乙醇脱水制乙烯实验探究
李增祥
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。

那么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集团——C—O转变成易离去的集团，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，不发生重排反应[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。

一、实验内容：
1、实验内容：
（1）采用浓硫酸作催化剂；
（2）采用石棉绒作为催化剂，分别采用角闪石和蛇纹石石棉；
（3）采用五氧化二磷作催化剂；
（4）采用浓硫酸和石棉绒作为混合催化剂；
（5）采用五氧化二磷和石棉绒作为混合催化剂。

2、实验装置：
3、乙醇的具体用量及催化剂用量及见下表：
各数据具体见下表：
4、实验说明：
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对结果造成影响。

另外自然界中的石棉有两种，角闪石石棉和蛇纹石石棉，上述实验中的是角闪石石棉。

为了准确，笔者将蛇纹石石棉也作为催化剂进行了部分对照实验。

二、实验现象
1、浓硫酸作为催化剂
加热到40s左右时温度迅速上升到170℃，即有大量的气泡冒出，酸性高锰酸钾溶液褪色，褪色情况较好。

在反应开始后不久即开始出现炭化现象，到反应结束时溶液的炭化现象非常严重，几乎变成浓黑色。

且反应完毕后试管中酸性残留气体非常的多，试管难以洗涤。

2、石棉绒（角闪石）作催化剂
加热开始时温度升高，有少许气泡冒出，当温度上升到78℃时乙醇开始大量的蒸发，加热到50s左右时有很少量的气泡冒出，温度开始上升，但是酸性的高锰酸钾几乎不褪色，褪色情况明显不如前者好，且当温度过高时，石棉绒会变焦。

笔者试做的几次蛇纹石石棉的反应现象还不如角闪石石棉。

3、五氧化二磷作催化剂
将五氧化二磷加入到盛有乙醇的试管中即有大量的白雾产生，开始加热后温度开始迅速上升，有少许气泡冒出，当加热到82℃时即有大量的气泡冒出，反应进行到35s时酸性的高锰酸钾褪色，褪色情况相对最好。

4、浓硫酸和石棉绒共同作为催化剂
反应现象同1中相似，但是局部炭化现象比较严重，且石棉绒会阻止部分乙烯气体的逸出，因此酸性高锰酸钾的褪色时间及褪色情况不如1。

5、五氧化二磷和石棉绒共同作催化剂
反应现象同2 3中，加热到87℃左右时会有大量的气体产生，石棉绒也会阻止乙烯气体的逸出，因此高锰酸钾的褪色情况及时间不如2 3中。

三、结果分析:
1、石棉绒作为乙烯脱水制乙烯的催化剂在以前的中学教材及文献中并没有提及，虽然醇在
硅酸盐表面上能够发生脱水反应并且不发生重排，但是所需要的温度非常的高，(350o度)在演示实验中乙醇往往在脱水之前就已经完全的蒸发掉，只有极少的一部分会脱水生成乙烯。

笔者在进行实验时发现：该反应产生的气体的量很少，只能使高锰酸钾稍微褪色，且现象不明显，反应的重现性很差，即石棉绒对乙醇脱水制取乙烯的催化效果不佳。

另外，由于石棉绒属于致癌物质，对人体的危害较大，所以很多中学实验室中并不配备石棉绒，而且石棉的种类比较多，成份不同，其催化作用也不尽相同，因此，笔者认为，乙烯脱水制乙烯实验的催化剂选用石棉绒并无什么优势，另外，在浓硫酸和五氧化二磷作催化剂时分别加入石棉绒对他们的催化效果也没有明显的促进作用，反而会使气体逸出的时间加长。

2、浓硫酸作为一种传统的催化剂，在教材中被引用的最多，但是也存在较多的问题，主要在于反应时间长，炭化现象严重，副产物较多，试管难于清洗。

对于浓硫酸作为催化剂在很多文献中都进行了大量的研究，笔者认为可以通过改变乙醇和浓硫酸的体积比消除此反应的弊端：教材上所给出的乙醇和浓硫酸的体积比为1﹕3，在这个比例下乙醇易被浓硫酸炭化，副产物也较多，因此可以采用乙醇和浓硫酸的体积比为1﹕2（烧瓶中）进行反应，可以减轻炭化现象[4]。

3、五氧化二磷教材中并没有作为催化剂，但是其催化效果在很多一些文献中曾都被提及[5]。

笔者在实验中也发现：采用五氧化二磷作为催化剂无炭化现象，不影响学生对实验的观察，反应时间短，所需温度不是很高，在80℃左右即可，高锰酸钾褪色情况良好。

但是五氧化二磷属于强吸水剂，在具体操作中会产生白雾，存在着不便，这也是其在使用中存在的弊端。

经多次反复的对照实验验证：在乙醇脱水制取乙烯的实验中，五氧化二磷的催化效果最为理想，而石棉绒在上述反应条件下对该反应的催化效果并不理想。