石蠟催化裂化實驗的改進

文章編號:1005-6629(2010)08-0017-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:C

石蠟催化裂化實驗是一個重要實驗。在新課程改革的《普通高中課程標準實驗教科書必修 化學2》 (人民教育出版社、 江蘇教育出版社、 山東科技出版社)， 都有該實驗。但是如果按照教科書上的方法進行實驗，效果都不是很好。通過我們的研究，談談怎樣做好該實驗。

1 實驗改進

[改進實驗1]按圖1連接實驗裝置。 在試管Ⅰ里加入約4～5 g(約2藥匙)氧化銅粉末，在粉末的上面放入約1～2 g石蠟(可以用蠟燭的蠟代替，約蠶豆般大小)。用高溫酒精燈(在普通酒精燈里加入適量的95%的酒精，配備酒精燈燈罩，提高酒精燈的溫度)加熱試管。

加熱1～2 min后石蠟熔化，立即產生大量的白霧，有氣體產生，可觀察到試管 Ⅲ 里酸性高錳酸鉀溶液(或溴水)的顏色逐漸變淺，片刻后溶液完全褪色。在試管Ⅱ里可以看到有少量的液體。同時，原來黑色的氧化銅粉末，部分變為淺紅色。也可以用二氧化錳代替氧化銅進行實驗，實驗效果也很好，但黑色的二氧化錳無明顯變化。

[改進實驗2]按圖1連接實驗裝置。 在試管Ⅰ里加入約4～5 g(約2藥匙)氧化銅粉末。用高溫酒精燈加熱試管。1～2 min后，向加熱后的氧化銅粉末上，滴加10～15滴石蠟油，再繼續加熱，很快，產生大量的白霧，有氣體產生，可觀察到試管 Ⅲ 里酸性高錳酸鉀溶液(或溴水)的顏色逐漸變淺，片刻后溶液完全褪色。在試管Ⅱ里可以看到有少量的液體。同時，原來黑色的氧化銅粉末，部分變為淺紅色。也可以用二氧化錳代替氧化銅進行實驗，實驗效果相同，但黑色的二氧化錳無明顯變化。

[改進實驗3]如圖2所示，將浸透了石蠟油的石棉放置在硬質試管的底部，試管中放入4～5 g(約2藥匙)氧化銅粉末，給試管加強熱，石蠟油蒸汽通過熾熱的氧化銅表面發生反應，生成一定量的氣體。氣體通入高錳酸鉀溶液中，使酸性高錳酸鉀溶液逐漸褪色。用排水集氣法收集一試管氣體，點燃，產生明亮火焰。同時，原來黑色的氧化銅粉末，部分變為淺紅色。也可以用二氧化錳代替氧化銅進行實驗，實驗效果相同，但黑色的二氧化錳無明顯變化。

2 交流與討論

通過長期的實驗摸索和研究，我們認為做好石蠟催化裂化實驗需把握溫度、催化劑、實驗操作順序三個要素。

溫度: 石蠟是含C20—C30的固態高級烷烴的混合物。在碳原子數相同的烷烴異構體中，直鏈物的沸點最高，查得C20H42直鏈烴的沸點是352 ℃，C30 H62直鏈烴的沸點是450 ℃。可見一般石蠟的沸點均在450 ℃以下。實際測得普通固體石蠟的沸點是390～405 ℃， 遠低于石蠟的裂化溫度(500 ℃左右)。因此，本實驗若使用普通的酒精燈加熱， 石蠟沸騰并轉變為氣態時， 難以達到石蠟裂化分解所需的溫度， 會使實驗失敗。

催化劑:催化劑對石蠟催化裂化實驗有一定的影響。雖然有些固體粉末能夠加快該反應的進行，如Al2O3、AlCl3、 SiO2、 Cr2O3、 MnO2、 Al2(SiO3)，CuO、還原鐵粉、碎瓷片、河沙、堿石灰、碎瓷粉、水泥粉等。但是在數次實驗探究后，我們認為CuO、Mn02是該反應較好的催化劑。

使用氧化銅作為催化劑，石蠟分解的產物還能與氧化銅發生氧化還原反應，使原來黑色的氧化銅部分變為淺紅色，產生銅和氧化亞銅。

高溫酒精燈:如果在普通酒精燈中，加入適量的工業酒精，可以使溫度達到650～700 ℃;如果再在酒精燈上加入酒精燈防風罩，則溫度可以達到700～800 ℃。這樣大大提高了酒精燈的加熱效果，可以把這樣的酒精燈稱為高溫酒精燈。

實驗關鍵步驟:實驗的關鍵步驟是:先加熱固體催化劑，達到較高的溫度，然后加入少量固體石蠟(約1～2 g)或者少量石蠟油(約10～20滴)， 使石蠟催化裂化，達到滿意的效果。石蠟催化裂化實驗，關鍵是石蠟的裂化分解，如果實驗操作步驟不妥，實驗時只會使石蠟或者石蠟油沸騰，得到的是石蠟蒸汽，而不能使石蠟裂化分解。

3實驗小結

通過實驗研究和摸索，我們認為用圖1或圖2裝置，用氧化銅或二氧化錳粉末固體作催化劑，使用高溫酒精燈加熱石蠟或石蠟油，都能夠在較快的時間內(2～3 min)發生催化裂化，產生的氣態混合物，能夠使淺紅色的酸性高錳酸鉀溶液褪色，或使溴的四氯化碳褪色。改進后的實驗材料易得，操作簡便，現象明顯，實驗效果好。