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对乙醇脱水制乙烯实验的新研究

作者：刘　波　王程杰　 　时间：2007-8-1　　　　本文热度：　　　　等级：★★★

　　摘要：对苏教版全国普通高中化学选修教材《有机化学基础》中采用石棉绒作催化剂制取乙烯的实验进行了研究。同时，对乙醇制取乙烯的催化剂——浓硫酸、五氧化二磷和石棉绒的催化效果进行了比较。
　　关键词：乙烯制取；石棉绒；浓硫酸；五氧化二磷
　　文章编号：1005－6629(2007)05－0012－03中图分类号：G633.8 文献标识码：C
　　
　　中学化学实验室中常用浓硫酸作为乙醇脱水制取乙烯的催化剂、脱水剂，但是实验中存在很多的弊端，如：炭化现象严重影响观察，反应所需要的时间长，制取的乙烯纯度不高等。苏教版全国高中化学新教材——《有机化学基础》（选修）P69页，关于乙醇脱水制取乙烯的实验中，没有采用传统的方法即以浓硫酸作为催化剂，而是选用石棉绒作为催化剂制取乙烯[1]。教材中采用试管作为反应仪器，将乙醇和石棉绒加入其中用酒精灯进行加热，并用水进行洗气来制取乙烯（见下图）。石棉绒能否作为制取乙烯的催化剂，还需要从其反应机理来看。
　　
　　乙醇脱水反应是按照E1机理进行的，具体过程如下：
　　
　　在酸的作用下，乙醇分子上不容易离去的基团——C—O转变成易离去的基团，C—O键断裂脱水形成C+，C+的邻位碳原子上失去一个质子，一对电子转移过来中和正电荷形成双键。从反应机理上看，生成C+的一步是整个反应的速控步骤，还表明醇的脱水反应是一个可逆反应。因此可以通过控制H+的浓度即用较浓的酸来使反应向右进行，可以选用浓硫酸或五氧化二磷作为催化剂和脱水剂。另外，醇在350-400℃在氧化铝或者硅酸盐表面上脱水，也可形成双键[2]。如：
　　
　　石棉属于硅酸盐类矿物，化学成份是Mg6[Si4O10][OH]8，含有氧化镁、铝、钾、铁、硅等成分[3]。因此从理论上看石棉绒可以作为乙醇脱水制取乙烯的催化剂，那么它在实际操作中能否有良好的催化效果？与浓硫酸、五氧化二磷在实验室中的催化效果有什么不同？笔者对此进行了一系列的对比实验。
　　
　　1实验内容
　　
　　1.1催化剂的选择
　　采用浓硫酸作催化剂；
　　采用石棉绒作为催化剂，分别采用角闪石石棉和蛇纹石石棉；
　　采用五氧化二磷作催化剂；
　　采用浓硫酸和石棉绒作为混合催化剂；
　　采用五氧化二磷和石棉绒作为混合催化剂。
　　1.2 实验装置
　　
　　1.3 实验中乙醇的具体用量及催化剂用量
　　
　　1.4说明
　　实验采用具支试管作为反应容器。为了使实验结果具有明显的对比性，实验中检验乙烯的酸性高锰酸钾采用相同的配制: 在试管中加入3滴0.01mol/L的高锰酸钾稀释至5mL，再加入3滴1﹕1的盐酸，混合均匀。由于实验中浓硫酸、五氧化二磷及产生的杂质都具有酸性，因此选用KOH溶液洗气，消除杂质对检验乙烯的影响。另外，由于热的乙醇也能够使高锰酸钾褪色，为了保证实验中蒸发出的乙醇对实验结果没有影响，加做了一个空白实验，即不加入任何的催化剂采用和上述装置相同的装置进行加热，将乙醇蒸发经过盛有KOH溶液的洗气瓶，通入酸性高锰酸钾溶液中，发现高锰酸钾未褪色。说明在实验中乙醇没有

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