石蠟油分解實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

周夢(mèng)茜　景一丹　肖小明

摘要：石蠟油分解是化學(xué)必修二教材中非常重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)成功率不高。在進(jìn)行原理分析與實(shí)驗(yàn)探索的基礎(chǔ)上，使用三頸燒瓶替換試管，將催化劑碎瓷片改用二氧化錳粉末，用雙向玻璃管代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃導(dǎo)管防倒吸，再用針筒注射器逐滴加入石蠟油，有效提高了實(shí)驗(yàn)成功率，而且操作簡(jiǎn)便快捷，安全系數(shù)也更高。

關(guān)鍵詞：石蠟油分解;實(shí)驗(yàn)改進(jìn);催化劑

文章編號(hào)：1008-0546（2019）01-0085-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.026

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在化學(xué)教材的設(shè)計(jì)中涉及了許多實(shí)驗(yàn)探究，但部分實(shí)驗(yàn)存在現(xiàn)象不明顯、易操作難成功的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)石蠟油分解實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)探究，提高課堂實(shí)驗(yàn)成功率。石蠟油分解是將浸透了石蠟油的石棉放置在硬質(zhì)試管的底部，試管中加入做催化劑的碎瓷片，給碎瓷片加強(qiáng)熱，石蠟油蒸汽通過(guò)熾熱的碎瓷片表面發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一定量的氣體，再將氣體通入酸性高錳酸鉀溶液及溴的四氯化碳溶液中，溶液褪色，從而證明生成物與烷烴具有不同的性質(zhì) [1]。

一、課本實(shí)驗(yàn)的不足

依據(jù)教材的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，成功率較低，主要的原因有：加熱的溫度不足以使石蠟油分解;石蠟油蒸汽與碎瓷片接觸緩慢且不充分;石蠟油量過(guò)少;催化劑效率不高;酸性高錳酸鉀或溴的四氯化碳溶液濃度過(guò)高等，以上因素都有可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，且實(shí)驗(yàn)中實(shí)際操作過(guò)程中還存在一定的危險(xiǎn)性，石蠟油加熱過(guò)程中產(chǎn)生蒸汽的氣壓不穩(wěn)定，極易發(fā)生倒吸，導(dǎo)致試管炸裂，同時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一般會(huì)超過(guò)十分鐘，在課堂完整呈現(xiàn)難度較大。

針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)石蠟油分解的實(shí)驗(yàn)易失敗的根源進(jìn)行分析，尋求最適合石蠟油分解的實(shí)驗(yàn)裝置、溫度及催化劑。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探索

石蠟油的沸點(diǎn)在300℃左右，一般情況下，在500℃左右發(fā)生裂化，將重油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油;在600℃左右發(fā)生裂解，輕質(zhì)油繼續(xù)裂解生成小分子烯烴。所以石蠟油的沸騰溫度低于分解溫度，根據(jù)教材實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)石蠟油沸騰產(chǎn)生蒸汽時(shí)，氣體流動(dòng)性較大，有一部分未在碎瓷片上發(fā)生反應(yīng)就通過(guò)導(dǎo)管流出發(fā)生裝置，且會(huì)帶走碎瓷片所積蓄的熱量，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不佳。

基于以上因素，可采取三條改進(jìn)思路提高實(shí)驗(yàn)成功率和安全系數(shù)：（1）升高實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度，確保達(dá)到石蠟油分解溫度;（2）尋找合適的催化劑，能更大程度降低石蠟油的分解溫度;（3）選用合適的實(shí)驗(yàn)裝置，使石蠟油蒸汽能與催化劑更大面積的接觸，且避免發(fā)生倒吸。根據(jù)以上思路進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)探索。

1.實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

教材中將試管橫置，石蠟油易流出，且溫度易流失，本實(shí)驗(yàn)方案采用25mL的三頸燒瓶代替橫置試管，圓形容器相比于直型試管聚熱效果更佳，采用醫(yī)用注射器加石蠟油，以控制添加速度，避免出現(xiàn)石蠟油量少的問(wèn)題，同時(shí)增大石蠟油蒸汽與催化劑的接觸面積。采用雙向玻璃管代替普通導(dǎo)管，避免氣壓不穩(wěn)定時(shí)發(fā)生倒吸現(xiàn)象 [2]。

2.升高實(shí)驗(yàn)溫度

由于石蠟油的裂解溫度在600℃左右，普通酒精燈的火焰溫度較低，難以達(dá)到其裂解溫度，不加以改進(jìn)的酒精燈不適合充當(dāng)石蠟油分解的熱源;酒精噴燈的溫度可達(dá)到800-1000℃，但噪音較大不適宜課堂實(shí)驗(yàn)。因此調(diào)整燈芯高度，加粗燈芯，在酒精燈上加上防風(fēng)罩，讓熱源更集中。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

3.催化劑的選擇

（1）氧化鋁

將表面未打磨的氧化鋁剪成小片，放置在燒瓶底部，先預(yù)熱燒瓶，直至燒瓶?jī)?nèi)部無(wú)水氣產(chǎn)生，再滴入石蠟油，石蠟油接觸氧化鋁立即分解產(chǎn)生蒸汽，將產(chǎn)生的氣體通入到酸性高錳酸鉀溶液及溴的四氯化碳溶液中，約1分鐘左右，溶液褪色。相比于教材實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間有所縮短，但氧化鋁的氧化程度易受影響，影響實(shí)驗(yàn)效果。

（2）二氧化錳粉末

取3g二氧化錳粉末置于燒瓶底部，與氧化鋁做催化劑采取相同的實(shí)驗(yàn)操作，當(dāng)氣體通入到酸性高錳酸鉀溶液中，溶液迅速褪色，歷時(shí)大約5秒。

（3）沸石

沸石有防暴沸的效果，其表面疏松多孔，也可收集蒸汽，積蓄熱量，采取同樣的實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)操作，使酸性高錳酸鉀溶液褪色時(shí)間約為3分鐘。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案與效果

1.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)對(duì)比，采用二氧化錳做催化劑效果最佳，實(shí)驗(yàn)時(shí)間最短。實(shí)驗(yàn)前，將3g二氧化錳粉末加到燒瓶中，按圖2連好實(shí)驗(yàn)裝置，使用防風(fēng)酒精燈預(yù)熱三分鐘左右，用醫(yī)用注射器滴入幾滴石蠟油，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，石蠟油一次滴加的量不能過(guò)多，否則極易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。產(chǎn)生的氣體通入到0.003%酸性高錳酸鉀溶液（將2滴0.01mol/L高錳酸鉀、稀硫酸滴入2mL水中）中，5秒鐘后溶液即褪色，可以證明石蠟油分解產(chǎn)生了不同于烷烴的物質(zhì)。

2.新實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)通過(guò)該裝置進(jìn)行改進(jìn)后，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯，且耗時(shí)很短。采用針筒注射器可細(xì)微地控制所添加的量，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以采取逐滴加入的方法，可以有效保證實(shí)驗(yàn)成功率。相比于試管而言，使用三頸燒瓶聚熱效果更佳，不容易炸裂。采用雙向玻璃管代替普通導(dǎo)管，解決了倒吸問(wèn)題，安全系數(shù)更高。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：化學(xué)2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：67

[2] 滕尚杰.雙具支恒壓燒瓶和防倒吸實(shí)驗(yàn)裝置[J].中國(guó)科技教育，2007（1）：36-37

[3] 李潤(rùn).銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)[J].化學(xué)教育（中英文），2018，39（7）：63-65