石蠟分解實驗的創(chuàng)新改進

孫志君

（福建省廈門第二中學(xué) 福建 廈門 361009）

石蠟是多種烷烴或環(huán)烷烴組成的混合物，是石油分餾的產(chǎn)物之一，其本身不能使酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液褪色。石蠟分解實驗是高中化學(xué)的一個重要實驗，本實驗?zāi)軌蜃寣W(xué)生更加直觀地學(xué)習(xí)工業(yè)上石油裂解的原理，了解烯烴來自石油，再通過烯烴與烷烴性質(zhì)的不同對產(chǎn)物進行驗證。

一、問題的提出

教材中的實驗裝置如圖1 所示［1］，以碎瓷片為催化劑，將浸有石蠟油的礦渣棉置于試管底部，使用酒精燈加熱碎瓷片，石蠟油蒸汽在通過碎瓷片表面時發(fā)生裂解，產(chǎn)生氣體，將氣體通入酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液中，溶液褪色，證明其生成了烯烴。

圖1 教材實驗裝置

圖2 范文覺設(shè)計的裝置

圖3 周夢茜設(shè)計的裝置

圖4 王輝設(shè)計的裝置

按照教材方案進行實驗，成功率較低，在操作中發(fā)現(xiàn)該方案存在以下幾點不足：1.石蠟油裂解溫度高達600 ℃，用酒精燈隔著玻璃管加熱碎瓷片使其達到石蠟油的裂解溫度需要較長時間；2.石蠟油裂解溫度遠高于其沸點300 ℃，在加熱過程中，石蠟油率先汽化成蒸汽，當產(chǎn)生的石蠟油蒸汽通過碎瓷片時，玻璃管內(nèi)碎瓷片的溫度還遠未達到石蠟油蒸氣的裂解溫度，這導(dǎo)致大部分石蠟油蒸汽通過碎瓷片時并未發(fā)生裂解，且礦渣棉里吸收的石蠟油有限，等到碎瓷片達到裂解溫度時，礦渣棉里的石蠟油已所剩無幾，發(fā)生裂解生成的烯烴較少，最終導(dǎo)致實驗現(xiàn)象不明顯；3.試管內(nèi)產(chǎn)生的石蠟油蒸汽氣壓不穩(wěn)定，容易發(fā)生倒吸，導(dǎo)致試管破裂。通過分析以上不足，期望尋求更適合石蠟分解實驗的方案，既能克服教材中實驗的不足，又能達到預(yù)期的實驗效果，達到更好的教學(xué)效果。

二、實驗改進探究

1.研究現(xiàn)狀

范文覺［2］等人將分子篩、無水Al（2SO4）3和活性Al2O3三種催化劑混合，使短時間內(nèi)分子篩快速升溫，石蠟油蒸汽快速分解。從熱力學(xué)角度探討石蠟油分解反應(yīng)發(fā)生的條件，在石蠟油量足夠的條件下，溫度越高，石蠟油越容易分解。但該實驗混合催化劑操作復(fù)雜，催化劑混合比例影響實驗效果。

周夢茜［3］等人從改進實驗裝置、升高實驗溫度、選擇合適的催化劑三個方面進行改進，實驗耗時短，安全系數(shù)高，實驗現(xiàn)象明顯。但改進后的實驗對裝置要求高。

王輝［4］從尋找合適催化劑，降低石蠟油分解溫度；升高溫度，確保達到石蠟油分解溫度兩方面思路進行大量實驗探索，改進后操作簡便，現(xiàn)象明顯，成功率高。但加熱過程中使用注射器滴入石蠟油，操作上還是需要注意滴入石蠟油的量，以防止溫度迅速下降導(dǎo)致實驗失敗。

2.實驗改進思路

為更好的滿足利于課堂演示的要求，高效地實現(xiàn)教學(xué)目標，真正實現(xiàn)實驗現(xiàn)象更明顯、實驗裝置更簡單、實驗操作安全系數(shù)更高，結(jié)合前人研究思路，確定了如下改進方向：1.使用小型電加熱棒加熱，確?？焖偬嵘郎囟冗_到石蠟油裂解溫度，提高實驗的成功率；2. 直接用小試管（12×70 mm）盛裝石蠟油進行實驗，確保石蠟油的用量足夠，避免實驗過程中由于石蠟油用量不足，導(dǎo)致實驗效果不佳；3.教材以碎瓷片為催化劑主要是利用碎瓷片中的氧化鋁等的催化作用，所以選用基板為白色氧化鋁材質(zhì)的小型陶瓷高溫加熱棒進行實驗，提高石蠟油的分解效率。

三、實驗探究

1.實驗用品

J1209 高中教學(xué)電源1 個，帶鱷魚夾的導(dǎo)線2 根，帶鐵夾的鐵架臺2 個，小試管（12×70 mm）若干，大試管（15×150 mm）若干，橡膠塞1 個，XH-RB3850 小型高溫陶瓷加熱棒（3.8×25 mm）1 根，橡膠管1 根，直角玻璃導(dǎo)管1根，長尖嘴導(dǎo)管1根，火柴。

石蠟油，酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液。

2.實驗裝置及步驟

2.1 組裝橡膠塞

第一，好學(xué)校建設(shè)工程。在硬件方面，我們要爭取提供更多的優(yōu)質(zhì)學(xué)位，滿足廣州戶籍孩子和非廣州戶籍孩子的入學(xué)需求，包括二孩政策帶來的新的學(xué)位需求。我們要把新建學(xué)校、改建學(xué)校、擴建學(xué)校做得更加充分，好學(xué)校還要“步步高”，這些是好教育的托底工作。對發(fā)展基礎(chǔ)比較薄弱的學(xué)校，包括薄弱地區(qū)的學(xué)校，我們將采取更積極的手段，扶持它、幫助它，把更多資源向它傾斜，讓它們快速成長起來，成為家門口的好學(xué)校。這其中也包括校園經(jīng)典閱讀工程，我們要讓所有的學(xué)校通過既經(jīng)濟又覆蓋面比較廣的方式增強校園經(jīng)典閱讀的效果，以此來構(gòu)筑好孩子們的精神世界，守護好他們的精神家園。

加熱棒結(jié)構(gòu)如圖5所示，在橡膠塞上打兩個小孔，將加熱棒支撐區(qū)固定于橡膠塞，引線置于橡膠塞上方以便連接高中教學(xué)電源，將直角玻璃導(dǎo)管固定于橡膠塞，組裝后橡膠塞如圖6所示。

圖5 加熱棒結(jié)構(gòu)

圖6 組裝后的橡膠塞

2.2 組裝裝置

圖7 改進后的實驗裝置示意圖

2.3 實驗步驟

（1）如圖8所示，組裝裝置后檢查裝置氣密性；

圖8 改進后的實驗裝置實物圖

（2）在小試管中加入1～2 mL石蠟油，組裝好裝置；

（3）保持高中教學(xué)電源開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)，輸出電壓調(diào)至交流20 V，兩根電線的一端連接加熱棒引線，另一端鱷魚夾分別連接電源正負極；

（5）打開高中教學(xué)電源開關(guān)，加熱棒加熱石蠟油，約25 s 后可觀察到酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液開始褪色；

（6）將玻璃導(dǎo)管撤離溶液，使導(dǎo)管口向上，點燃生成的氣體，產(chǎn)生淡明亮的火焰并伴有黑煙，最后斷開電源開關(guān)。

3.本實驗創(chuàng)新點

（1）裝置簡單，安全可靠，使用小型高溫加熱棒快速加熱，反應(yīng)速度快；

（2）加熱區(qū)域位于試管內(nèi)部，不會誤碰燙傷，并且加熱效果穩(wěn)定，能很快達到石蠟油分解溫度，符合綠色化學(xué)理念；

（3）選用基板為白色氧化鋁材質(zhì)的小型陶瓷高溫加熱棒進行實驗，無需再另外加入催化劑即可達到實驗效果，石蠟油可重復(fù)實驗，節(jié)約藥品，操作方便；

（4）實驗成功率高，實驗現(xiàn)象明顯，能很快觀察到酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液褪色，有利于節(jié)約課堂教學(xué)時間，達到教學(xué)效果；

（5）實驗操作簡單，僅通過開關(guān)學(xué)生電源控制，便可觀察到實驗現(xiàn)象，重復(fù)性高，適用于課堂演示。

4.實驗注意事項

（1）加入的石蠟油不宜過多，最好1～2 mL，以便試管內(nèi)石蠟油更好地進行汽化與分解。

（2）加熱棒三分之一浸沒在石蠟油里，可以讓學(xué)生更快看到實驗現(xiàn)象。