探究乙醇制乙烯的实验方法

探究95%的乙醇制乙烯的实验方法

摘要：本次实验我们小组成员探究了几种不同催化剂对该反应的影响，通过实验的现象以及反应的时间，比较各种催化剂的优缺点，及其探究较好的实验方案。本次实验所探讨的催化剂有浓硫酸，浓硫酸与浓磷酸的混酸，五氧化二磷固体以及三氧化二铝固体四种催化剂。

关键词：乙醇 乙烯 脱水 催化剂 褪色

一． 背景介绍

目前，中学化学实验室常用浓硫酸作乙醇制备乙烯实验的催化剂、脱水剂，但实验过程中存在耗时长、试剂用量大、乙醇炭化严重、乙烯纯度不高，并且反应中极易出现副反应等弊端。通过其反应机理得知，乙醇是脱失制得的乙烯，因此，我们可以选择合适的脱水剂作催化剂替代浓硫酸进行实验，以减轻炭化及副反应的发生。

二． 实验过程

（一） 实验目的

1. 了解实验室乙醇制乙烯的各种不同的方法，并且探究较优的实验方法；

2. 掌握乙烯的物理及化学性质，了解其检验方法。

（二） 实验原理

1. 乙醇制乙烯的实验反应方程式：

0H CH CH OH H C 22252+↑=−−→−催化剂

乙醇在催化剂的作用下发生消去反应，消去一分子的水生成乙烯，故所使用的催化剂要具有脱水性，而根据催化剂的不同，反应的条件以及实验的装置也会有所不同。

2. 本实验可选用的催化剂有浓硫酸（酸醇比为3:1），浓硫酸与浓磷酸的混酸（两种酸的体积比为1:1），五氧化二磷固体，三氧化二铝固体。

3. 乙烯的性质：乙烯为无色稍带气味的气体，其密度比空气密度略小，不溶于水，因此收集此气体时，一般用排水法。乙烯分子因具有一个碳碳双键而具有还原性，可以使溴水及酸性高猛酸钾溶液褪色，可以利用此性质检验气体。乙烯分子的含碳量高达85.7%，故在空气中燃烧时燃烧不充分，会看到有明亮的黄色火焰，并且有浓烈的黑烟生成，利用此现象也可以验证气体，但是在点燃的时候要注意气体的纯度，若气体不纯，容易发生爆炸。

（三） 实验仪器及试剂

仪器：圆底烧瓶，带导管的双孔塞及单孔塞，导气管，洗气瓶，4支小试管，

1支大试管，量筒，集气瓶，水盆，铁架台，铁夹，酒精灯，石棉网， 玻璃丝绵，盖玻片，火柴，温度计，天平

试剂：95%的乙醇，98%的浓硫酸，浓磷酸，五氧化二磷固体，三氧

化二铝固体，10%NaOH溶液，浓溴水，高锰酸钾溶液，稀盐酸，碎瓷片

(四)实验装置

（四）实验步骤

1.用浓硫酸做催化剂

（1）连接实验装置1，检查装置气密性。取5mL乙醇放入圆底烧瓶中，再缓慢加入15mL浓硫酸，边加边搅拌。向洗气瓶中加入稀释后的NaOH 溶液。

（2）加热圆底烧瓶，使反应温度迅速升到170℃左右，保持此温度下发应，直到均匀产生气体。

（3）取两支小试管，向其中的一支加入约四滴的浓溴水，另一支加入一滴高锰酸钾溶液和2~3滴稀盐酸，将两支试管均用水稀释到试管的2/3处，另取两支小试管分别将刚才配置的溶液一分为二，以作对照。

（4）将气体分别通入到盛有溴水和酸性高锰酸钾的小试管中，观察实验现象，记录反应时间。

2.用浓硫酸与浓磷酸的混酸做催化剂

（1）连接实验装置1，检查装置气密性。在圆底烧瓶中加入5mL 乙醇，再加入7.5mL的浓磷酸，7.5mL的浓硫酸，洗气瓶中装入稀释后的

NaOH溶液。

（2）加热圆底烧瓶，重新配置溴水与酸性高锰酸钾溶液，将气体分别通入两种溶液中，观察实验现象，记录反应时间。

3.用五氧化二磷固体作催化剂

（1）连接实验装置1，检查装置气密性。快速称取10g的五氧化二磷固体于圆底烧瓶底部，再加入5mL乙醇，加入几片碎瓷片，洗气瓶中装入水。

（2）加热圆底烧瓶，注意加热温度，使其保持沸腾即可，防止温度过高产生爆沸。将气体通入到配置好的溴水和酸性高猛酸钾溶液中，观察实验现象，记录反应时间。

4.用三氧化二铝固体做催化剂

（1）连接实验装置2，检查装置气密性。向大试管中加入5mL乙醇，在试管的2/3处放入少许的玻璃丝绵，放上2cm左右的三氧化二铝固体，再放入一些玻璃丝绵，洗气瓶中放入水溶液。

（2）先加热三氧化二铝固体约2min，再加热乙醇，反应发生后将气体通入到配置好的溴水和酸性高猛酸钾溶液中，观察实验现象，记录反应时间。

三．结果与讨论

建议使用浓硫酸与浓磷酸的混合酸或者32l O A 固体，这两种物质作催化剂时，反应条件简单，温度比较容易控制，实验现象较易观察，而且反应的时间也比较适中，可以保证收集到所需要的气体，不会造成原料的浪费，并且这两个催化剂反应时比较容易成功，而52O P 固体做催化剂时若反应物的比例不恰当，可能会导致实验的失败，并且气体中会有白烟，也不利于观察气体的颜色状态，会导致学生错误的认识。综上，得出，实验室制取乙烯的最佳两种催化剂分别是浓硫酸和浓磷酸的混酸，32l O A 固体。

2.对浓硫酸做催化剂时的讨论

浓硫酸做催化剂时，由于浓硫酸的脱水性可以使反应发生制的乙烯，然而浓硫酸又同时具有强酸性和强氧化性，导致副反应的发生而生成22SO CO 、等杂质气体，为了减少此类非反应的发生，我们可以降低浓硫酸的酸性和氧化性，因此，我们可以使用浓磷酸和浓硫酸的混酸来进行实验。另一方面，我们还可以加入大理石块从而降低浓硫酸的酸性，也可以达到减少炭化现象的目的。

3.对52O P 固体做催化剂的讨论

该反应在酒精灯加热时在80~90℃即会有大量气体冒出，然而此时并不能够认为反应已经开始，此时只是乙醇的沸腾，应继续加热到150℃左右方可，并且温度要迅速上升到反应温度，否则乙醇会因为气化而损失，热的乙醇蒸汽还会使

稀酸性高锰酸钾溶液褪色而干扰乙烯检验。按本实验的装置该反应的温度也很不好控制，容易受热不均匀而使试管内气流不稳定，倒吸现象发生几率高。介于以上的各种原因，我们可以借助于油浴加热，查相关文献得知，使用甘油浴的效果比较理想。

4.对32l O A 固体作催化剂的讨论

乙醇脱水制乙烯，最早在工业上使用的催化剂是将磷酸负载在白土上。但由于腐蚀和催化剂表面严重积炭，所以寿命很短，必须频繁再生。后来发现使用活性氧化铝可大大减缓催化剂表面的积炭，此后研带 的催化剂多以活性氧化铝为催化主体，再经掺入或浸渍酸性物质制得高活性催化剂。日本的Kojima 等【l ¨研究发现氧化铝中的碱金属离子、硫铁氧化物对催化脱水性能有很大影响，应严格控制其含量，而添加元素周期表中II a 、II b 、IIIa 、IVb 族元素的磷酸盐，可制备出具有高转化率及高选择性的乙醇脱水催化剂。目前已知的最有代表性的氧化铝催化剂是Holcon 科学设计公司开发的多元氧化物催化剂(主要成分为A1203一MgO ／SiO2) 。但是氧化铝比较容易失活，目前活性氧化铝仍为主要现有工业应用催化剂。该催化剂要求的反应温度300~-450℃ ，空速0．2～0．8 h_。， 乙醇单程转化率92％ ～97 ，乙烯选择性95％~-97 ， 能耗较高，设备利用率较低。

参考文献：

1. 陆燕海，王强·P205催化乙醇制乙烯实验反应条件的探究，《化

学教学》，2010年，第8期

2. 顾志华·乙醇制乙烯技术现状及展望，《化工进展》，2006年

第25卷第8期