利用蜂窩煤渣對石蠟分解實驗的改進

李嘉琦 陽志高

（寧鄉(xiāng)縣第一高級中學(xué) 湖南 長沙 410660）

石蠟油分解實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)開始學(xué)習(xí)有機化學(xué)的一個重要科學(xué)探究實驗，其不但讓學(xué)生了解了乙烯的來源，重要的是為學(xué)生學(xué)習(xí)乙烯的性質(zhì)建立了感性認(rèn)識，明白乙烯能使酸性高錳酸鉀和溴水褪色。教材提供的實驗方法時間較長 （大約需要18－27 分鐘）且成功的幾率較低，這迫使多數(shù)的老師采取多媒體視頻或模擬動畫的方式代替該演示實驗，電子教學(xué)手段盡管也能模擬正確的實驗結(jié)果，但是學(xué)生缺乏親身經(jīng)歷的認(rèn)同感，在一定程度上影響了影響了學(xué)生對知識的可信度和學(xué)生科學(xué)探究的積極性，達不到該演示實驗所起到的教學(xué)意義。近年來關(guān)于石蠟分解實驗的改進屢有報道， 優(yōu)化主要集中在對裝置的改進和對催化劑（比如用二氧化錳、三氧化二鋁等）的改進兩個方面［1－3］；將煤渣這種生活廢棄物用于中學(xué)化學(xué)演示實驗石蠟的分解上未見相關(guān)報道。

煤渣的主要成分是二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂等；由于其具有硅鋁結(jié)構(gòu)特征以及很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、很高的比表面積和豐富的微孔結(jié)構(gòu)，這使它作為催化劑或催化劑載體都具有廣泛的應(yīng)用潛力［4－5］；不同來源的煤渣， 其物理化學(xué)性質(zhì)波動比較大， 這是作為家庭燃料蜂窩煤在定型時候添加的黃泥所決定的；我們采用中學(xué)實驗室更常見的石蠟代替石蠟油，用煤渣為催化劑催化石蠟的分解，取得較理想的實驗結(jié)果；更重要的是在演示實驗過程中帶給學(xué)生的震撼能引起學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

一、實驗過程

將煤渣粉碎，置于坩堝中灼燒一段時間；對教材中石蠟油分解實驗進行改進，酒精燈上加用易拉罐做成的酒精燈防風(fēng)罩；將左邊試管中的物質(zhì)改成石蠟和煤渣。按圖1 連接好實驗裝置，檢查裝置的氣密性，先預(yù)熱后對準(zhǔn)煤渣加熱，將導(dǎo)管依次通入裝好酸性高錳酸鉀和溴水的試管，觀察現(xiàn)象。

圖1 石蠟的催化分解實驗

二、實驗結(jié)果分析

從下頁表1 可以看出， 沒有催化劑存在的情況下，石蠟不分解；在催化劑量較少的情況下，石蠟液化后氣化，大部分的石蠟蒸氣充滿試管并在試管口附近凝結(jié)，裂化不夠連續(xù)（按教材提供的實驗方法也有類似的現(xiàn)象），故高錳酸鉀和溴水褪色時間較長，且高錳酸鉀溶液上層有少量油狀液體，該油狀液體不能使酸性高錳酸鉀褪色；當(dāng)煤渣用量達到3．0g，繼續(xù)增加用量褪色時間沒有明顯縮短；使用相同量煤渣時，經(jīng)過酸蝕處理和高溫?zé)崽幚淼玫降拿涸呋Ч黠@變好，這可能是酸蝕有助于形成更多的孔道，增加接觸面積； 同時高溫灼燒能去掉煤渣中的積炭和水分，也能形成更多的孔道， 從而達到提高催化效果的目的；實驗還同時考察了煤渣催化劑的穩(wěn)定性，實驗③中加熱直到無氣體生成， 將煤渣倒入坩堝， 充分灼燒，備用，紅外光譜和熱重分析可以看出，催化劑的骨架并沒有發(fā)生明顯的變化，這說明煤渣具有較好的穩(wěn)定性和重復(fù)性；在同等條件下，對催化劑做重復(fù)性考察實驗；從實驗⑥－⑨可以看出，煤渣使用四次催化性能沒有明顯衰退；第5 次褪色時間明顯增長，原因可能是在重復(fù)使用過程中催化劑存在損耗，或者石蠟中某些雜質(zhì)對煤渣催化劑有毒化作用；實驗結(jié)果證明煤渣對石蠟的分解具有良好的催化效果和穩(wěn)定的催化性能。

表1 石蠟的分解實驗

三、結(jié)論

化學(xué)來源于生活又服務(wù)于生活，利用生活垃圾蜂窩煤渣催化石蠟的分解取得不錯的催化效果；相對于一些同行更加滿意的實驗結(jié)果［1－3］，煤渣也有其特有的優(yōu)點：首先煤渣粉末體積較大，對液體和氣體具有較大的吸附性， 實驗過程中不存在試管炸裂的危險；其次， 將蜂窩煤渣這種生活垃圾用于中學(xué)化學(xué)演示實驗，符合新課程教學(xué)和綠色化學(xué)的理念；更為重要的是，該實驗?zāi)軒椭鷮W(xué)生理解科學(xué)，技術(shù)，社會三者之間的關(guān)系，同時培養(yǎng)他們應(yīng)具有的社會責(zé)任感。

［1］王翼．石蠟油分解實驗的改進［J］．中小學(xué)實驗與裝備，2014，（5）：39

［2］鐘云．石蠟油分解實驗的改進［J］．中小學(xué)實驗與裝備，2012，（4）：28

［3］劉 文 芳．石蠟油分解實驗的改進［J］．化學(xué)教學(xué)，2011，（11）：41

［4］楊震，金立忠．粉煤灰在沸水處理中的應(yīng)用［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012，（32）：114

［5］郭亞文，孫秀君等．粉煤灰活化及在含油廢水處理中的應(yīng)用研究［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013，（26）：43－45