文章编号：1005－6629(2009)02－0012－03中图分类号：G633.8文献标识码：C 普通高中课程标准实验教科书《有机化学基础》（选修）[1]的第69页中曾提到：乙醇可在Al2O3作用下发生脱水反应。教材虽然没有对其作进一步描述，但由于这一内容在以往的高中化学教材从未提及，因此，教师们对此既迷惑又很感兴趣，苦于各套高中教材均没有给出乙醇在Al2O3作用下发生脱水反应的具体条件与实验的装置，教师们相继尝试了各套教材中实验室制己烯的装置与方法来做上述实验，但均未能成功。笔者查阅了国内的相关资料，也未发现对该实验的深入研究，由此笔者对其进行了如下的探索。
从反应机理来看，乙醇脱水反应是按照单分子消除(E1)机理进行的[2]：
在酸的作用下, 乙醇分子上不容易离去的基团―C―OH转变成易离去的基团―C―O＋H2, 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, 且醇的脱水反应是一个可逆反应。可以通过控制H+的浓度即用较浓的酸来使反应向右进行, 因此宜采用酸性物质作为催化剂。那么，Al2O3能否作为乙醇脱水的催化剂呢？
大学教材《基础有机化学》[3]第277页提到：在工业上，常用醇于350℃～400℃(另有资料显示为350℃～450℃[4])在氧化铝或硅酸盐表面脱水，此反应不发生重排，如：
C2H5OH CH2=CH2+H2O
活性氧化铝是工业上乙醇法制乙烯的主要催化剂，其反应温度一般为420℃左右。
从理论分析，氧化铝作为乙醇脱水制乙烯的催化剂是可行的，根据上述反应条件，笔者设计了如下的实验：
1 反应装置
2 实验过程与现象
3 实验分析与结论
从上述实验中可知，将乙醇吸附在石棉绒中，有利于乙醇产生稳定的蒸汽，同时也可作为催化剂的载体，而石棉绒本身在这种状况下并没有起到明显的催化效果，因此，此处的石棉绒也可用其他具有一定耐温性与吸附性的材料代替，如：用红砖砸成赤豆大小的颗粒。
4 实验的重现性
上述实验中，笔者选用的是上海化学试剂公司生产的γ-活性氧化铝。针对中学实验室的实际情况，笔者选择了上海与浙江几所不同学校实验室所存的标准与规格各不相同的各种活性氧化铝及无水乙醇进行实验，均能收到良好的实验效果。但由于不同的氧化铝的颗粒大小规格不同，其表面积也会不同，因此用量会有所区别，若颗粒较大，则要适当增大用量才能收到同样的催化效果。大颗粒的活性氧化铝因不易被底部的乙醇浸润，颗粒间空隙大，透气性好，且实验后也更容易与石棉绒或脱脂棉分离，所以在本实验中使用会更方便。笔者曾用一种豆状的活性氧化铝颗粒（直径约7mm），重复上述实验，每次用量为5g，均能在1～2分钟内使酸性高锰酸钾或稀溴水褪色。
值得特别注意的是，乙醇在加热的条件下能使酸性高锰酸钾、溴水及溴的四氯化碳溶液褪色，因此，生成的气体必须经过充分水洗，从而除去其中乙醇蒸汽并降温。如果将热的乙醇蒸汽直接通入酸性高锰酸钾或溴水或溴的四氯化碳溶液中，也能使这三者完全褪色。
5 结论
据上述研究表明，活性氧化铝可以作为乙醇脱水制乙烯的催化剂，具体的方法是：先将2.5mL乙醇吸附在0.2g石棉绒中，乙醇量可根据实验所需乙烯的多少确定，两者的用量以保持石棉绒表面干燥或半干燥状态为宜（否则氧化铝会被浸润而影响升温的速度），再在石棉绒上加2g活性氧化铝，加热时，可先在氧化铝的上部加热，当氧化铝的温度较高时，再让酒精灯火焰稍稍下移，以产生乙醇蒸汽，并利用火焰的上下位移，控制乙醇蒸汽的量，从而控制反应的速率。
上述反应装置是用于乙烯检验的，若用收集装置代替装酸性高锰酸钾或溴水的装置，即可用于乙烯的制取。
6 研究意义
活性氧化铝是中学化学实验室常备的药品，使用简单安全。因此，在该实验中，用活性氧化铝作为乙醇脱水制乙烯的催化剂，具有如下的优势：
首先，与传统的浓硫酸法相比，具有如下优点：①装置简单，该实验只需将活性氧化铝加热到较高温度即可，反应温度为350℃～450℃，比较宽泛，在课堂实验中不需控制温度即可收到较好的实验效果；②操作简单，没有安全隐患；③几乎无副反应发生，没有碳化现象；④反应速率快，实验效率高，若只检验乙烯的生成，在酒精灯火焰较大时，只需加热1～2分钟，产生的乙烯即可使稀溴水或酸性高锰酸钾褪色；⑤更环保，该实验充分反应后，乙醇会完全消耗，颗粒状的活性氧化铝，很容易与石棉绒或其他载体分离，可回收与重复使用，因此无废弃物产生。
活性氧化铝是当前工业上乙醇法生产乙烯的主要催化剂，将工业生产的方法应用课堂教学，能让学生的学习更加贴近社会实际，更能体现化学知识的价值所在，有利于激发学生的学习兴趣。
所以，将用乙醇在活性氧化铝催化下制乙烯的方法应用于课堂的教学，不仅是面向当前的社会实际，也是面向未来的教学。由此，笔者建议将上述实验应用于中学化学的课堂教学之中。
参考文献：
[1]王祖浩.普通高中化学课程标准实验教科书《有机化学基础》（选修）[M]. 南京：江苏教育教育出版社，2006：69.
[2]章烨.有机化学 [M]. 北京：科学教育出版社，2006：227.
[3]刑其毅，裴伟伟，徐瑞秋等.基础有机化学(上册)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2005：277.
[4]章烨.有机化学[M].北京：科学教育出版社，2006：228.
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文