乙醛与氢氧化铜反应不同现象的探讨

06化学02班 小雪  20062401074

一、探究问题的提出

　   根据教材（选修五有机化学基础第三章第二节醛实验3-6）介绍,乙醛能被弱氧化剂新制Cu(OH)₂在碱性条件下氧化,此方法可用于检验醛基的存在,书上的实验步骤是在试管里加入10%的氢氧化钠溶液2mL，滴入2%的硫酸铜溶液4～6滴，得到新制的氢氧化铜，振荡后加入乙醛溶液0.5mL，加热。观察并记录实验现象^[1]。学生做这个实验时,出现了很多颜色变化,在本设计实验中我们通过设计多组实验，探讨乙醛与氢氧化铜反应不同现象产生的原因，并且探究乙醛与氢氧化铜反应生成砖红色沉淀的最佳条件。

二、问题解决设想

通过查阅文献，我们知道氢氧化铜的放置时间对反应影响不大，但是当实验研究碱性强弱不同时,氢氧化铜与乙醛反应就会出现不同的反应现象^[2]。我们设计多组实验，得到不同条件下出现不同现象的反应，每个反应在实验时都观察常温、微热、加热至沸腾及冷却后的实验现象,最后通过实验现象，以及查阅文献，思考，得到NaOH的浓度、硫酸铜的浓度以及不同的含铜物质、乙醛的用量和温度对反应的影响，从而探讨乙醛与氢氧化铜反应不同现象产生的原因。

三、相关资料查阅综述

在新制氢氧化铜跟醛反应实验的探讨^[3]一文中认为从溶液中新沉淀生成的氢氧化铜比较容易溶于NaOH溶液, 生成Cu(OH)₄^2一离子。Cu(OH)₄^2一离子和醛类溶液的反应才是均相反应, 反应速度较快。否则, 固体Cu(OH)₂颗粒和醛类反应, 即使有Cu₂O生成, 它沉积覆盖包裹在Cu(OH)₂颗粒上, 隔离了两种反应物, 使反应不能继续进行。

在关于乙醛还原氢氧化铜实验的研究^[4]一文中认为高浓度的氢氧化钠溶液有助于产生负氢离子，浓碱对乙醛还原有利。增大硫酸铜溶液的浓度可以增加铜离子与负碳离子反应的机会，降低负碳离子的浓度，阻止羟醛缩合反应的发生。他还认为降低乙醛对铜离子的量比可以消除羟醛缩合反应。

在乙醛与氢氧化铜反应两个条件的探讨^[2]一文中认为Cu(OH)₂ 新制与否此实验都能成功。当使用2 % CuSO4 溶液,15 %乙醛稀溶液时,NaOH 溶液的最佳浓度是8 %～10%。

    在乙醛和氢氧化铜反应实验成败原因分析^[5]一文中，我们可以知道。要保证本实验成功必掌握两个条件: 1、反应要在碱性溶液中进行。从而使醛的氧化加快。2、避免生成大量的氢氧化铜沉淀。按课本要求用量, 由于氢氧化钠用量不够, 在未加入乙醛时, 溶液中以氢氧化铜为主, 溶液的碱性也不够, 不利于反应的行。加入乙醛并加热后出现以上所述现象。

四、实验设计方案

实验用品:硫酸铜固体(分析纯)、氢氧化钠（分析纯）、乙醛（40% 分析纯）、小试管（30根）、酒精灯、石棉网、三脚架、烧杯（500mL）多个、烧杯（250mL）

多个试管夹、、波棒、药匙、胶头滴管数支、天平、量筒（5mL）数个

五、实验记录

1、实验步骤

在试管里加入指定浓度的氢氧化钠溶液2mL，滴入指定滴数的2%的硫酸铜溶液，得到新制的氢氧化铜，振荡后加入指定体积的乙醛溶液，观察常温现象、水浴加热，再直接加热。观察并记录实验现象，每个反应在实验时都观察常温、微热、加热至沸腾及冷却后的实验现象。

由于设计的实验比较多，而且如果水浴加热后，再直接加热至沸腾，一个下午是不能完成实验的，所以我们小组成员2人分别做水浴加热和直接加热。

1、黄XX实验记录

A、氢氧化钠浓度对实验现象的影响

 

结论：氢氧化钠最佳浓度：30 %NaOH

 

B、硫酸铜用量对实验现象的影响

 

结论：硫酸铜最佳用量：24滴

 

C、乙醛的用量对实验现象的影响

结论：乙醛最佳用量：1.5mL

 

最佳配比：30 %NaOH、24滴2%的硫酸铜、1.5mL乙醛。

 

2、小雪实验记录

 

A、氢氧化钠浓度对实验现象的影响

 

	NaOH 溶液浓度（2mL）	硫酸铜用量2%	乙醛的用量	常温现象	沸腾现象	冷却后现象
1	0	6滴	1mL	生成浅蓝绿生溶液	无明显变化	无明显现象
2	1 % NaOH	6滴	1mL	生成浅绿色溶液	无明显现象	无明显现象
3	5 % NaOH	6滴	1mL	生成草绿色溶液	逐渐生成红褐色沉淀，溶液为棕黄色	红褐色沉淀
4	8 % NaOH	6滴	1mL	生成兰绿色溶液	逐渐生成砖红色沉淀, 溶液为棕黄色	砖红色沉淀
5	10 %NaOH	6滴	1mL	生成绿色溶液	逐渐生成砖红色沉淀，颜色较4深,溶液为深棕色	砖红色沉淀
6	20 %NaOH	6滴	1mL	生成黄绿色溶液	逐渐生成红褐色沉淀，溶液为深棕色	红褐色沉淀
7	30 %NaOH	6滴	1mL	生成黄色溶液	生成黑红色沉淀，溶液为深棕色	黑红色沉淀

 

 

结论：氢氧化钠最佳浓度：对比之下，8%NaOH反应得到的沉淀颜色最正常，量最多。

 

B、硫酸铜用量对实验现象的影响

 

 

	NaOH 溶液浓度（最佳浓度）	硫酸铜用量	乙醛的用量	常温现象	沸腾现象	冷却后现象
1	2mL	1滴	1mL	生成黄色溶液	生成少量红褐色沉淀，溶液颜色为棕黄色	红褐色沉淀
2	2mL	3滴	1mL	生成黄绿色溶液	生成较多 红褐色沉淀，溶液颜色为棕黄色	红褐色沉淀
3	2mL	6滴	1mL	生成草绿色溶液	生产较砖红色沉淀，溶液为深棕黄色	砖红色沉淀
4	2mL	9滴	1mL	生成绿色溶液	生成较多砖红色沉淀，沉淀亮而易观察，溶液为深棕黄色	砖红色沉淀
5	2mL	15滴	1mL	生成比4深的绿色溶液	生成较多砖红色沉淀，沉淀量比4相近，溶液为深棕黄色	砖红色沉淀
6	2mL	24滴	1mL	生成深绿色溶液	生成较多砖红色沉淀，沉淀量与前3个相近，溶液为棕黄色	砖红色沉淀

 

结论：硫酸铜最佳用量：相比之下，4、5沉淀最多，颜色做好。5较4好！

 

C、乙醛的用量对实验现象的影响

 

	NaOH 溶液浓度（最佳浓度）	硫酸铜用量2%（最佳用量）	乙醛的用量	常温现象	沸腾现象	冷却后现象
1	2mL	15滴	0.5mL	蓝色溶液	溶液由蓝色变成绿色，再变成深黄色，最后 棕黄色，生成少量红褐色沉淀	红褐色沉淀
2	2mL	15滴	1.0mL	生成绿色溶液	溶液由绿色，再变成深黄色，最后 棕黄色，最后生成砖红色沉淀，颜色亮而易于观察	砖红色沉淀
3	2mL	15滴	1.5mL	同上	溶液由绿色，再变成深黄色，最后 棕黄色，最后生成砖红色沉淀，沉淀量与2一样	砖红色沉淀
4	2mL	15滴	2.0mL	生成蓝色溶液	溶液由绿色，再变成深黄色，最后 棕黄色，最后生成暗红色沉淀，沉淀颜色较暗，不好	暗红色沉淀

结论：乙醛最佳用量：对比之下，2、3实验的沉淀颜色比较好。考虑药片节省原则，选取1mL。

 

最佳配比： 8%NaOH、15滴硫酸铜、1mL乙醛。

六、相关问题探讨

1．实验结果讨论

在我们小组成员黄艳雯同学所做的用水浴加热的实验中，得到的最佳配比：30%NaOH、24滴2%的硫酸铜、1.5mL乙醛。与所查文献不符合，其原因可能如下，高浓度的氢氧化钠溶液有助于产生负氢离子，浓碱对乙醛还原有利。故在做氢氧化钠浓度对实验现象的影响时，在水浴中加热又较为均匀，反应不激烈，较直接加热温和，故生成沉淀最好的是30%的NaOH；而增大硫酸铜溶液的浓度可以增加铜离子与负碳离子反应的机会，降低负碳离子的浓度，阻止羟醛缩合反应的发生，而且由于在探讨NaOH用量时，艳雯同学使用了最大浓度的NaOH作为最佳浓度，使用的CuSO₄需要量增加，如在探讨CuSO₄用量的时候，观察得到的是24滴的沉淀最好最多，而由于前面2种反应物的用量都增加，故最后需要的乙醛也会增加。但是在A组和C组的实验中，溶液都有分层现象，是不好的现象。

在我所做的实验中，我是用直接加热的方法，在探讨NaOH浓度时，我所观察到8%和10%的沉淀量较多，沉淀颜色较好，而2个相对比，感觉8% NaOH参与反应生成的沉淀颜色最好，亮而易于观察，颜色为砖红色。在探讨2%的硫酸铜用量时候，对比6组实验，4、5沉淀最多，颜色最好，相比之下，觉得5颜色比4好。故选用15滴2%的硫酸铜进行下一实验，在探讨乙醛的用量的时候，对比之下，2、3沉淀的量和颜色都非常相似，乙醛用了少了，或者多了，生成沉淀都不好，考虑节省药品原则，我选取了1mL作为最佳用量！故我得到的最佳配比是最佳配比： 8%NaOH、15滴硫酸铜、1mL乙醛。

为什么我们2人所做的实验会有如此大差别，结合文献^[6]，和思考实验，我认为是由于该反应受多种因素的影响,副反应较多,难以得到预期的实验结果,且重复性不是很好。故2人的实验差别较大，与文献或者实验值也有很大的区别，但是由于时间问题，我们只有一个下午的时间来配置各种溶液，和做3、4组实验，不能有更多的时间进行深入研究。

至于温度对反应的影响，对比水浴实验和直接加热实验，我认为在其它试剂都适宜的情况下,我们认为最适宜的温度是,把反应混合物加热到沸腾,稍冷后观察。但是加热到沸腾就应该停止加热，否则加热过度，会发生副反应，生成黑色的氧化铜。

而在以上实验中，不论乙醛用量多少,乙醛都发生羟醛缩合反应(“也不论乙醛浓度大小,都会发生羟醛缩合反应”^[7] ) 。所以,我们不可能通过改变乙醛的浓度和用量来抑制羟醛缩合反应。其反应机理如下：

2、乙醛与氢氧化铜反应的原理

新制Cu(OH）₂与乙醛发生反应生成砖红色的Cu₂O沉淀：

 

 

反应机制如下：

 

 

 

 

 

副反应：