中国现代教育装备
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 实验室建设  
基于绿色化学乙醇催化氧化一体化实验改进
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2024-4-30 17:27:47
  [导读]对苏教版教材中给出的乙醇催化氧化实验设计方案的不足之处进行了优化,使用硬质玻璃管、双联球、玻璃导管、脱脂棉等,设计出乙醇催化氧化及产物检验的一体化实验方案,改进后的实验装置简便,节约药品,实验现象明显,产物检验准确,为课堂教学提供了新的教学思路。
  一、对教材实验的分析

  化学是以实验为基础的学科,实验是呈现物质性质的最佳方式,让学生直观地观察实验现象是使其掌握物质性质的重要方法。对教材中的实验进行改进不仅可以提高教学质量,而且可以提升教师的教学水平,同时增强学生的学习兴趣和参与感。

  乙醇作为一种重要有机物,是学生学习有机化学的教学重点。《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(简称新课标)中规定乙醇的化学性质实验为学生必做实验。其中,乙醇催化氧化实验是对乙醇还原性的一次再认识过程,也是有机化学中以官能团来认识有机物性质的知识载体。教材中给出的乙醇催化氧化实验步骤为:向一支洁净的小试管中加入3~4 mL无水乙醇,将该试管浸入50 ℃左右的热水中。另取一根一端已经卷曲好的铜丝,将铜丝在酒精灯上烧至红热状态,迅速插入无水乙醇中,反复多次,观察铜丝颜色的变化,并感受整个实验过程中乙醇气味的变化[1]。照此步骤进行实验可观察到铜丝颜色经历红→黑→红的变化,且闻到刺激性气味。教材中对该反应的原理做了进一步解释:乙醇在铜、银等催化剂的作用下可以被氧化,生成具有特殊气味的乙醛(CH3CHO)[2]。

  学生在进一步学习了有机化学中醛基的性质后,利用新制氢氧化铜碱性悬浊液或澄清银氨溶液来检验产物乙醛,但发现实验现象并不是很明显。该实验过程中存在如下问题:第一,由于乙醇本身有气味且氧化产物乙醛有毒,仅通过闻气味的方法来确定氧化产物是乙醛缺乏可信度;第二,该实验是在一个非密闭体系中完成的,不符合绿色化学实验理念;第三,实验分两步进行,不能准确体现出铜是用作催化剂;第四,乙醇的使用量比较多,造成实验药品浪费,不符合节约理念;第五,缺少产物乙醛的检验,且存在产物检验不灵敏的问题。

  二、实验改进设计

  三、改进实验的效果说明

  四、改进实验的优点

  五、结语

  乙醇催化氧化实验是了解乙醇化学性质的重要途径。通过引导学生发现教材中相关实验的不足,可以培养学生的科学探究与创新意识的核心素养。改进后的实验符合化学实验设计科学性、绿色化、安全性、可行性和简约性的原则;同时通过直观的实验现象证明了乙醇在铜这一催化剂的作用下被氧化为乙醛。实验操作简单,现象明显,可作为演示实验开展。对教材中的学生必做实验进行改进,可以把实验简便化,提高学生的参与度,使其在实验中学习化学,增强学生的化学学科实践能力,培养学生的化学研究思维方法,发展学生的科学探究与创新意识、证据推理与模型认知等化学学科核心素养。

  参考文献

  [1] 普通高中课程标准实验教科书•化学2(必修)[M].南京:江苏教育出版社,2020.

  [2] 张婧,牛晨,韩秋霞,等.乙醇催化氧化实验的改进[J].化学教学,2019(10):58-61.

王占强 齐芙蓉 江苏省苏州实验中学


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