Eksperimen: Pengoksidaan alkohol kepada asid karboksilik

Pengoksidaan alkohol kepada asid karboksilik ialah amali Tingkatan 5 dalam bab Sebatian Karbon. Ia menunjukkan cara etanol ditukar kepada asid etanoik, menghubungkan siri homolog alkohol dan asid karboksilik, dan menghasilkan asid yang kemudiannya digunakan untuk membuat ester. Panduan ini menetapkan matlamat, radas, prosedur bernombor, pemerhatian yang dijangka, dan kemahiran proses sains yang dihargai oleh kertas amali.

Matlamat

Untuk mengoksidakan etanol kepada asid etanoik menggunakan agen pengoksidaan berasid, dan mengenal pasti hasil daripada perubahan warna agen pengoksidaan serta sifat hasil.

Radas dan bahan

• Tabung didih atau kelalang dasar bulat yang dilengkapi untuk pemanasan perlahan
• Refluks atau kondenser mudah (atau tabung didih diletakkan dalam kukus air suam)
• Penunu Bunsen, tungku kaki tiga, kasa dawai dan kukus air (atau bikar air panas)
• Penitis, silinder penyukat dan tabung uji
• Etanol
• Larutan kalium dikromat(VI) berasid (jingga) ATAU larutan kalium manganat(VII) berasid (ungu)
• Asid sulfurik cair (untuk mengasidkan agen pengoksidaan)
• Kertas litmus biru dan penunjuk universal untuk menguji hasil

Prosedur

1. Sukat isipadu kecil etanol ke dalam tabung didih.
2. Tambah asid sulfurik cair, kemudian tambah agen pengoksidaan (kalium dikromat(VI) atau kalium manganat(VII)) sedikit demi sedikit; campuran mesti diasidkan.
3. Pasang kondenser atau letakkan tabung dalam kukus air panas, dan panaskan campuran dengan perlahan; jangan panaskannya dengan nyalaan terus yang kuat.
4. Perhati dan rekod perubahan warna agen pengoksidaan semasa campuran dipanaskan.
5. Teruskan memanaskan sehingga perubahan warna lengkap, kemudian biarkan campuran menyejuk.
6. Uji hasil melalui baunya (kipas perlahan ke arah anda) dan dengan menyentuhkan setitik pada kertas litmus biru lembap dan penunjuk universal.
7. Rekod semua pemerhatian, termasuk warna akhir campuran dan kesan pada penunjuk.

Pemerhatian yang dijangka

Apabila kalium dikromat(VI) berasid digunakan, warna jingga campuran berubah kepada hijau semasa etanol dioksidakan. Apabila kalium manganat(VII) berasid digunakan sebaliknya, warna ungunya luntur dan diluntur. Semasa dipanaskan, bau tajam, masam seperti cuka terbentuk, iaitu bau asid karboksilik yang terhasil. Hasil yang disejukkan menukarkan kertas litmus biru lembap kepada merah dan memberi warna berasid dengan penunjuk universal, menunjukkan hasil itu berasid.

Inferens dan kesimpulan

Alkohol dioksidakan oleh agen pengoksidaan berasid: etanol ditukar dahulu kepada aldehid dan kemudian kepada asid etanoik, iaitu asid karboksilik. Dikromat(VI) jingga diturunkan kepada ion kromium(III) hijau, atau manganat(VII) ungu diturunkan dan diluntur; perubahan warna ini ialah tanda bahawa pengoksidaan telah berlaku. Bau seperti cuka dan tindak balas berasid kepada litmus dan penunjuk universal mengesahkan bahawa asid karboksilik telah terbentuk. Kesimpulannya ialah alkohol primer boleh dioksidakan kepada asid karboksilik dengan memanaskannya bersama agen pengoksidaan berasid.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

Membuat inferens. Daripada pemerhatian bahawa dikromat jingga bertukar hijau, inferkan bahawa etanol telah dioksidakan, kerana dikromat(VI) sendiri telah diturunkan.

Mengenal pasti pemboleh ubah. Jika penyiasatan membandingkan perubahan warna dengan dan tanpa asid, pemboleh ubah dimanipulasi ialah sama ada asid ditambah, pemboleh ubah bergerak balas ialah sama ada agen pengoksidaan bertukar warna, dan pemboleh ubah dimalarkan ialah isipadu etanol, amaun agen pengoksidaan dan pemanasan.

Definisi secara operasi. Takrifkan penghujung pengoksidaan secara operasi: tindak balas dianggap lengkap apabila warna agen pengoksidaan berhenti berubah semasa dipanaskan lanjut.

Berkomunikasi. Rekod warna sebelum dan selepas bagi agen pengoksidaan, dan keputusan ujian bau serta penunjuk, supaya identiti hasil sebagai asid karboksilik dijustifikasikan sepenuhnya.

Langkah keselamatan

• Pakai gogal keselamatan, kerana asid sulfurik cair dan agen pengoksidaan bersifat menghakis dan boleh merengsakan kulit serta mata.
• Panaskan campuran dengan perlahan menggunakan kukus air dan bukan nyalaan kuat, kerana etanol mudah terbakar dan boleh menyala di atas nyalaan terbuka.
• Kipas bau ke arah anda dan bukan menghidu terus, supaya wap asid yang tajam tidak disedut.
• Kendalikan kalium dikromat(VI) dengan berhati-hati dan lupuskannya seperti diarahkan, kerana ia toksik dan berbahaya.
• Halakan mulut tabung jauh daripada orang semasa memanaskan, supaya tiada sesiapa terkena jika cecair meludah keluar.

Kesilapan lazim

• Terlupa mengasidkan. Tanpa asid yang ditambah, pengoksidaan tidak berjalan dengan betul dan perubahan warna tidak lengkap; tambah asid sulfurik cair sebelum agen pengoksidaan.
• Memanaskan dengan nyalaan kuat. Nyalaan kuat terus boleh menyalakan etanol yang mudah terbakar; panaskan perlahan dalam kukus air atau di bawah refluks.
• Mendidihkan hasil sehingga hilang. Memanaskan terlalu kuat tanpa kondenser menghilangkan etanol dan hasil yang meruap sebelum ia bertindak balas; gunakan refluks atau pemanasan perlahan.
• Salah membaca perubahan warna. Nyatakannya dengan tepat, jingga kepada hijau untuk dikromat(VI), ungu kepada tidak berwarna untuk manganat(VII), bukan sekadar “ia bertukar warna”.
• Menguji bau dengan tidak selamat. Jangan sekali-kali mendekatkan tabung ke hidung; kipas wap ke arah anda supaya asid tajam tidak disedut.

Bagaimana guru kami menggunakan eksperimen ini

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu, diajar dalam bahasa Inggeris bermula RM50 sejam, kami memastikan pelajar boleh menyatakan perubahan warna bagi setiap agen pengoksidaan, menerangkan mengapa campuran mesti diasidkan, dan menjustifikasikan bahawa asid karboksilik telah terbentuk daripada ujian bau dan penunjuk. Pengoksidaan alkohol ialah tindak balas teras merentasi Kimia SPM kerana ia menghubungkan siri alkohol dan asid karboksilik serta membekalkan asid etanoik yang digunakan dalam pengesteran, dan penaakulan yang sama tentang perubahan warna dan ujian hasil dihargai dalam taksiran amali Kertas 3 (Kertas 3 ialah Ujian Amali yang menaksir kemahiran proses sains).