探究乙醇与酸性重铬酸钾溶液的反应
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1 实验五 探究性实验设计
——探究乙醇与酸性重铬酸钾溶液的反应
实验目的：学会中学化学实验中探究性实验设计的一般过程与方法。
实验要求：自行发现实验探究问题； 自行设计探究性实验方案；
实验实施与实验问题发现及记录； 实验报告与分析。
实验设计方案：
一、探究问题的提出
现行普通高中课程标准实验教科书，化学“有机化学基础”(选修5)，第52页实验3-2，介绍了乙醇被酸性重铬酸钾溶液的氧化，说明乙醇具有一定的还原性。这是新教材增加的演示实验。同时，最开始用于检查汽车酒后驾驶也是利用了这个反应的原理。在教材里，该实验介绍比较笼统，只是粗略的说了乙醇在重铬酸钾的酸性溶液中会变成蓝绿色，对于重铬酸钾溶液浓度以及酸性溶液的浓度没有详细的介绍。因此本小组成员想通过实验探究重铬酸钾最佳浓度以及酸性溶液的最佳浓度，检验所加硫酸的量对实验现象有何影响。由此得出实验的最佳反应条件。
二、问题解决设想
查阅相关文献，探究在硫酸浓度分别为30%、50%、70%、98%和重铬酸钾浓度分别为1%、2%以及15%的条件下，乙醇溶液与重铬酸钾酸性溶液反应的现象。鉴于在演示实验中，我们希望当乙醇溶液与重铬酸钾酸性溶液反应的时候，颜色渐变过程明显，这有利于学生的观察，而在检验司机酒后驾驶的时候，我们希望反应可以在快速的时间内完成。因此本实验的两个最佳条件的判断标准2 是：颜色渐变过程明显；反应快速进行。通过改变溶液的浓度以及体积比来探究不同条件下的反应现象，记录实验现象，由此探究适合不同应用的最佳条件。
三、相关资料查阅综述
在硫酸介质中，乙醇可定量被重铬酸钾氧化，生成蓝绿色的二价铬。乙醇被氧化的两个过程用化学方程式表示如下：
4C2H5OH +K2Cr207+3H2SO4→4CH3CHO +K2SO4+2CrSO4+7H20
4CH3CHO +K2Cr207+3H2SO4→4CH3COOH +K2S04+2CrSO4+3H20
该反应比较灵敏，可用以鉴别司机是否酒后驾车。一般的酒精检测器里面填充的是经过硫酸处理的重铬酸钾硅胶。在很多的模拟实验中，我们一般采用70%的浓硫酸以及2&重铬酸钾溶液和乙醇溶液反应。
目前已有学者进行一系列的对比实验，研究发现15％的重铬酸钾溶液和浓硫酸体积比达到1：1时，实验效果较好。
基于以上的文献，我们小组分别设定了硫酸浓度为30%、50%、70%、98%以及重铬酸钾溶液浓度为1%、2%、15%的不同体积比的混合重铬酸钾酸性溶液，分别向其中加入等量的乙醇溶液，观察溶液的颜色变化。
四、实验设计方案
1. 实验药品与仪器
药品：浓硫酸 乙醇溶液 重铬酸钾
仪器：烧杯 试管 滴管 量筒 天平
2. 实验步骤 3 配制溶液
1) 分别配制质量分数为30%、50%、70%、98%硫酸溶液100mL；
2) 分别配制1%、2％ 和15%的重铬酸钾溶液100 mL；
3) 乙醇溶液20mL。
反应过程
4) 用10mL的量筒分别量取2mL1％ 的重铬酸钾溶液与1-4号试管中。
5) 按表1分别取不同体积的30%硫酸溶液加于试管中。
6) 观察各试管的现象，记录实验，振荡，观察其变化，记录实验现象。（同时录像并且拍照）
7) 按照上面的实验操作，改变硫酸溶液或者重铬酸钾溶液的浓度，进行实验，观察并记录实验现象。
8) 由于在配制15%的重铬酸钾溶液的过程中，发现15%的重铬酸钾溶液过饱和，溶于热水中，但是当温度降低的时候，重铬酸钾晶体不断析出，这说明过浓的重铬酸钾溶液不适合此实验。
9) 在混合重铬酸钾与98%的硫酸溶液的时候，发现有大量的热放出，甚至有炸裂试管的危险，这也说明过浓的浓硫酸不适合这个实验，因此也将其排除。
10) 具体实验记录如下：
表1 30%硫酸溶液和1％ 的重铬酸钾溶液
试管号 1 2 3 4
体积比 1：1 2：3 1：2 1：3
30%硫酸溶液/mL 2 2 2 2
1％的重铬酸钾溶液/ml 2 3 4 6 4 乙醇溶液/滴 10 10 10 10 实验现象 溶液上层变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置3min后，变成了绿色。 溶液上层变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置3min后，变成了绿色。 溶液上层变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置3min后，变成了绿色。 溶液上层变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置3min后，变成了绿色。
加入乙醇5s后 加入乙醇40s后
振荡后 振荡放置3min后 5
表2 50%硫酸溶液和1％ 的重铬酸钾溶液
试管号 1 2 3 4
体积比 1：1 2：3 1：2 1：3
50%硫酸溶液/mL 2 2 2 2
1％ 的重铬酸钾溶液/ml 2 3 4 6
乙醇溶液/滴 10 10 10 10
实验现象 溶液上层很快由浅绿色变成蓝色，中间层为浅绿色，下层为橙红色。振荡后变成浅蓝色。 溶液上层很快由浅绿色变成蓝色，中间层为浅绿色，下层为橙红色。振荡后变成浅蓝色。 溶液上层很快由浅绿色变成蓝色，中间层为浅绿色，下层为橙红色。振荡后变成浅蓝色。 溶液上层很快由浅绿色变成蓝色，下层为橙红色。振荡后变成浅绿色，放置2min后变成蓝色。
加入乙醇5s后 加入乙醇40s后 6
振荡后 振荡放置3min后
表3 70%硫酸溶液和1％ 的重铬酸钾溶液
试管号 1 2 3 4
体积比 1：1 2：3 1：2 1：3
70%硫酸溶液体积/mL 2 2 2 2
1％ 的重铬酸钾溶液/ml 2 3 4 6
乙醇溶液/滴 10 10 10 10
实验现象 溶液上层变成了浅绿色，很快变成浅蓝色，震荡后溶液全部变成溶液上层变成了浅绿色，很快变成浅蓝色，震荡后溶液全部变成震荡后溶液全部变成蓝绿色，放置3min红变成浅蓝色。 震荡后溶液全部变成蓝绿色，放置3min红变成浅蓝色。 7 浅蓝色。 浅蓝色。
加入乙醇5s后 加入乙醇40s后
振荡后 振荡放置3min后
表4 30%硫酸溶液和2％ 的重铬酸钾溶液
试管号 1 2 3 4
体积比 1：1 2：3 1：2 1：3
30%硫酸溶液体积/mL 2 2 2 2
2％ 的重铬酸钾溶液/ml 2 3 4 6
乙醇溶液/滴 10 10 10 10
实验现象 溶液上层溶液上层溶液上层溶液上层8 变成了浅绿色，慢慢变成蓝色，颜色变化非常缓慢。振荡静置振荡后慢慢由绿色变成蓝色。 变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置振荡后慢慢由绿色变成蓝色。 变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置振荡后慢慢游绿色变成蓝色。 变成了浅绿色，颜色变化非常缓慢。振荡静置振荡后慢慢游绿色变成蓝色。
加入乙醇5s后 加入乙醇40s后
9
振荡后 振荡放置3min后
表6 50%硫酸溶液和1％ 的重铬酸钾溶液
试管号 1 2 3 4
体积比 1：1 2：3 1：2 1：3
50%硫酸溶液体积/mL 2 2 2 2
2％ 的重铬酸钾溶液/ml 2 3 4 6
乙醇溶液/滴 10 10 10 10
实验现象 最开始为绿色，很快变成蓝色，下面为橙红色，振荡后，立即变成蓝色。 最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。振荡后立即变成蓝色。 最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。震荡后慢慢变成蓝色。 最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。震荡后慢慢变成蓝色。
10
加入乙醇5s后 加入乙醇40s后
震荡后 振荡放置3min后
表5 70%硫酸溶液和2％ 的重铬酸钾溶液
试管号 1 2 3 4
体积比 1：1 2：3 1：2 1：3
70%硫酸溶液体积/mL 2 2 2 2
2％ 的重铬酸钾溶液/ml 2 3 4 6
乙醇溶液/滴 10 10 10 10 11 实验现象 最开始为绿色，很快变成蓝色，下面为橙红色，振荡后，立即变成蓝色。 最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。振荡后立即变成蓝色。 最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。震荡后慢慢变成蓝色。 最开始为绿色，很快最上面的变为蓝色，中间为绿色，下面为橙红色。震荡后慢慢变成蓝色。
加入乙醇 静置20后
震荡1 振荡放置1min后
12 五、实验分析
由以上的实验现象和实验记录中，我们分析得出：
1. 当硫酸溶液浓度为70%，重铬酸钾浓度为2%时，实验的反应现象变化比较快，在滴入乙醇的时候可以看到溶液明显从浅绿色变成蓝色，同时溶液由浅绿变成浅蓝再变成深蓝色有比较清晰的变化过程，在硫酸溶液与重铬酸钾溶液体积比为1:1和2:3时，实验效果最明显。
2. 当硫酸溶液为50%，重铬酸钾浓度为2%时，实验的反应现象相对比较理想，尤其是在硫酸溶液与重铬酸钾溶液体积比为1:1时，溶液从反应速率和颜色渐变过程都很理想。
3. 当硫酸溶液浓度为30%，重铬酸钾浓度为2%时，反应非常缓慢，颜色变化很缓慢。
4. 当硫酸溶液浓度为70%，重铬酸钾浓度为1%时，反应速度相对比较快，但是颜色的变化不够明显。
5. 当硫酸溶液浓度为30%或者50%，重铬酸钾浓度为1%时，反应非常缓慢，颜色变化很缓慢。
6. 当硫酸浓度为98%时，混合重铬酸钾以及硫酸溶液时，放出大量的热，试管有炸裂的危险，因此不适合用于做此实验。当重铬酸钾溶液浓度为15%时，重铬酸钾溶液过饱和，溶于热水中，但是当温度降低的时候，重铬酸钾晶体不断析出，这说明过浓的重铬酸钾溶液不适合此实验。
7. 溶液放置一段时间后，蓝色会变深，查阅相关文献[4]：二价铬离子的氧化物和卤化物能稳定存在，二价铬化合物具有较强的还原性，在水溶液中，二价铬离子与水形成络合物，呈蓝色。因此溶液放置一段时间后变成的蓝色是二
