石蜡分解实验的创新改进

2024-01-12 15:56孙志君

化学教与学 2023年20期

孙志君

（福建省厦门第二中学福建厦门 361009）

石蜡是多种烷烃或环烷烃组成的混合物，是石油分馏的产物之一，其本身不能使酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液褪色。石蜡分解实验是高中化学的一个重要实验，本实验能够让学生更加直观地学习工业上石油裂解的原理，了解烯烃来自石油，再通过烯烃与烷烃性质的不同对产物进行验证。

一、问题的提出

教材中的实验装置如图1 所示［1］，以碎瓷片为催化剂，将浸有石蜡油的矿渣棉置于试管底部，使用酒精灯加热碎瓷片，石蜡油蒸汽在通过碎瓷片表面时发生裂解，产生气体，将气体通入酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液中，溶液褪色，证明其生成了烯烃。

图1 教材实验装置

图2 范文觉设计的装置

图3 周梦茜设计的装置

图4 王辉设计的装置

按照教材方案进行实验，成功率较低，在操作中发现该方案存在以下几点不足：1.石蜡油裂解温度高达600 ℃，用酒精灯隔着玻璃管加热碎瓷片使其达到石蜡油的裂解温度需要较长时间；2.石蜡油裂解温度远高于其沸点300 ℃，在加热过程中，石蜡油率先汽化成蒸汽，当产生的石蜡油蒸汽通过碎瓷片时，玻璃管内碎瓷片的温度还远未达到石蜡油蒸气的裂解温度，这导致大部分石蜡油蒸汽通过碎瓷片时并未发生裂解，且矿渣棉里吸收的石蜡油有限，等到碎瓷片达到裂解温度时，矿渣棉里的石蜡油已所剩无几，发生裂解生成的烯烃较少，最终导致实验现象不明显；3.试管内产生的石蜡油蒸汽气压不稳定，容易发生倒吸，导致试管破裂。通过分析以上不足，期望寻求更适合石蜡分解实验的方案，既能克服教材中实验的不足，又能达到预期的实验效果，达到更好的教学效果。

二、实验改进探究

1.研究现状

范文觉［2］等人将分子筛、无水Al（2SO4）3和活性Al2O3三种催化剂混合，使短时间内分子筛快速升温，石蜡油蒸汽快速分解。从热力学角度探讨石蜡油分解反应发生的条件，在石蜡油量足够的条件下，温度越高，石蜡油越容易分解。但该实验混合催化剂操作复杂，催化剂混合比例影响实验效果。

周梦茜［3］等人从改进实验装置、升高实验温度、选择合适的催化剂三个方面进行改进，实验耗时短，安全系数高，实验现象明显。但改进后的实验对装置要求高。

王辉［4］从寻找合适催化剂，降低石蜡油分解温度；升高温度，确保达到石蜡油分解温度两方面思路进行大量实验探索，改进后操作简便，现象明显，成功率高。但加热过程中使用注射器滴入石蜡油，操作上还是需要注意滴入石蜡油的量，以防止温度迅速下降导致实验失败。

2.实验改进思路

为更好的满足利于课堂演示的要求，高效地实现教学目标，真正实现实验现象更明显、实验装置更简单、实验操作安全系数更高，结合前人研究思路，确定了如下改进方向：1.使用小型电加热棒加热，确保快速提升温度达到石蜡油裂解温度，提高实验的成功率；2. 直接用小试管（12×70 mm）盛装石蜡油进行实验，确保石蜡油的用量足够，避免实验过程中由于石蜡油用量不足，导致实验效果不佳；3.教材以碎瓷片为催化剂主要是利用碎瓷片中的氧化铝等的催化作用，所以选用基板为白色氧化铝材质的小型陶瓷高温加热棒进行实验，提高石蜡油的分解效率。

三、实验探究

1.实验用品

J1209 高中教学电源1 个，带鳄鱼夹的导线2 根，带铁夹的铁架台2 个，小试管（12×70 mm）若干，大试管（15×150 mm）若干，橡胶塞1 个，XH-RB3850 小型高温陶瓷加热棒（3.8×25 mm）1 根，橡胶管1 根，直角玻璃导管1根，长尖嘴导管1根，火柴。

石蜡油，酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液。

2.实验装置及步骤

2.1 组装橡胶塞

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加热棒结构如图5所示，在橡胶塞上打两个小孔，将加热棒支撑区固定于橡胶塞，引线置于橡胶塞上方以便连接高中教学电源，将直角玻璃导管固定于橡胶塞，组装后橡胶塞如图6所示。