乙醛的氧化反应

实验九乙醛的氧化反应实验教学研究目的1．探讨乙醛与银氨溶液、新制的氢氧化铜反应的适宜实验条件及操作技能，掌握实验成败关键。2．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，培养良好的科学态度和方法。3．学习和探讨乙醛氧化反应演示实验的教法，训练演示技能。实验教学研究的内容1．乙醛与银氨溶液反应适宜的硝酸银浓度的探讨；2．乙醛与新制的氢氧化铜反应适宜的氢氧化铜混合液的PH、反应温度探讨。3．乙醛与银氨溶液反应或与氢氧化铜反应的实验教学。实验教学研究步骤一、课前资料收集与研究方案的设计1．思考与讨论(1)乙醛与银氨溶液、新制的Cu(OH)2反应的原理各是什么？乙醛与银氨溶液、新制的氢氧化铜反应成功的关键是什么？各有哪些影响实验的重要因素？(2)配制氢氧化铜时，对NaOH溶液和CuSO4溶液的浓度和滴加顺序有何要求？(3)乙醛与新制的Cu(OH)2溶液反应时，溶液的最佳PH大约为多少？(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？(5)乙醛与银氨溶液、新制氢氧化铜两个反应实验说明了乙醛的什么性质？如何通过演示实验来体现说明？2．阅读与资料收集阅读下列内容，明确实验目的与要求，明确实验成败的关键，收集好与本实验教学研究相关的资料。(1)本实验内容；(2)中学有关乙醛氧化反应的教材内容；(3)本实验中“参考资料”及有关文献。3．实验研究方案的设计在“思考与讨论”和“阅读与资料收集”的基础上，依据实验内容和实验条件，设计如下实验研究的初步方案：(1)乙醛与银氨溶液反应适宜的硝酸银浓度探讨。①设计比较质量分数分别为1%、2%、3%AgNO3溶液浓度配制的银氨溶液对银镜反应影响的实验方案。设计时注意选择适宜的氨水浓度，使银氨溶液的用量和银镜反应的温度等其它条件控制在同一水平，最好设计相应的表格进行试验。设计实验方案时还应注意反应试管的洁净、反应时温度、装置的要求、银镜生成的时间和质量的比较、注意反应后废物的处理等设计。②设计银氨溶液的配制方案和配制的要求(2)乙醛与新制的Cu(OH)2反应适宜的氢氧化铜混合液PH、反应温度探讨①设计比较Cu(OH)2混合液PH为9、11、13时，加热温度分别为80oC、90oC、100oC与乙醛反应的实验。注意乙醛浓度及用量的选择（比较实验时其它条件控制在同一水平），以及反应后废物的处理等设计。②注意设计不同PH混合液的配制方案。4．实验教学研究方案的设计根据乙醛氧化反应演示实验的教学目的，自选一个（或教师分配）实验进行演示教学设计。教案要求以演示技能构成要素为线索进行设计，将演示技能理论运用于教学实际。教案应在明确演示实验的教学目的：让中学生明确乙醛的还原性，易被弱氧化剂氧化；观察目的：通过观察银镜或红色物质的生成，说明乙醛具有还原性；观察重点的基础上进行设计。通过演示操作、指引观察、引导思考与讨论，让学生自己由银镜或红色物质生成的实验现象通过科学抽象获得结论，理解以上两个反应的过程和乙醛的还原性。上述设计的实验研究、实验教学研究两个方案于实验前交指导教师审阅。二、实验研究1．实验研究方案的介绍与评析由两位学生（每个实验一人，可由教师在审阅学生实验研究方案的基础上，有目的、有针对性地指定）分别介绍他们实验研究方案，并组织评析。评析实验研究方案应围绕“适宜实验条件探讨”方案是否可行、可操作、简单、安全、可靠及创意性如何进行，是否设计表格进行比较实验。在讨论交流的基础上，学生自我调整研究的初步方案。2．实验探究学生按调整后的实验研究方案进行实验探究。乙醛与银氨溶液反应时应注意：反应前试管的处理；银氨溶液必须随配随用，不可久置；银镜反应必须在水浴中加热；实验后废物的处理。乙醛与新制的氢氧化铜反应时应注意：NaOH溶液和CuSO4溶液的浓度、用量及滴加的顺序；新制氢氧化铜混合液的PH；加热时的温度。三、实验教学研究1．演示实验教学模拟由两位学生分别用自己探讨出的实验适宜条件分别进行上述两个演示实验教学模拟（由教师有目的地指定或由学生自己报名）。演示时，注意演示技能的应用及实验的成功。通过演示实验教学模拟，进一步训练师范生演示实验的教学技能。2．演示实验教学评议演示实验教学评议应围绕演示实验目的的达到、学生主体作用的发挥、实验的设计、演示的效果及其他教学技能进行。教师也可针对学生演示时存在的主要问题进行讲解、示范，并最后给予总结评定。学生进行自我完善。四、实验教学研究总结1．教师总结，布置新的实验教学研究任务。2．课后结合实验报告要点总结如下内容：(1)适宜实验条件研究结果、实验成功的关键；(2)银镜溶液的配制技术；(3)乙醛银镜反应的演示教学要点；(4)本次实验的最大收获。参考资料以下信息可供你进行研究时参考，你还可以继续查询其它的有关资料。1．银氨溶液及其配制银氨溶液的主要成分是氢氧化二氨合银，配制银氨溶液的主要反应是：AgNO3+NH3·H2O=AgOH+NH4NO32AgOH=Ag2O+H2OAg2O+4NH3+H2O=2[Ag(NH3)2]OHCH3CHO+2[Ag(NH3)2]OH→CH3COONH4+2Ag↓+3NH3↑+H2O氢氧化二氨合银是一种很弱的氧化剂，它能将乙醛中的醛基氧化为羧基，而银氨配合物中的银离子则被还原为单质银，均匀附着在试管的内壁，形成光亮的银镜，故又称为银镜反应。2．银镜反应实验应注意的问题：①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的银镜，只能生成黑色、疏松的银的沉淀。为此，可用去污粉、洗液、氢氧化钠溶液等洗涤试管，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。②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。若氨水过量，将会与溶液中的氧化银（Ag2O）结合，生成易爆炸的物质“雷爆银（Ag3N）”，不仅会影响试剂本身的灵敏度，而且加热时可能发生爆炸。有关反应为：3Ag2O+2NH3=3H2O+2Ag3N2Ag3N=6Ag+N2↑实践证明，随着氨水加入量的增大（指过量），析出银镜的时间延长，生成的银镜减薄，不光亮，甚至只能在试管壁上看到少许银斑，以至于实验失败，可见过量氨水对银镜反应的进行有着阻碍作用。为什么会出现这种情况呢？有关资料表明，在银氨溶液中起氧化作用的是[Ag(NH3)2]+，它在溶液中发生电离，生成Ag+和NH3。[Ag(NH3)2]+=Ag++2NH3在发生银镜反应时，溶液中Ag+逐渐被消耗，浓度逐渐变小，使得电离平衡向正方向移动，这样使银镜反应得以进行下去。但是，如果溶液中加入过量氨水，相当于增大了产物NH3的浓度，会使该电离平衡向逆反应方向移动，抑制了[Ag(NH3)2]+的电离,从而使得溶液中Ag+浓度相应减小,导致上述现象的发生。③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）等爆炸性沉淀物。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，实验结束时，也应及时清理掉过剩的银氨溶液。④加热必须在水浴中进行（水浴温度80o左右），不能用酒精灯直接加热，否则也有可能产生叠氮化银、氮化银等易爆性物质。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。⑤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HNO3加热除去（这一过程需在通风橱中进行），然后用水洗干净，以免放久发生爆炸。3．银镜反应的条件:银镜反应必须在微碱性溶液中进行，PH值一般应控制在9～10，这是因为在碱性溶液中醛的还原能力比在酸性溶液中强；但不能呈强碱性，因在强碱性溶液中加热银氨溶液，由于氨的失去，就会形成雷爆银。同时，PH11时，反应过快，产生大量黑色的银粒沉淀，不易得到银镜。4．银氨溶液浓度对银镜反应的影响如果银氨溶液的浓度过高，则反应速度太快，银的晶核量大。晶核就不能平缓而均匀地沉积形成银镜，而只能形成结构疏松的海绵状的黑色银粒。为使反应能够成银镜，要求反应物的浓度适当稀一些。一般情况下，银氨溶液的浓度在2%－5%范围内为宜，因而硝酸银溶液和氨水的浓度不能太高，一般以2%为宜，最高不超过5%。5．乙醛的浓度醛类化合物的浓度（确切地说是醛基的浓度）是影响银镜反应的重要因素。且浓度越大产生的银镜越差。浓度越小生成银镜的质量越好。乙醛的浓度一般为40%,但乙醛溶液放置久了之后容易发生聚合，生成三聚或多聚乙醛，聚合后的乙醛不溶于水，比重较小，浮于上部，使整个乙醛溶液分为两层，影响了溶液浓度。为此，乙醛试剂出厂时都加了稀硫酸，以防止或减少乙醛聚合，但造成乙醛试剂呈酸性，且引入了硫酸根离子。此外，乙醛与空气接触还能漫漫氧化成乙酸，由于硫酸银、醋酸银均为难溶物，使Ag+浓度降低，造成镀银不匀或彻底失败。在银氨溶液中加入未经处理的乙醛试剂，马上出现白色浑浊，就是这种原因。因此在做乙醛的银镜反应时，对于放置久了而分层的乙醛在实验前最好进行除杂处理。除杂方法：由于乙醛试剂呈酸性，同时混有CH3COO-、SO42-等干扰离子，所以在做银镜反应之前，向乙醛试剂中加足量氧化钙，浸泡30min后，取上层清夜即可。除杂原理：2H++SO42-+CaO=CaSO4↓+H2O2CH3COOH+CaO=(CH3COO)2Ca↓(乙醛试剂中)+H2O6．如何做好“银镜反应”如何使“银镜反应”获得百分之百成功？除了试管内壁刷洗干净外，再增加一道敏化工序。具体操作为：上课前先将试管做常规刷洗，即以少量去污粉加普通自来水用刷子刷洗试管内壁，再以自来水冲洗干净。关键的一步在课内进行，将敏化剂倒入试管使玻璃表层敏化，数秒后倒掉，再用少量蒸馏水清洗一次，以去除残留的敏化剂。紧接着，按课本所述把配好的银氨溶液倒入经敏化处理的试管，滴加乙醛，在热水浴中反应。不久，银光闪闪，光可鉴人的金属银层就能致密牢固地附着在试管上，“银镜反应”逐告完成。敏化剂的配制及其简单，取氯化亚锡少许，配成0.2‰的氯化亚锡溶液即可。因每次实验用量极少，实际操作中，可用牙签蘸取一点氯化亚锡粉末，溶于数十毫升蒸馏水中摇匀后备用，需要注意的是敏化剂应现配现用，不能隔夜，否则会失效。实验证明，用经过敏化剂处理后的试管做“银镜反应”成功率可达百分之百，银面光亮程度不亚于工业制镜的水平。7．银镜反应的改进：(1)不需加热的银镜反应。银镜反应的实验通常需要加热，下面介绍两种不需加热且简便易行的方法。①在洁净的试管中加入1mL2%的硝酸银溶液，一边摇动一边逐滴加入2%的稀氨水，直到产生的沉淀恰好溶解为止，然后加入1~2滴的乙醛溶液，再加入1～2滴5%的NaOH溶液，有褐色出现，进行振荡就会出现光亮的银镜。反应原理为：NH3·H2O+Ag+=AgOH+NH4+①AgOH+2NH3·H2O=［Ag（NH3）2］++OH-+2H2O②2［Ag（NH3）2］++2OH-+CH3CHO→CH3COO-+NH4++2Ag↓+3NH3↑+H2O③此实验中最后不加热而滴加NaOH溶液就是根据第三个反应原理，增大OH-溶液的浓度，提高反应速率使反应向生成银的方向移动。②于一支洁净的试管中加入2mL2%硝酸银溶液,然后加入1滴40%氢氧化钠溶液,振荡立即出现白色沉淀,随后又迅速变成褐色沉淀(这是因为硝酸银在碱性条件下生成的白色氢氧化银沉淀很不稳定,很快变成棕褐色的氧化银沉淀)；边振荡边向试管中滴加2%的氨水，直到沉淀恰好溶解为止，便得银氨溶液。在另一支洁净试管中加入0.5mL40%乙醛溶液，再加入3滴2%硝酸银溶液，振荡使混合均匀。然后将该混合溶液倾入上述所制备的银氨溶液中，振荡使混合均匀，静置，此时溶液呈无色、透明状态，约过半分钟，有棕色絮状沉淀产生。随着溶液颜色逐渐加深，在试管壁上有一层薄雾状的银析出，随即形成均匀明亮的银镜，整个实验过程约需2分钟即可完成。该方法操作简便，不需加热，现象明显，形成的银镜附着均匀，成功率高。(2)不加乙醛的银镜反应在强碱性条件下，银氨溶液本身也可得到光亮的银镜，无须含醛基化合物。银氨溶液存在如下平衡：2［Ag