“五氧化二磷使乙醇脱水”实验方案的调研报告_断键

3.4 P₂O₅催化乙醇脱水需要磷酸，成稀需经磷酸氢乙酯中间体的实验证明

实验7：按[实验1]进行实验，无水乙醇3mL，P₂O₅2g，温度升高170-200℃断键，2次醇洗、水洗后无气体，证明无乙烯（佐证材料^[12]）；参照[实验6①]、[实验6②]，发现在少量水存在下进行反应，能提高乙烯产率（佐证材料：“在少量水存在下进行反应，能提高产物中单酯的质量分数^[13]）。证明P₂O₅催化乙醇脱水分两步进行：

第一步，少量P₂O₅先形成磷酸（无水乙醇则先加磷酸），磷酸与乙醇在P₂O₅脱水作用下形成磷酸氢乙酯和水，P₂O₅吸收水转化为磷酸促进酯化反应进行；

第二步，在高温170-200℃磷酸氢乙酯断键成乙稀和磷酸。反应方程式如图2。

资料^[12]认为“五氧化二磷也不能够使低级脂肪醇的磷酸酯脱磷酸生成烯”有待商榷，脱水作用只在第一步形成酯时产生，酯断键成稀是没有“脱水、吸水”过程的。资料^[1]介绍“磷酸是中强酸，达不到浓硫酸的高酸度，不能使乙醇脱水。它与乙醇反应生成磷酸氢乙酯和磷酸二乙酯，这一点却与稀硫酸性质相似，自然也就称不上是反应的催化剂”，磷酸与乙醇反应生成磷酸氢乙酯和磷酸二乙酯，必须有五氧化二磷或浓硫酸等做脱水剂、吸水剂。

4 探讨与结论：

4.1 P₂O₅具有脱水作用

P₂O₅先与水形成磷酸，磷酸与乙醇在P₂O₅脱水作用下形成磷酸氢乙酯，在高温磷酸氢乙酯断键成稀。可使用95%乙醇与P₂O₅反应（最低不能少于80%^[10]）；若使用无水乙醇，适量加入磷酸有更好的效果。

根据P₂O₅脱水原理（如图2），P₂O₅吸收水后变成磷酸，而磷酸是没有吸水性的，这与浓硫酸不同。P₂O₅脱水、吸水后变成磷酸，P₂O₅的加入量至少应与乙醇等摩尔加入，严格来说P₂O₅不是催化剂（已变成磷酸）论文网。

4.2 磷酸氢乙酯比硫酸氢乙酯稳定。低温80-90℃不可能产生乙烯气体。

由图3可以看出，硫酸氢乙酯中由于硫酸基硫的电负性比磷大，加上双S=O键的共轭作用，硫对醇氧的吸引力比磷大，因此，硫酸氢乙酯中碳氧键C-O易断裂断键，而磷酸氢乙酯中碳氧键C-O不易断裂，比较稳定，可以做到产品合成。理论预测磷酸氢乙酯断键成稀应比硫酸氢乙酯的170℃高，实际测量在170-200℃。低温80-90℃不可能产生乙烯气体。

4.3 P₂O₅溶解于乙醇，迅速放出大量的热，低温80-90℃产生的气体为乙醇蒸汽。

在未采用回流装置时，五氧化二磷与95%乙醇反应，实验证明低温80-90℃产生的气体为乙醇蒸汽。由于乙醇的蒸发，只能形成少量磷酸氢乙酯。升高温度至170-200℃磷酸氢乙酯断键形成少量乙烯。

综上而言，使用P₂O₅脱水剂演示制备乙烯的实验，必须在低温80-90℃回流制备磷酸氢乙酯，然后在高温170-200℃使磷酸氢乙酯断键形成乙烯。若直接高温制备，高温使乙醇的蒸发较多，效果甚微；若采用回流装置，则显得整个装置和操作繁重、麻烦。建议使用浓硫酸作脱水剂和催化剂，通过改变浓硫酸和乙醇的体积比（1∶2），减少乙醇的碳化现象^[2]。

参考资料
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