p2o5 催化乙醇制乙烯实验反应条件的探究

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1、P2O5催化乙醇制乙烯实验反应条件的探究陆燕海1,王强2（1．德清高级中学,浙江湖州313200；2.长兴中学,浙江湖州313100）摘要：对中学化学全国新教材[1]中P2O5催化乙醇脱水制乙烯实验从反应加热的方式、KOH溶液的作用、乙醇浓度的选择等角度提出了几点疑义，通过我们的分析研究确定并提出了本实验更理想、更能满足实际需求的实验方法与实验装置。关键词：五氧化二磷；加热方式；氢氧化钾；乙醇浓度；实验装置中学化学实验室常用浓硫酸作乙醇制备乙烯实验的催化剂、脱水剂，但实验过程中存在耗时长、试剂用量大、乙醇炭化严重、乙烯纯度不高等弊端。因此，广大的化学工作者对该实验做

2、了大量积极的探索，相关的一些研究论文也时常见诸报端。全国高中化学新教材苏教版《有机化学基础（选修）》[1]（以下简称教材）中关于乙醇脱水制取乙烯的实验中另辟蹊径地介绍了改用P2O5作催化剂进行实验的装置图与具体操作。为方便探讨与行文，特将教材上的原文内容摘抄如下：[实验]组装如图4—9（即右图1）所示装置，在试管中加入2gP2O5并注入4mL95%的乙醇，加热，观察实验现象。经多次反复操作和分析该实验后，笔者最终认为教材所提供的实验装置与操作方法还存在一些细微和末节很值得我们进一步探讨。1．关于实验的加热方式若按教材要求使用酒精灯加热试管内的乙醇与P2O5的混合物，

3、由于升温速度快而极容易发生混合液暴沸，导致大量乙醇汽化涌出，不但造成原料上的浪费，大量热的乙醇蒸汽还会使稀酸性高锰酸钾溶液褪色而干扰乙烯检验；此外，酒精灯直接加热容易因受热不均匀使得试管内气流不稳定，倒吸现象发生几率高，影响实验安全。做过该实验的同行可能大都会有这样一个体会，用酒精灯加热试管后温度迅速上升，开始有少许气泡冒出，当加热到80℃左右时即有大量气泡生成，温度升至90℃以上时反应则已经非常剧烈，这一点也得到了很多文献资料的支持与认同[2～4]并同时认定乙烯在80℃—90℃即已生成。鉴于教材酒精灯加热的不足及文献的介绍，笔者不禁思考那是否可将本实验改为（沸）水

4、浴加热呢？实践发现，在用试管将乙醇和P2O5混合后即使直接在沸水浴中加热，试管中酒精大量汽化，但洗瓶内除开始因体系内气体受热膨胀出现气泡外，后来就根本不再有任何气体产生了，酸性高锰酸钾溶液也丝毫没有褪色的迹象。因此，我们认为一些文献[2][3]因反应混合物在80℃—90℃有大量气泡生成就此武断认为乙烯生成是不正确的。而水浴加热温度太低不足以使乙醇脱水成烯，故本方法不宜采用！笔者在尝试了多种不同加热方式，综合考虑后最终选定使用甘油浴的加热效果好。当丙三醇加热到124℃时，试管中的混合物开始出现少量气泡；至温度升至145℃以上（不高于170℃，以150℃—160℃效果最

5、佳）体系中乙烯气体即能持续产生，酸性高锰酸钾溶液迅速褪色。整个实验过程中，乙烯气流的产生相对比较平缓，重复多次上述实验也均未发生倒吸。综上所述，我们认为教材图示中的加热方式是欠妥当的，应将其修正，但一般所用的（沸）水浴加热温度过低，达不到乙烯产生的要求。而甘油浴加热既安全效果又明显，故不失为一种更好的选择！2．关于KOH溶液的作用众所周知，P2O5(P4O10的简式)3固体有很强的吸水性和脱水性。实验表明，当乙醇注入到盛有五氧化二磷的试管中时立即能听到剧烈的“吱吱”声响并伴随有大量的白雾产生。很多人认为该白雾属酸雾并就此认为，由于“五氧化二磷及反应产生的杂质都具有酸

6、性，因此需要选用KOH溶液洗气以消除杂质对检验乙烯时的影响”[3]；另外，KOH溶液也可以冷却吸收因汽化逸出的热乙醇蒸汽。教材可能也主要是基于上述几点的考虑而在本实验中选用了KOH溶液的洗气装置。但仔细分析研究后我们不禁疑惑，乙醇注入到盛有五氧化二磷的试管中时产生的白雾真的是酸雾吗？P2O5催化乙醇脱水制得的乙烯气体中究竟混有哪些（酸性）杂质？从图示分析可得KOH溶液至少在100mL以上，用量很大，难道杂质必须要用KOH溶液吸收，有没有其他更好的选择呢？实验1：在点滴板一凹穴中加一小药匙的P2O5固体并在上方放一润湿的pH试纸，滴加几滴无水乙醇。“吱吱”声响中产生大

7、量白雾，pH试纸上只出现少数几颗红点其余部分不变色。说明产生的白雾应为汽化的乙醇而并不会使试纸变色，但因P2O5固体与乙醇接触时过于剧烈会使少量P2O5粉末飘起粘附在试纸上而呈现出小红点。文献[5]记载，P4O10（即P2O5）和乙醇作用，因反应物相对用量不同，会生成酸性或中性的磷酸酯等，相关产物颜色、水溶性等性质[6][7]分别为：①磷酸单乙酯为淡棕色或无色油状液体，易溶于水，水溶液略带弱酸性；②磷酸二乙酯为无色油状液体，沸点203℃，溶于水[7]，水溶液呈强酸性反应；③磷酸三乙酯为无色微臭液体，易溶于水，沸点216℃。据此，笔者做了以下实验：实验2：按图2试