第七章第三节 乙醇的催化氧化实验探究 教学设计 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

人教版高中化学必修二第七章第三节：乙醇的催化氧化实验探究 1、 使用教材 该课题选自新人教版必修二第七章第三节《乙醇与乙酸》中乙醇的催化氧化实验，是高一学生必学内容。 2、 实验器材 （1）实验仪器：教学电源、输液套装、一支50ml注射器、三支10ml的注射器、五口烧瓶、电热炉、镊子、带铁圈的铁架台、带孔胶塞若干； （2）实验药品：直径0.58mm的铜线、无水乙醇、碱石灰、高锰酸钾溶液、希夫试剂、干燥CoCl2试纸。 （3）药品说明： ①希夫试剂的相关说明： 希夫试剂（Schiff）又称品红亚硫酸试剂，它能灵敏检测醛基，跟醛作用由无色变为紫红色。使用希夫试剂时，溶液中不能存在碱性物质和氧化剂，也不能加热，否则溶液会恢复品红的红色。乙醇与希夫试剂露置在空气中，较短时间内，溶液颜色不会变化。 ②CoCl2试纸的相关说明： 干燥氯化钴试纸呈现蓝色，露置在空气中因吸收空气中的水蒸气易变成淡粉色，吸收水分越多，粉色越深。 3、 实验改进要点 实验改进要点一：装置上的创新 环保，装置一体化，节约材料，产物验证齐全，且现象明显，科学严谨。 实验改进要点二：技术上的创新 （1）理念革新：用电加热方式，可减少明火带来的安全隐患； （2）环保科学：进行密封实验，进行尾气处理； （3）药品用量：用注射器添加无水乙醇、希夫试剂和高锰酸钾溶液，便于控时控量，节约药品，减少五口烧瓶的负重，便于操作； （4）简化操作：用简便方法检验乙醛，且产物水也一次性检验出来，简化操作且操作简便。 4、 实验原理和设计思路 （1）乙醇催化氧化原理： 乙醛与高锰酸钾反应原理： 5CH3CHO+2KMnO4+3H2SO4 = 5CH3COOH+2MnSO4+K2SO4+3H2O （2）实验设计思路如下，如图1所示： 图1 实验设计思路图 由此，设计出如下实验改进装置图，见图2和图3： 图2 实验改进装置整体图 图3 实验改进装置（五口烧瓶部分） 装置说明： ①将0.3平方（直径约为0.58mm）的铜丝连接在教学电源中的交流电（5A）的正负接线柱上。 ②用输液袋套装的优点是，可以将碱石灰盛装在静脉滴管中，以减少玻璃干燥管的使用，使五口烧瓶瓶身的负重减轻，将干燥CoCl2试纸穿在输液管的针头上，装置更简单。 5、 实验教学目标 （1）宏观辨识与微观探析：知道乙醇、乙醛的组成结构，掌握结构决定性质，性质决定用途。 （2）证据推理与模型认知：通过乙醇催化氧化实验创新模型建立，转化思维模型。 （3）科学探究与创新意识：通过提出问题，设计方案，进行实验，合作交流，培养学生科学探究意识。 （4）科学精神与社会责任：①微型实验，节约药品，培养学生节约意识。 ②培养学生环保意思，培养学生对社会的责任意识。 6、 实验教学内容 （1） 让学生动手操作完成教材上乙醇催化氧化的实验、观察现象，发现问题。 （2） 学生利用教师提供的乙醛相关性质的信息，各小组展开讨论，寻找解决问题的方案。 （3） 进行实验装置的改进设计，画出装置图。 （4） 学生按实验装置图动手实验，并反思评价。 （5） 教师对学生的设计及实验进行评价。 （6） 教师展示设计的改进装置图，并实验。 7、 实验教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 教师安排任务：完成必修2教材P78乙醇催化氧化实验，并思考实验中有哪些不足？ 学生动手完成实验，并思考，同时提出以下问题：一是闻到的气体一定是乙醛吗？二是乙醛是有毒气体，不能随意排放在空气中。三是该实验只是通过反应原理知道有乙醛和水生成，但是没有相应的实验验证。 让学生在实验过程中发现问题，并在教师的引导下提出问题，让学生经历科学探究的过程。 教师利用PPT展示乙醛相关性质：（1）能与银氨溶液，在水浴加热条件下产生银镜现象；（2）能与新制氢氧化铜在加热条件下产生红色沉淀； （3）能灵敏使希夫试剂由无色变为紫红色，且短时间空气不会使希夫试剂变色。引导学生思考如何解决问题。 同学们展开积极的讨论，重新制定方案，针对问题一：闻气味的方式改为用试剂检验；针对问题二，采用密封的方式；针对问题三，通入干燥的空气，装置内用无水硫酸铜检验产物中有水存在。 虽然高一教材上没有乙醛的相关化学性质，但让学生利用教师提供的信息进行分析、推理，再通过小组合作的方式去解决问题，培养学生证据推理、科学探究的学科核心素养。 教师安排任务：学生以小组讨论的方式在纸上画出实验改进装置图。 结合信息，小组讨论如何改进实验装置，并画出实验改进装置图，见图4、图5和图6。 图4 学生实验改进装置一 图5 学生实验改进装置二 图6 学生实验改进装置三 教师准备试管、酒精灯、教学电源、单孔/ 双孔橡皮塞、玻璃导管等实验仪器，无水乙醇、铜丝、无水硫酸铜、希夫试剂、新制银氨溶液、新制氢氧化铜悬浊液、热水等药品；教师安排任务：各小组根据自己设计的实验改进装置图进行实验。 各小组根据自己设计的实验改进装置图组装仪器、并实验。 让学生根据自己设计动手实验，锻炼学生动手能力。 教师安排任务：学生根据实验过程，反思评价自己设计方案的优缺点。 学生发言，评价自己设计方案的优缺点： 学生一：教学电源加热，避免了明火；铜丝由红变黑，由黑变红现象明显；但无水硫酸铜颜色变化不明显；明显观察到无色希夫试剂由无色变成紫红色，见图7。 图7 实验结束希夫试剂的颜色 学生二：无水硫酸铜现象不明显，可能是水太少，银氨溶液水浴加热时无银镜。 学生三：无水硫酸铜现象不明显，可能是装置容积太大，乙醛滞留在装置中；新制氢氧化铜溶液在加热时无红色沉淀。 促进学生在实验探究过程反思评价。 教师评价：学生能利用信息进行实验改进设计并实验，很棒！但还是忘了，乙醛有毒，没有进行尾气处理，不环保；可能会有水蒸气从检验乙醛的试剂中进入硫酸铜粉末，不严谨；无水硫酸铜现象变化不明显，可能是装置体积太大，水量太少，且在学生的实验中明显发现，直行玻璃管的右端有水珠，说明有水未进入到装有硫酸铜的干燥管。 学生聆听，思考。 教师补充评价学生实验改进中的优缺点，鼓励学生，帮组学生分析实验现象产生的原因。 展示教师设计的实验改进装置，见图8。并实验：检查装置中无水蒸气，检查装置的气密性，加药品，开始实验，观察铜丝颜色的变化，观察干燥氯化钴试纸颜色变化，待冷却至室温后加入无色希夫试剂观察其颜色变化，最后加入高锰酸钾溶液进行尾气处理。 图8 实验改进装置图 学生观察，并思考。 引导学生在实验过程多思考，多动手，激发学生化学学习的兴趣，培养学生的科学精神和社会责任。 8、 实验效果评价 整个实验过程操作方便、实验现象明显，实验过程中观察到的实验现象如下： （1）现象一：鼓入空气，加热铜丝，铜色由红色变为黑色；加入少量乙醇后，铜色由黑色变回红色，见图9；且这样操作，可以反复观察到该实验现象。这些明显宏观的现象可以帮助学生辨析乙醇催化氧化的本质。 图9 实验中铜丝的颜色变化 （2） 现象二：五口烧瓶内，CoCl2试纸顶部由蓝色变为粉红色， CoCl2试纸下部分蓝色变浅，见图10，这些明显的现象说明有水生成。 图10 实验中蓝色CoCl2试纸颜色的变化 （3）现象三：待装置冷却至室温后，加入无色希夫试剂，溶液由无色变为紫红色，且与乙醇使希夫试剂变色的现象做对比，见图11，这些明显的现象说明有乙醛生成。 图11 加入无色希夫试剂后溶液颜色变化 （4）现象四：最后，加入高锰酸钾溶液进行尾气处理，溶液颜色发生改变，见图12。 紫红变 成棕红 图12 加入高锰酸钾溶液后溶液颜色变化 1 学科网（北京）股份有限公司 $$