对五氧化二磷催化乙醇脱水反应的研究

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1、对五氧化二磷催化乙醇脱水反应的研究马春生1朱莹敏2（1．南京田家炳高级中学210037；2．南京市浦口区中等专业学校211800）化学教育2011年第6期摘要研究了不同反应条件下用P2O5催化乙醇的脱水反应情况，并用GC和GC-MS方法检测反应产物。提出对苏教版《有机化学基础》教材中“认识乙醇的脱水反应”教学内容的商榷意见。关键词乙醇脱水GC-MS五氧化二磷核心知识乙烯磷酸三乙酯1“认识乙醇的脱水反应”教材[1]内容[活动与探究]下列活动能帮助我们认识乙醇的脱水反应。实验：组装如图1所示装置，在试管中加入2g

2、P2O5并注入4mL95%乙醇，加热，观察现象。图1教材插图1．研究证实，P2O5是该反应的催化剂。此外浓硫酸、Al2O3也可作该反应的催化剂。请设计探究方案，比较不同催化剂的催化效果，将你的方案与同学交流。2．经过探究，你能判断乙醇所发生的反应是什么类型吗？2对乙醇与P2O5反应的研究王金龙、鞠东胜老师通过文献分析和实验探究，认为P2O5与乙醇共热发生醇解反应，而不是脱水反应，生成物为磷酸氢乙酯和磷酸二乙酯，实验中存在的质量损失“是乙醇气体的散逸”，高锰酸钾酸性溶液褪色“可能是乙醇与高锰酸钾酸性溶液发生了反

3、应”，他们在实验中的加热方式为：水浴70℃或90℃[2]。3教学中的困惑在教学实践中不少教师认为，学生不能用已有的催化剂知识对P2O5是乙醇脱水的催化剂进行解释；教材在实验后并未写出“CH3CH2OHC2H4↑+H2O”方程式，而是用了乙醇在浓硫酸作用下脱水的反应方程式，使学生不易接受；教师对实验装置中的KOH溶液有什么作用也感到疑惑。4GC-MS法对乙醇与P2O5反应产物的检测用GC（气相色谱）和GC-MS（气相色谱－质谱联用）技术对乙醇与P2O5反应产物主要进行检测。为排除乙醇与酸性高锰酸钾溶液反应的因素

4、，用浓硫酸除去气体产物中的水蒸气和乙醇，再将气体通入溴的四氯化碳溶液，检测气体能否与溴发生加成，从而证明乙烯的存在。7GC-MS法对乙醇与P2O5反应产物检测报告简述如下。4.1P2O5催化下乙醇的反应反应装置如图2所示。实验目的是检测在酒精灯加热和水浴条件下的反应中是否有乙烯生成，并获得GC-MS检测的实验样品。图2乙醇与P2O5在三颈瓶中反应的装置反应物加入到三颈瓶中的顺序是先加入P2O5，再加入95%乙醇，实验中的反应物用量和加热方式见表1。表1乙醇与P2O5在三颈瓶中反应的反应物用量和加热方式实验P2

5、O5/g95%乙醇量/mL加热方式实验124酒精灯实验228水浴70℃4.2等温固定床装置中P2O5催化下乙醇脱水反应反应装置如图3所示。实验目的是研究在高温条件下P2O5催化乙醇脱水反应的情况，与水浴或酒精灯加热下的反应情况作对比，并获得GC-MS检测的实验样品。图3乙醇与P2O5的等温固定床反应装置乙醇与P2O5的等温固定床反应实验中的温度、催化剂用量、乙醇的进料空速※乙醇的进料空速是指单位时间内单位质量的催化剂上通过的乙醇质量。单位为1/h见表2。表2乙醇与P2O5的等温固定床反应中的温度、催化剂用量、

6、空速实验名称温度(℃)P2O5的质量(g)进料空速/h实验320064.0实验425064.04.3实验现象表3乙醇与P2O5反应的实验现象实验名称实验现象三颈瓶内现象收集瓶内现象试管内现象实验1有无色液体溶液褪色7酒精加入时，立刻放出大量的白雾，开始有气泡产生，当用酒精灯加热时，气泡加快生成并沸腾，生成淡黄色粘稠状液体实验2酒精加入时，有少量白雾生成，刚开始有气泡产生，约30秒后不再产生气泡，反应一个小时，反应瓶内生成粘稠状液体有无色液体溶液不褪色实验3－－溶液褪色实验4－－溶液褪色根据上述实验现象可知，乙

7、醇与P2O5的混合物，在酒精灯加热或较高温度下，能反应生成使溴水褪色的气体（乙烯）。4.4GC法检测反应生成的气体(1)气体样品的采集实验1、2气体样品收集的方法：在试管内的溶液中有气泡产生的过程中，在锥形瓶与试管之间的导气胶管上，用进样针抽取60uL气体。实验3、4气体样品收集的方法：在气体分离器出口的导气胶管上，用进样针抽取60µL气体。(2)气体样品的GC检测气体样品检测仪器：采用离线的美国安捷伦公司Agilent-6890N气相色谱仪的TCD检测器和PoraparkQ毛细管色谱柱（校正因子面积归一法定

8、量分析计算）。气体样品色谱分析条件：TCD检测器；PoraparkQ毛细管色谱柱，载气为氮气，压力为0.06MPa；燃烧气为氢气，压力为0.05MPa；助燃气为空气，压力为0.1MPa；进样器温度200℃；检测器温度250℃；采用程序升温，初始柱温为50℃，恒温2min，然后以10℃•min-1的速率升温至110℃，恒温1min，接着以10℃•min-1的速率升温至150℃，恒温2min，以10℃•