石蠟油分解演示實驗改進

張思澳 王繼璋

摘要：石蠟油分解產生烯烴在高中化學教學中是一個探究性實驗，但按教材所述方法進行實驗，存在明顯的不足：分解產生氣體的速度慢；高錳酸鉀或溴的四氯化碳溶液褪色慢。經實驗探究發現，用無水氧化鋁或鋁片作催化劑，采用注射器逐滴滴加石蠟油于分解裝置中進行該實驗，可獲得較好的石蠟油分解效果，且分解速度快；若將鋁絲擰成繩狀，加熱后直接插入石蠟油中，再向石蠟油中滴加酸性高錳酸鉀溶液后振蕩數次，發現高錳酸鉀溶液能很快褪色。實驗改進后操作方便，耗時短，很適合課堂演示。

關鍵詞：石蠟油；熱裂化；催化裂化；實驗改進

文章編號：1005–6629（2016）6–0063–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

石蠟油分解實驗看似簡單，但在課堂上演示要實驗現象明顯且達到理想的課堂演示效果并不容易。

人教版普通高中課程標準實驗教科書化學2第67頁[1]按圖1所示裝置進行石蠟油的分解，在對碎瓷片加強熱時，石蠟油蒸氣通過熾熱的碎瓷片表面發生反應，分解產生的氣體導入盛有酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液的試管中。該裝置雖能產生一定量的氣體，但分解產生烯烴的速率慢，產生烯烴的總量小，導致褪色慢，課堂耗時較長，演示效果不太理想。劉文芳等人采用固體石蠟代替石蠟油，自制長彎頭試管代替如圖1所示裝置進行了改進，克服了石棉所汲取的石蠟油量小的問題，但方法比較麻煩[2]。

本文主要對石蠟油分解所用催化劑及實驗裝置進行了改進探究。

1 實驗探究與改進

1.1 實驗器材和藥品

氧化鋁粉末、鋁片、石蠟油、高錳酸鉀溶液、溴的四氯化碳溶液、試管等

1.2 催化劑的探究

按圖2所示安裝好裝置（部分夾持裝置未畫出）[3]，用注射器吸取約1mL左右的石蠟油，具支試管a中加入催化劑，試管b中加入酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液。先加熱a處的固體約2分鐘，再慢慢滴加2～3滴石蠟油，待氣體產生速度較小時，再向下輕推注射器活塞慢慢滴加幾滴石蠟油，石蠟油不能加入過多（尤其不能讓液體浸沒固體，否則分解速度明顯降低），保持石蠟油在灼熱的固體表面分解。

氧化鋁的處理：使用前先將氧化鋁粉末裝入具支試管中，試管口略向下傾斜，用酒精燈加熱試管，加熱至無水汽產生為止。

鋁片的處理：用剪刀將鋁片剪成碎片，加入具支試管中加熱約2分鐘。實驗現象見表1所示。

對比試驗：直接向盛有1～2mL石蠟油的試管中滴加幾滴酸性高錳酸鉀溶液（或溴的四氯化碳溶液），振蕩后觀察到溶液分兩層，下層的紫紅色未褪色（若滴加了溴的四氯化碳溶液則溶液的棕色未褪色），實驗結果見表2。

1.3 實驗再改進

從以上實驗中得出：無水氧化鋁是較理想的催化劑；石蠟油的分解應保持在熾熱的催化劑表面進行，石蠟油不能加至浸沒催化劑。

所以筆者研究了以下更為方便的實驗演示方案：按圖3所示裝置，先將一段鋁絲的一端繞成螺旋狀或用鋁片剪成鋁絲后擰成繩，一端用鑷子夾住在酒精燈火焰上灼燒到紅熱后迅速插入盛有1～2mL石蠟油的試管中，取出鋁絲繩后向試管內溶液中滴加幾滴濃度為0.05%（約0.003 mol/L）的酸性高錳酸鉀稀溶液或溴的四氯化碳溶液，觀察到溶液分為兩層，紫紅色高錳酸鉀溶液在下層，石蠟油在上層，充分振蕩試管內溶液，靜置分層后，下層的紫紅色褪色。若用極稀的酸性高錳酸鉀（如濃度約0.01%），褪色效果更好。若向裂解后的石蠟油中滴加溴的四氯化碳溶液，振蕩、靜置后溶液褪色。另取未經過裂解的石蠟油于試管中，向其中滴加幾滴0.05%的酸性高錳酸鉀溶液，充分振蕩，靜置分層后，下層的高錳酸鉀溶液未褪色。

分別以繞成螺旋狀的鋁絲、銅絲、玻璃棒三種材料做受熱體，在酒精燈火焰上灼燒至紅熱（均加熱約1分鐘）后，插入盛有約2mL石蠟油的試管中，取出受熱體后分別滴加0.05%酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液，充分振蕩后，靜置。現象見表3。

2 結果與討論

實驗1～5表明，使用不同催化劑對石蠟油的分解影響很大。無水氧化鋁或鋁片都有較好的催化作用，鋁片的催化還是表面的氧化鋁起作用。碎瓷片作催化劑在酒精燈加熱溫度下分解慢，在酒精噴燈加熱下可以提高分解速率，實驗5中碎瓷片與無水氧化鋁混合與實驗2、3相比產生氣體快慢沒有明顯變化。熱處理過的鐵粉（表面為氧化鐵）無明顯催化作用。

圖2所示實驗中石蠟油要間歇滴加，不能一次加入過多，實驗發現若石蠟油浸沒固體催化劑后，加熱不易分解產生烯烴，b中溶液不褪色。

所以，用無水氧化鋁或碎鋁片作催化劑，在如圖2所示裝置中進行石蠟油的分解，可以達到理想的課堂演示效果。

實驗6～8表明，鋁絲、銅絲、玻璃棒等受熱體均能使石蠟油裂解，都是在高溫下發生的熱裂解。翟志勇[4]等人向加熱下的炙熱小試管中加入少量固體石蠟，再向熔化后的石蠟油中滴加幾滴酸性高錳酸鉀溶液，發現溶液褪色。這一實驗與本文實驗8原理一樣，但實驗6與實驗7、實驗8相比，實驗6褪色更快。說明實驗6裂解生成烯烴的量更多，可能與鋁絲表面氧化鋁具有催化作用有關。

以上三種實驗方案均能使石蠟油裂解，但從課堂演示效果看，圖3所示的實驗方案最合適。圖2的方案中石蠟油不能浸沒催化劑，借助催化劑的高溫在表面分解，才能得到裂解氣態烯烴。但圖3的裂解是在鋁絲與石蠟油接觸的界面上進行的，在鋁絲插入石蠟油的過程中，界面處鋁絲溫度較高，使石蠟油分解，產生的氣態烯烴一部分會從試管中逸出，液態烯烴和溶解在石蠟油中的部分氣態烯烴使高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液褪色。

3 改進后實驗的優點

經過改進后的圖3所示的實驗方案進行石蠟油分解具有以下優點：

（1）操作簡單、安全。經過改進后的實驗操作簡便，沒有用到復雜的裝置，實驗過程方便快捷，總耗時2～3分鐘。

（2）實驗現象明顯，成功率高。改進后的實驗方案是將酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液加入分解后的石蠟油中，相比將裂解氣體通入酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液現象更明顯、褪色快。該方案成功率極高（幾乎達到100%）。

（3）實用性強。由于具備以上特點，改進后的實驗方案不僅適合課堂演示，還適合學生分組實驗。

參考文獻：

[1]宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書·化學2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：67.

[2]劉文芳，劉菲等.石蠟油分解實驗的改進[J].化學教學，2011，（11）：41～54.

[3]林宏.石蠟油分解實驗的改進[C].廈門：第十屆全國化學實驗教學創新研討會，2010.

[4]翟志勇，金前英.對“石蠟的催化裂化”實驗微型化改進新探索[J].化學教學，2008，（8）：8～9.