復雜現(xiàn)象的解釋可以從以下兩個方面進行，不要進行過多解釋，防止增加學生負擔：

①開始是綠色，是由于生成的Cr3+水解的原因，后來變成藍色是水解進一步加強的體現(xiàn)。

②實驗過程中難免出現(xiàn)一些理論預期顏色和實驗事實顏色上的一些差別，例如大學有機教材描述的綠色、高中生物教材描述的灰綠色，諸如此類的問題可以從以下分析進行解釋：Cr3+水解生成了灰藍色Cr(OH)3，由于水解反應是可逆的，因此反應后溶液的最后顏色由反應：

Cr3+(紫色)+3H2O

Cr(OH)3(灰藍色)+3H+

進行的程度決定，因此出現(xiàn)一些差別也在情理之中。(收稿日期：2014-01-02)

1.問題的提出

普通高中課程標準實驗教科書《人教版》認為乙醇能夠被酸性重鉻酸鉀溶液氧化產(chǎn)物為乙酸，同時給出了實驗過程的彩圖，但是反應過程的原理，實驗現(xiàn)象的細節(jié)則沒有詳細說明，《蘇教版》、《魯教版》則沒有提及乙醇和酸性重鉻酸鉀溶液反應的情況，而生物學生用書《分子與細胞》中說明了乙醇和酸性重鉻酸鉀反應，反應后溶液變?yōu)榛揖G色，大學一般教材中認為乙醇能夠被酸性重鉻酸鉀溶液氧化產(chǎn)物為乙酸，同時也給出反應前后的溶液變化為由橙色變成綠色，并且認為反應原理為：

3C2H5OH+K2Cr2O7+4H2SO4Cr2(SO4)3+K2SO4+3CH3CHO+7H2O

3C2H5OH+2K2Cr2O7+8H2SO42Cr2(SO4)3+2K2SO4+3CH3COOH+11H2O

而一些期刊雜志認為重鉻酸鉀具有氧化性，反應實質(zhì)是羥基被重鉻酸鉀氧化成羧基，發(fā)生的是氧化還原反應，這也表現(xiàn)出酒精具有一定的還原性，反應原理為：

3C2H5OH+2Cr2O2-7（橙黃色）+16H+

4Cr3+（綠色）+3CH3COOH+11H2O

也有的期刊研究認為重鉻酸鉀具有氧化性，反應實質(zhì)是羥基被重鉻酸鉀氧化成羧基，發(fā)生的是氧化還原反應，這也表現(xiàn)出酒精具有一定的還原性，反應原理為

4C2H5OH+K2Cr2O7+3H2SO44CH3CHO+K2SO4+2CrSO4+7H2O

4CH3CHO +K2Cr2O7+3H2SO44CH3COOH +K2SO4+2CrSO4+3H2O

通過前面的分析可以發(fā)現(xiàn)，這些研究缺少反應機理的分析、實驗過程的現(xiàn)象描述、實驗現(xiàn)象的分析解釋等問題，同時也看到個別研究結(jié)果有一定的差異。

2.乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的研究

⑴實驗研究

乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗研究是非常重要的，我們期望通過實驗的數(shù)據(jù)分析，實驗現(xiàn)象的觀察，更好的認識乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實質(zhì)，實驗記錄見表1。表1乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗現(xiàn)象硫酸的濃度重鉻酸鉀的濃度無水乙醇的量試劑加入試管的方式實驗現(xiàn)象 2mL 30%硫酸溶液 2mL 1％重鉻酸鉀溶液 0.5 mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為淺綠色→

最后顏色變化不大 2mL 40%硫酸溶液 2mL 2％重鉻酸鉀溶液 0.5mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為淺綠色→最后為藍色 2mL 60%硫酸溶液 2mL 2％重鉻酸鉀溶液 0.5mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為綠色→最后為藍色 2mL 80%硫酸溶液 2mL 2％重鉻酸鉀溶液 0.5mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為綠色→最后為藍色 說明⑴硫酸濃度越大綠色變?yōu)樗{色越快；硫酸濃度以及重鉻酸鉀濃度越小出現(xiàn)的淺綠色變?yōu)榫G色越慢

⑵加入乙醇后振蕩變藍的速度很快，加入乙醇后不振蕩變藍的速度很慢

⑶濃度很小時，短時間淺綠色變化不大，長時間則變?yōu)榈乃{色⑵理論研究

乙醇與酸性重鉻酸鉀的反應在理論上的研究應該從化學反應機理、反應產(chǎn)物存在的依據(jù)以及形式等方面進行深入的探討，筆者認為應該從以下幾個方面進行。

①乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應機理的研究

一般認為硫酸加入重鉻酸鉀溶液中會發(fā)生一系列的化學反應，首先生成三氧化鉻，然后三氧化鉻和水反應生成鉻酸，有關(guān)反應如下：

K2Cr2O7+H2SO4K2SO4+2CrO3+H2O

CrO3+H2OH2CrO4

上述反應進行完畢后，酸性重鉻酸鉀溶液就配制完成，之后再加入乙醇，乙醇就會和鉻酸進行反應，反應的機理如下：

CrOOCH3CH2OH+HOOHCrOOOCH3CH2OH+H2O

CrOOOCH3CH2OH+4H+CH3CHO+Cr(Ⅳ)+3H2O

Cr(Ⅳ)+Cr(Ⅵ)2Cr(Ⅴ)

Cr(Ⅴ)+CH3CH2OHCH3CHO+Cr(Ⅲ)+2H+

CH3CHO+Cr(Ⅴ)+H2OCH3COOH+Cr3++2H+

②乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應產(chǎn)物的存在形式分析

上面機理分析說明，乙醇與酸性重鉻酸鉀的反應后的產(chǎn)物為CH3COOH和Cr3+,乙酸是無色的，因此反應后溶液的顏色變化取決于Cr3+存在的形式，研究表明溶液的pH不同，Cr3+存在的形式也不同，Cr3+存在的形式隨溶液的pH變化如圖1所示。

圖1不同pH 情況下Cr3+存在形式

圖1表明Cr3+在一般的酸性溶液中并非全部是真正的Cr3+（［Cr(H2O)6］3+），而是Cr3+和其水解產(chǎn)物的混合體，反應的離子方程式如下：

［Cr(H2O)6］3++H2O

［Cr(OH)(H2O)5］2++H+

而且進一步的研究表明水解產(chǎn)物還會進一步發(fā)生縮合反應，情況如下：

2［Cr(OH)(H2O)5］2+［Cr(H2O)4OHCr(H2O)4］4++2H2OOH

③ 乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應有關(guān)物質(zhì)電極電位分析

根據(jù)乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應機理的研究，分析反應過程中所涉及物質(zhì)的電極電位是判斷有些物質(zhì)是否存在的依據(jù)，也是可能生成物質(zhì)是否存在的判斷依據(jù)，所以乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應所涉及物質(zhì)的電極電位是很重要的，具體情況如下:

Cr2O2-7+14H++6e-2Cr3++7H2O

φ=1.33 V

Cr3++e-Cr2+

φ= - 0.41V

2H++2e-H2

φ= 0V

CH3CH2OH-2e-CH3CHO+2H+

φ<0.6 V

CH3CHO+H2O-2e-CH3COOH+2H+

0.6V <φ< 0.8V

CH3CH2OH+H2O-4e-

CH3COOH+4H+

0.8V<φ

④極化理論下溶液中Cr3+以及Cr2+顏色的分析

晶體場理論認為溶液中的金屬離子的顏色與金屬離子的電子層結(jié)構(gòu)、價態(tài)以及離子周圍配位體的種類密切相關(guān)，在對稱性晶體場中Cr2+（［Cr(H2O)6］2+）呈現(xiàn)藍色、Cr3+（［Cr(H2O)6］3+）呈現(xiàn)紫色，在溶液中由于兩者存在水解，因此水溶液中真正的Cr2+、Cr3+是不存在的，這時兩者在溶液中呈現(xiàn)的顏色應該是水解后形成新的離子的顏色，由于水解后，Cr2+、Cr3+水合離子中的水被一定的OH-取代，而OH-比H2O更易于極化，因此水解后離子的顏色將向長波方向移動,這和Fe3+［Fe (H2O)6］3+）是淡紫色，水解后變?yōu)辄S色的［Fe(OH)(H2O)5］2+過程相類似。

3.對乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應實驗問題的討論

通過乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應機理的分析可以看出， Cr2O2-7的還原產(chǎn)物為Cr3+，反應的后續(xù)過程或一開始能不能有Cr2+生成呢，這可從反應過程中離子濃度的變化以及乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應有關(guān)物質(zhì)電極電位看出Cr2+存在的可能性是很小的，因此筆者認為把Cr2O2-7的還原產(chǎn)物定為Cr2+是不準確的，之所以實驗出現(xiàn)綠色到藍色的變化，是由于反應開始生成Cr3+（［Cr(H2O)6］3+），隨后馬上又開始水解，分析表明這種水解的主要產(chǎn)物為［Cr(OH)(H2O)5］2+，進而使溶液的顏色出現(xiàn)綠色到藍色的變化，有研究表明水解的最終產(chǎn)物Cr(OH)3就是灰藍的，這從一個側(cè)面證明了綠色→藍色與Cr3+的生成以及水解密切相關(guān)，而且加入乙醇后的振蕩會加速水解的進行，因此不振蕩和振蕩在綠色→藍色的速度上就產(chǎn)生了差別，當實驗中酸性重鉻酸鉀溶液濃度很小時，這時Cr2O2-7還原產(chǎn)物Cr3+濃度也會很小，因此Cr3+水解生成的［Cr(OH)(H2O)5］2+等會更少，短時間對溶液顏色變化的影響不大。時間變長時，Cr3+水解生成的［Cr(OH)(H2O)5］2+等會多一些，這時對溶液的顏色就會有一些影響，這一過程可描述為如圖2所示模式。

圖2實驗過程顏色變化的過程機理

4.對乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應實驗問題的教學建議

作為高中教材（化學、生物）給出的乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗，其中涉及的問題特別是實驗現(xiàn)象的解釋是高中化學教學中不能回避的問題，因此研究乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗教學是非常重要的，從生物和化學關(guān)系看，化學教師更應該承擔起研究的重任，從前面的研究看，筆者認為乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗教學要把握如下要點：

⑴該實驗的現(xiàn)象可描述為：一般情況下溶液由綠色變?yōu)樗{色，最后溶液的顏色為藍色。

⑵實驗的化學反應原理為：

3C2H5OH+K2Cr2O7+4H2SO4

Cr2(SO4)3+K2SO4+3CH3CHO+7H2O

3C2H5OH+2K2Cr2O7+8H2SO4

2Cr2(SO4)3+2K2SO4+3CH3COOH+11H2O

⑶實驗中出現(xiàn)的各種復雜現(xiàn)象的解釋可以從以下兩個方面進行，不要進行過多解釋，防止增加學生負擔：

①開始是綠色，是由于生成的Cr3+水解的原因，后來變成藍色是水解進一步加強的體現(xiàn)。

②實驗過程中難免出現(xiàn)一些理論預期顏色和實驗事實顏色上的一些差別，例如大學有機教材描述的綠色、高中生物教材描述的灰綠色，諸如此類的問題可以從以下分析進行解釋：Cr3+水解生成了灰藍色Cr(OH)3，由于水解反應是可逆的，因此反應后溶液的最后顏色由反應：

Cr3+(紫色)+3H2O

Cr(OH)3(灰藍色)+3H+

進行的程度決定，因此出現(xiàn)一些差別也在情理之中。(收稿日期：2014-01-02)

1.問題的提出

普通高中課程標準實驗教科書《人教版》認為乙醇能夠被酸性重鉻酸鉀溶液氧化產(chǎn)物為乙酸，同時給出了實驗過程的彩圖，但是反應過程的原理，實驗現(xiàn)象的細節(jié)則沒有詳細說明，《蘇教版》、《魯教版》則沒有提及乙醇和酸性重鉻酸鉀溶液反應的情況，而生物學生用書《分子與細胞》中說明了乙醇和酸性重鉻酸鉀反應，反應后溶液變?yōu)榛揖G色，大學一般教材中認為乙醇能夠被酸性重鉻酸鉀溶液氧化產(chǎn)物為乙酸，同時也給出反應前后的溶液變化為由橙色變成綠色，并且認為反應原理為：

3C2H5OH+K2Cr2O7+4H2SO4Cr2(SO4)3+K2SO4+3CH3CHO+7H2O

3C2H5OH+2K2Cr2O7+8H2SO42Cr2(SO4)3+2K2SO4+3CH3COOH+11H2O

而一些期刊雜志認為重鉻酸鉀具有氧化性，反應實質(zhì)是羥基被重鉻酸鉀氧化成羧基，發(fā)生的是氧化還原反應，這也表現(xiàn)出酒精具有一定的還原性，反應原理為：

3C2H5OH+2Cr2O2-7（橙黃色）+16H+

4Cr3+（綠色）+3CH3COOH+11H2O

也有的期刊研究認為重鉻酸鉀具有氧化性，反應實質(zhì)是羥基被重鉻酸鉀氧化成羧基，發(fā)生的是氧化還原反應，這也表現(xiàn)出酒精具有一定的還原性，反應原理為

4C2H5OH+K2Cr2O7+3H2SO44CH3CHO+K2SO4+2CrSO4+7H2O

4CH3CHO +K2Cr2O7+3H2SO44CH3COOH +K2SO4+2CrSO4+3H2O

通過前面的分析可以發(fā)現(xiàn)，這些研究缺少反應機理的分析、實驗過程的現(xiàn)象描述、實驗現(xiàn)象的分析解釋等問題，同時也看到個別研究結(jié)果有一定的差異。

2.乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的研究

⑴實驗研究

乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗研究是非常重要的，我們期望通過實驗的數(shù)據(jù)分析，實驗現(xiàn)象的觀察，更好的認識乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實質(zhì)，實驗記錄見表1。表1乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗現(xiàn)象硫酸的濃度重鉻酸鉀的濃度無水乙醇的量試劑加入試管的方式實驗現(xiàn)象 2mL 30%硫酸溶液 2mL 1％重鉻酸鉀溶液 0.5 mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為淺綠色→

最后顏色變化不大 2mL 40%硫酸溶液 2mL 2％重鉻酸鉀溶液 0.5mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為淺綠色→最后為藍色 2mL 60%硫酸溶液 2mL 2％重鉻酸鉀溶液 0.5mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為綠色→最后為藍色 2mL 80%硫酸溶液 2mL 2％重鉻酸鉀溶液 0.5mL 重鉻酸鉀-硫酸-乙醇 溶液上層為綠色→最后為藍色 說明⑴硫酸濃度越大綠色變?yōu)樗{色越快；硫酸濃度以及重鉻酸鉀濃度越小出現(xiàn)的淺綠色變?yōu)榫G色越慢

⑵加入乙醇后振蕩變藍的速度很快，加入乙醇后不振蕩變藍的速度很慢

⑶濃度很小時，短時間淺綠色變化不大，長時間則變?yōu)榈乃{色⑵理論研究

乙醇與酸性重鉻酸鉀的反應在理論上的研究應該從化學反應機理、反應產(chǎn)物存在的依據(jù)以及形式等方面進行深入的探討，筆者認為應該從以下幾個方面進行。

①乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應機理的研究

一般認為硫酸加入重鉻酸鉀溶液中會發(fā)生一系列的化學反應，首先生成三氧化鉻，然后三氧化鉻和水反應生成鉻酸，有關(guān)反應如下：

K2Cr2O7+H2SO4K2SO4+2CrO3+H2O

CrO3+H2OH2CrO4

上述反應進行完畢后，酸性重鉻酸鉀溶液就配制完成，之后再加入乙醇，乙醇就會和鉻酸進行反應，反應的機理如下：

CrOOCH3CH2OH+HOOHCrOOOCH3CH2OH+H2O

CrOOOCH3CH2OH+4H+CH3CHO+Cr(Ⅳ)+3H2O

Cr(Ⅳ)+Cr(Ⅵ)2Cr(Ⅴ)

Cr(Ⅴ)+CH3CH2OHCH3CHO+Cr(Ⅲ)+2H+

CH3CHO+Cr(Ⅴ)+H2OCH3COOH+Cr3++2H+

②乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應產(chǎn)物的存在形式分析

上面機理分析說明，乙醇與酸性重鉻酸鉀的反應后的產(chǎn)物為CH3COOH和Cr3+,乙酸是無色的，因此反應后溶液的顏色變化取決于Cr3+存在的形式，研究表明溶液的pH不同，Cr3+存在的形式也不同，Cr3+存在的形式隨溶液的pH變化如圖1所示。

圖1不同pH 情況下Cr3+存在形式

圖1表明Cr3+在一般的酸性溶液中并非全部是真正的Cr3+（［Cr(H2O)6］3+），而是Cr3+和其水解產(chǎn)物的混合體，反應的離子方程式如下：

［Cr(H2O)6］3++H2O

［Cr(OH)(H2O)5］2++H+

而且進一步的研究表明水解產(chǎn)物還會進一步發(fā)生縮合反應，情況如下：

2［Cr(OH)(H2O)5］2+［Cr(H2O)4OHCr(H2O)4］4++2H2OOH

③ 乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應有關(guān)物質(zhì)電極電位分析

根據(jù)乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應機理的研究，分析反應過程中所涉及物質(zhì)的電極電位是判斷有些物質(zhì)是否存在的依據(jù)，也是可能生成物質(zhì)是否存在的判斷依據(jù)，所以乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應所涉及物質(zhì)的電極電位是很重要的，具體情況如下:

Cr2O2-7+14H++6e-2Cr3++7H2O

φ=1.33 V

Cr3++e-Cr2+

φ= - 0.41V

2H++2e-H2

φ= 0V

CH3CH2OH-2e-CH3CHO+2H+

φ<0.6 V

CH3CHO+H2O-2e-CH3COOH+2H+

0.6V <φ< 0.8V

CH3CH2OH+H2O-4e-

CH3COOH+4H+

0.8V<φ

④極化理論下溶液中Cr3+以及Cr2+顏色的分析

晶體場理論認為溶液中的金屬離子的顏色與金屬離子的電子層結(jié)構(gòu)、價態(tài)以及離子周圍配位體的種類密切相關(guān)，在對稱性晶體場中Cr2+（［Cr(H2O)6］2+）呈現(xiàn)藍色、Cr3+（［Cr(H2O)6］3+）呈現(xiàn)紫色，在溶液中由于兩者存在水解，因此水溶液中真正的Cr2+、Cr3+是不存在的，這時兩者在溶液中呈現(xiàn)的顏色應該是水解后形成新的離子的顏色，由于水解后，Cr2+、Cr3+水合離子中的水被一定的OH-取代，而OH-比H2O更易于極化，因此水解后離子的顏色將向長波方向移動,這和Fe3+［Fe (H2O)6］3+）是淡紫色，水解后變?yōu)辄S色的［Fe(OH)(H2O)5］2+過程相類似。

3.對乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應實驗問題的討論

通過乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應機理的分析可以看出， Cr2O2-7的還原產(chǎn)物為Cr3+，反應的后續(xù)過程或一開始能不能有Cr2+生成呢，這可從反應過程中離子濃度的變化以及乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應有關(guān)物質(zhì)電極電位看出Cr2+存在的可能性是很小的，因此筆者認為把Cr2O2-7的還原產(chǎn)物定為Cr2+是不準確的，之所以實驗出現(xiàn)綠色到藍色的變化，是由于反應開始生成Cr3+（［Cr(H2O)6］3+），隨后馬上又開始水解，分析表明這種水解的主要產(chǎn)物為［Cr(OH)(H2O)5］2+，進而使溶液的顏色出現(xiàn)綠色到藍色的變化，有研究表明水解的最終產(chǎn)物Cr(OH)3就是灰藍的，這從一個側(cè)面證明了綠色→藍色與Cr3+的生成以及水解密切相關(guān)，而且加入乙醇后的振蕩會加速水解的進行，因此不振蕩和振蕩在綠色→藍色的速度上就產(chǎn)生了差別，當實驗中酸性重鉻酸鉀溶液濃度很小時，這時Cr2O2-7還原產(chǎn)物Cr3+濃度也會很小，因此Cr3+水解生成的［Cr(OH)(H2O)5］2+等會更少，短時間對溶液顏色變化的影響不大。時間變長時，Cr3+水解生成的［Cr(OH)(H2O)5］2+等會多一些，這時對溶液的顏色就會有一些影響，這一過程可描述為如圖2所示模式。

圖2實驗過程顏色變化的過程機理

4.對乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應實驗問題的教學建議

作為高中教材（化學、生物）給出的乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗，其中涉及的問題特別是實驗現(xiàn)象的解釋是高中化學教學中不能回避的問題，因此研究乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗教學是非常重要的，從生物和化學關(guān)系看，化學教師更應該承擔起研究的重任，從前面的研究看，筆者認為乙醇與酸性重鉻酸鉀溶液反應的實驗教學要把握如下要點：

⑴該實驗的現(xiàn)象可描述為：一般情況下溶液由綠色變?yōu)樗{色，最后溶液的顏色為藍色。

⑵實驗的化學反應原理為：

3C2H5OH+K2Cr2O7+4H2SO4

Cr2(SO4)3+K2SO4+3CH3CHO+7H2O

3C2H5OH+2K2Cr2O7+8H2SO4

2Cr2(SO4)3+2K2SO4+3CH3COOH+11H2O

⑶實驗中出現(xiàn)的各種復雜現(xiàn)象的解釋可以從以下兩個方面進行，不要進行過多解釋，防止增加學生負擔：

①開始是綠色，是由于生成的Cr3+水解的原因，后來變成藍色是水解進一步加強的體現(xiàn)。

②實驗過程中難免出現(xiàn)一些理論預期顏色和實驗事實顏色上的一些差別，例如大學有機教材描述的綠色、高中生物教材描述的灰綠色，諸如此類的問題可以從以下分析進行解釋：Cr3+水解生成了灰藍色Cr(OH)3，由于水解反應是可逆的，因此反應后溶液的最后顏色由反應：

Cr3+(紫色)+3H2O

Cr(OH)3(灰藍色)+3H+

進行的程度決定，因此出現(xiàn)一些差別也在情理之中。(收稿日期：2014-01-02)