探究乙醇与酸性重铬酸钾溶液的反应

1实验五探究性实验设计——探究乙醇与酸性重铬酸钾溶液的反应实验目的：学会中学化学实验中探究性实验设计的一般过程与方法。实验要求：自行发现实验探究问题；自行设计探究性实验方案；实验实施与实验问题发现及记录；实验报告与分析。实验设计方案：一、探究问题的提出现行普通高中课程标准实验教科书，化学“有机化学基础”(选修5)，第52页实验3-2，介绍了乙醇被酸性重铬酸钾溶液的氧化，说明乙醇具有一定的还原性。这是新教材增加的演示实验。同时，最开始用于检查汽车酒后驾驶也是利用了这个反应的原理。在教材里，该实验介绍比较笼统，只是粗略的说了乙醇在重铬酸钾的酸性溶液中会变成蓝绿色，对于重铬酸钾溶液浓度以及酸性溶液的浓度没有详细的介绍。因此本小组成员想通过实验探究重铬酸钾最佳浓度以及酸性溶液的最佳浓度，检验所加硫酸的量对实验现象有何影响。由此得出实验的最佳反应条件。二、问题解决设想查阅相关文献，探究在硫酸浓度分别为30%、50%、70%、98%和重铬酸钾浓度分别为1%、2%以及15%的条件下，乙醇溶液与重铬酸钾酸性溶液反应的现象。鉴于在演示实验中，我们希望当乙醇溶液与重铬酸钾酸性溶液反应的时候，颜色渐变过程明显，这有利于学生的观察，而在检验司机酒后驾驶的时候，我们希望反应可以在快速的时间内完成。因此本实验的两个最佳条件的判断标准是：颜色渐变过程明显；反应快速进行。通过改变溶液的浓度以及体积比来探究不同条件下的反应现象，记录实验现象，由此探究适合不同应用的最佳条件。三、相关资料查阅综述在硫酸介质中，乙醇可定量被重铬酸钾氧化，生成蓝绿色的二价铬。乙醇被氧化的两个过程用化学方程式表示如下：4C2H5OH+K2Cr207+3H2SO4→4CH3CHO+K2SO4+2CrSO4+7H2024CH3CHO+K2Cr207+3H2SO4→4CH3COOH+K2S04+2CrSO4+3H20该反应比较灵敏，可用以鉴别司机是否酒后驾车。一般的酒精检测器里面填充的是经过硫酸处理的重铬酸钾硅胶。在很多的模拟实验中，我们一般采用70%的浓硫酸以及2&重铬酸钾溶液和乙醇溶液反应。目前已有学者进行一系列的对比实验，研究发现15％的重铬酸钾溶液和浓硫酸体积比达到1：1时，实验效果较好。基于以上的文献，我们小组分别设定了硫酸浓度为30%、50%、70%、98%以及重铬酸钾溶液浓度为1%、2%、15%的不同体积比的混合重铬酸钾酸性溶液，分别向其中加入等量的乙醇溶液，观察溶液的颜色变化。四、实验设计方案1.实验药品与仪器药品：浓硫酸乙醇溶液重铬酸钾仪器：烧杯试管滴管量筒天平2.实验步骤配制溶液1)分别配制质量分数为30%、50%、70%、98%硫酸溶液100mL；2)分别配制1%、2％和15%的重铬酸钾溶液100mL；3)乙醇溶液20mL。反应过程4)用10mL的量筒分别量取2mL1％的重铬酸钾溶液与1-4号试管中。5)按表1分别取不同体积的30%硫酸溶液加于试管中。6)观察各试管的现象，记录实验，振荡，观察其变化，记录实验现象。（同时录像并且拍照）7)按照上面的实验操作，改变硫酸溶液或者重铬酸钾溶液的浓度，进行实验，观察并记录实验现象。8)由于在配制15%的重铬酸钾溶液的过程中，发现15%的重铬酸钾溶液过饱和，溶于热水中，但是当温度降低的时候，重铬酸钾晶体不断析出，这说明过浓的重铬酸钾溶液不适合此实验。39)在混合重铬酸钾与98%的硫酸溶液的时候，发现有大量的热放出，甚至有炸裂试管的危险，这也说明过浓的浓硫酸不适合这个实验，因此也将其排除。10)具体实验记录如下：表130%硫酸溶液和1％的重铬酸钾溶液试管号1234体积比1：12：31：21：330%硫酸溶液/mL22221％的重铬酸钾溶液/ml2346乙醇溶液/滴10101010实验现象溶液上层变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置3min后，变成了绿色。溶液上层变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置3min后，变成了绿色。溶液上层变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置3min后，变成了绿色。溶液上层变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置3min后，变成了绿色。加入乙醇5s后加入乙醇40s后4振荡后振荡放置3min后表250%硫酸溶液和1％的重铬酸钾溶液试管号1234体积比1：12：31：21：350%硫酸溶液/mL22221％的重铬酸钾溶液/ml2346乙醇溶液/滴10101010实验现象溶液上层很快由浅绿色变成蓝色，中间层为浅绿色，下层为橙红色。振荡后变成浅蓝色。溶液上层很快由浅绿色变成蓝色，中间层为浅绿色，下层为橙红色。振荡后变成浅蓝色。溶液上层很快由浅绿色变成蓝色，中间层为浅绿色，下层为橙红色。振荡后变成浅蓝色。溶液上层很快由浅绿色变成蓝色，下层为橙红色。振荡后变成浅绿色，放置2min后变成蓝色。5加入乙醇5s后加入乙醇40s后振荡后振荡放置3min后表370%硫酸溶液和1％的重铬酸钾溶液试管号1234体积比1：12：31：21：370%硫酸溶液体积/mL22221％的重铬酸钾溶液/ml2346乙醇溶液/滴10101010实验现象溶液上层变成了浅绿色，很快变成浅蓝色，震溶液上层变成了浅绿色，很快变成浅蓝色，震震荡后溶液全部变成蓝绿色，放置3min红变震荡后溶液全部变成蓝绿色，放置3min红变6荡后溶液全部变成浅蓝色。荡后溶液全部变成浅蓝色。成浅蓝色。成浅蓝色。加入乙醇5s后加入乙醇40s后振荡后振荡放置3min后表430%硫酸溶液和2％的重铬酸钾溶液试管号1234体积比1：12：31：21：330%硫酸溶液体积/mL22222％的重铬酸钾溶液/ml2346乙醇溶液/滴10101010实验现象溶液上层变成了浅绿色，慢溶液上层变成了浅绿色，颜溶液上层变成了浅绿色，颜溶液上层变成了浅绿色，颜7慢变成蓝色，颜色变化非常缓慢。振荡静置振荡后慢慢由绿色变成蓝色。色变化非常缓慢。振荡静置振荡后慢慢由绿色变成蓝色。色变化非常缓慢。振荡静置振荡后慢慢游绿色变成蓝色。色变化非常缓慢。振荡静置振荡后慢慢游绿色变成蓝色。加入乙醇5s后加入乙醇40s后振荡后振荡放置3min后表650%硫酸溶液和1％的重铬酸钾溶液试管号1234体积比1：12：31：21：3850%硫酸溶液体积/mL22222％的重铬酸钾溶液/ml2346乙醇溶液/滴10101010实验现象最开始为绿色，很快变成蓝色，下面为橙红色，振荡后，立即变成蓝色。最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。振荡后立即变成蓝色。最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。震荡后慢慢变成蓝色。最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。震荡后慢慢变成蓝色。加入乙醇5s后加入乙醇40s后震荡后振荡放置3min后9表570%硫酸溶液和2％的重铬酸钾溶液试管号1234体积比1：12：31：21：370%硫酸溶液体积/mL22222％的重铬酸钾溶液/ml2346乙醇溶液/滴10101010实验现象最开始为绿色，很快变成蓝色，下面为橙红色，振荡后，立即变成蓝色。最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。振荡后立即变成蓝色。最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。震荡后慢慢变成蓝色。最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。震荡后慢慢变成蓝色。加入乙醇静置20后10震荡1振荡放置1min后五、实验分析由以上的实验现象和实验记录中，我们分析得出：1.当硫酸溶液浓度为70%，重铬酸钾浓度为2%时，实验的反应现象变化比较快，在滴入乙醇的时候可以看到溶液明显从浅绿色变成蓝色，同时溶液由浅绿变成浅蓝再变成深蓝色有比较清晰的变化过程，在硫酸溶液与重铬酸钾溶液体积比为1:1和2:3时，实验效果最明显。2.当硫酸溶液为50%，重铬酸钾浓度为2%时，实验的反应现象相对比较理想，尤其是在硫酸溶液与重铬酸钾溶液体积比为1:1时，溶液从反应速率和颜色渐变过程都很理想。3.当硫酸溶液浓度为30%，重铬酸钾浓度为2%时，反应非常缓慢，颜色变化很缓慢。4.当硫酸溶液浓度为70%，重铬酸钾浓度为1%时，反应速度相对比较快，但是颜色的变化不够明显。5.当硫酸溶液浓度为30%或者50%，重铬酸钾浓度为1%时，反应非常缓慢，颜色变化很缓慢。6.当硫酸浓度为98%时，混合重铬酸钾以及硫酸溶液时，放出大量的热，试管有炸裂的危险，因此不适合用于做此实验。当重铬酸钾溶液浓度为15%时，重铬酸钾溶液过饱和，溶于热水中，但是当温度降低的时候，重铬酸钾晶体不断析出，这说明过浓的重铬酸钾溶液不适合此实验。7.溶液放置一段时间后，蓝色会变深，查阅相关文献[4]：二价铬离子的氧化物和卤化物能稳定存在，二价铬化合物具有较强的还原性，在水溶液中，二11价铬离子与水形成络合物，呈蓝色。因此溶液放置一段时间后变成的蓝色是二价铬离子的络合物。这在最初的文献结果上作出的进一步的补充。这也是为什么最后溶液会变成了蓝色的原因。六、实验结论由以上的分析可知，当硫酸溶液浓度为70%，重铬酸钾浓度为2%时，实验反应速率较快，反应现象明显。当硫酸溶液与重铬酸钾溶液的体积比为1:1时，实验反应速率非常快，但颜色渐变效果略差，此比例更适合于检验司机酒后驾驶。当硫酸溶液与重铬酸钾溶液的体积比为2:3或者1:2时，颜色渐变明显，速率适中。这个浓度适合于演示实验和检验司机酒后驾驶。另外，硫酸溶液浓度为50%，重铬酸钾浓度为2%，两者体积比为1:1时，反应现象颜色渐变过程明显，速率也相对比较快，适合于课堂的演示实验。有一点需要提出的时，在课堂演示实验中，加入乙醇溶液后，不必马上振荡，可以观察到很明显的颜色变化过程，待1-2min后再振荡，可以观察到试管溶液全部变成蓝色。以上实验结论与郝金良[1]的实验结果相吻合。在此过程中，六价铬离子变成了二价铬离子，其中二价铬离子不稳定，容易与水形成蓝色络合物，这在最初的文献结果上作出的进一步的补充。这也是为什么最后溶液会变成了蓝色的原因。七、实验拓展化学是一门以实验为基础的学科。课堂教学中，演示实验是课堂教学的重要组成部分。它不仅直观、容易理解，说服力强，而且可以调动学生积极思维，激发学生的学习兴趣。现行普通高中高中课程标准实验教科书(化学必修2，第78页)在讲述乙醇性质时，提到了酒后驾驶检测仪。这部分内容没有演示实验，不仅教师讲授觉得空洞，学生也很难理解。司机酒后驾驶汽车容易肇事,不仅给国家、集体或个人的财产带来损失,而且还会给他人和自己的家庭造成不幸交通警察为了避免这种严重地行车违章现象,通常使用司机酒后开车检测仪对过路司机进行检查。根据中华人民共和国车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阀值与检验标准如下：12郝金良[1]的实验探究表明，将70％的硫酸溶液和2％的重铬酸钾溶液按1：2一l：3的体积比混合得到“强酸性的重铬酸钾溶液”，取这种溶液2mL，另取一试管加入0．5mL(10滴)乙醇，在酒精灯上稍加热使之汽化，然后用吸管吸取乙醇蒸气，再将蒸气挤入重铬酸钾溶液中(约需2吸管)，同样能逐渐看到出现蓝绿色的过程。该反应比较灵敏，可用于鉴别司机是否酒后驾车。在实际操作中，其方法是[3]：让司机呼出的气体接触载有经过硫酸处理过的强氧化剂三氧化铬的硅胶(具体方法在5毫升1:5稀硫酸中加入2克三氧化铬晶体制成桔黄色的透明溶液,然后用滴管将该溶液逐滴加入5毫升20%的硅酸钠溶液中,当出现白色沉淀时,慢慢滴加,边加边振荡,可得到黄色的硅胶,并将其附在一种特制的纸面上),如果呼出的气体中含有酒精蒸气,遇到三氧化铬就会被氧化成乙醛,三氧化铬同时被还原成硫酸铬用硫酸处理过的三氧化铬是桔黄色的,而硫酸铬是蓝绿色的，通过这种特制的硅胶的颜色变化,交通警察就可准确无误地判断出汽车司机是否喝过酒,然后做出相应的处理。由于各方面条件的限制，一般学校没有这种精密的仪器，为了满足教学上的需要，我们自制了简易的酒后驾驶检测仪，以下就是简易“酒后驾驶检测仪”的制作。1、制作原理交通法规定严禁酒后驾车。课本上介绍了一种简便的检测是否喝酒的方法，是让驾车人呼出的气体接触