石蠟催化裂化實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

文章編號:1005-6629(2010)08-0017-02 中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:C

石蠟催化裂化實(shí)驗(yàn)是一個重要實(shí)驗(yàn)。在新課程改革的《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書必修 化學(xué)2》 (人民教育出版社、 江蘇教育出版社、 山東科技出版社)， 都有該實(shí)驗(yàn)。但是如果按照教科書上的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，效果都不是很好。通過我們的研究，談?wù)勗鯓幼龊迷搶?shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

[改進(jìn)實(shí)驗(yàn)1]按圖1連接實(shí)驗(yàn)裝置。 在試管Ⅰ里加入約4～5 g(約2藥匙)氧化銅粉末，在粉末的上面放入約1～2 g石蠟(可以用蠟燭的蠟代替，約蠶豆般大小)。用高溫酒精燈(在普通酒精燈里加入適量的95%的酒精，配備酒精燈燈罩，提高酒精燈的溫度)加熱試管。

加熱1～2 min后石蠟熔化，立即產(chǎn)生大量的白霧，有氣體產(chǎn)生，可觀察到試管 Ⅲ 里酸性高錳酸鉀溶液(或溴水)的顏色逐漸變淺，片刻后溶液完全褪色。在試管Ⅱ里可以看到有少量的液體。同時，原來黑色的氧化銅粉末，部分變?yōu)闇\紅色。也可以用二氧化錳代替氧化銅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果也很好，但黑色的二氧化錳無明顯變化。

[改進(jìn)實(shí)驗(yàn)2]按圖1連接實(shí)驗(yàn)裝置。 在試管Ⅰ里加入約4～5 g(約2藥匙)氧化銅粉末。用高溫酒精燈加熱試管。1～2 min后，向加熱后的氧化銅粉末上，滴加10～15滴石蠟油，再繼續(xù)加熱，很快，產(chǎn)生大量的白霧，有氣體產(chǎn)生，可觀察到試管 Ⅲ 里酸性高錳酸鉀溶液(或溴水)的顏色逐漸變淺，片刻后溶液完全褪色。在試管Ⅱ里可以看到有少量的液體。同時，原來黑色的氧化銅粉末，部分變?yōu)闇\紅色。也可以用二氧化錳代替氧化銅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果相同，但黑色的二氧化錳無明顯變化。

[改進(jìn)實(shí)驗(yàn)3]如圖2所示，將浸透了石蠟油的石棉放置在硬質(zhì)試管的底部，試管中放入4～5 g(約2藥匙)氧化銅粉末，給試管加強(qiáng)熱，石蠟油蒸汽通過熾熱的氧化銅表面發(fā)生反應(yīng)，生成一定量的氣體。氣體通入高錳酸鉀溶液中，使酸性高錳酸鉀溶液逐漸褪色。用排水集氣法收集一試管氣體，點(diǎn)燃，產(chǎn)生明亮火焰。同時，原來黑色的氧化銅粉末，部分變?yōu)闇\紅色。也可以用二氧化錳代替氧化銅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果相同，但黑色的二氧化錳無明顯變化。

2 交流與討論

通過長期的實(shí)驗(yàn)摸索和研究，我們認(rèn)為做好石蠟催化裂化實(shí)驗(yàn)需把握溫度、催化劑、實(shí)驗(yàn)操作順序三個要素。

溫度: 石蠟是含C20—C30的固態(tài)高級烷烴的混合物。在碳原子數(shù)相同的烷烴異構(gòu)體中，直鏈物的沸點(diǎn)最高，查得C20H42直鏈烴的沸點(diǎn)是352 ℃，C30 H62直鏈烴的沸點(diǎn)是450 ℃。可見一般石蠟的沸點(diǎn)均在450 ℃以下。實(shí)際測得普通固體石蠟的沸點(diǎn)是390～405 ℃， 遠(yuǎn)低于石蠟的裂化溫度(500 ℃左右)。因此，本實(shí)驗(yàn)若使用普通的酒精燈加熱， 石蠟沸騰并轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)時， 難以達(dá)到石蠟裂化分解所需的溫度， 會使實(shí)驗(yàn)失敗。

催化劑:催化劑對石蠟催化裂化實(shí)驗(yàn)有一定的影響。雖然有些固體粉末能夠加快該反應(yīng)的進(jìn)行，如Al2O3、AlCl3、 SiO2、 Cr2O3、 MnO2、 Al2(SiO3)，CuO、還原鐵粉、碎瓷片、河沙、堿石灰、碎瓷粉、水泥粉等。但是在數(shù)次實(shí)驗(yàn)探究后，我們認(rèn)為CuO、Mn02是該反應(yīng)較好的催化劑。

使用氧化銅作為催化劑，石蠟分解的產(chǎn)物還能與氧化銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使原來黑色的氧化銅部分變?yōu)闇\紅色，產(chǎn)生銅和氧化亞銅。

高溫酒精燈:如果在普通酒精燈中，加入適量的工業(yè)酒精，可以使溫度達(dá)到650～700 ℃;如果再在酒精燈上加入酒精燈防風(fēng)罩，則溫度可以達(dá)到700～800 ℃。這樣大大提高了酒精燈的加熱效果，可以把這樣的酒精燈稱為高溫酒精燈。

實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟:實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟是:先加熱固體催化劑，達(dá)到較高的溫度，然后加入少量固體石蠟(約1～2 g)或者少量石蠟油(約10～20滴)， 使石蠟催化裂化，達(dá)到滿意的效果。石蠟催化裂化實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵是石蠟的裂化分解，如果實(shí)驗(yàn)操作步驟不妥，實(shí)驗(yàn)時只會使石蠟或者石蠟油沸騰，得到的是石蠟蒸汽，而不能使石蠟裂化分解。

3實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通過實(shí)驗(yàn)研究和摸索，我們認(rèn)為用圖1或圖2裝置，用氧化銅或二氧化錳粉末固體作催化劑，使用高溫酒精燈加熱石蠟或石蠟油，都能夠在較快的時間內(nèi)(2～3 min)發(fā)生催化裂化，產(chǎn)生的氣態(tài)混合物，能夠使淺紅色的酸性高錳酸鉀溶液褪色，或使溴的四氯化碳褪色。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)材料易得，操作簡便，現(xiàn)象明顯，實(shí)驗(yàn)效果好。