石蠟油分解實驗改進

周夢茜　景一丹　肖小明

摘要：石蠟油分解是化學必修二教材中非常重要的一個實驗，但實驗成功率不高。在進行原理分析與實驗探索的基礎上，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，用雙向玻璃管代替傳統玻璃導管防倒吸，再用針筒注射器逐滴加入石蠟油，有效提高了實驗成功率，而且操作簡便快捷，安全系數也更高。

關鍵詞：石蠟油分解;實驗改進;催化劑

文章編號：1008-0546（2019）01-0085-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.026

化學是一門以實驗為基礎的學科，在化學教材的設計中涉及了許多實驗探究，但部分實驗存在現象不明顯、易操作難成功的問題，通過對石蠟油分解實驗方案的改進探究，提高課堂實驗成功率。石蠟油分解是將浸透了石蠟油的石棉放置在硬質試管的底部，試管中加入做催化劑的碎瓷片，給碎瓷片加強熱，石蠟油蒸汽通過熾熱的碎瓷片表面發生反應，產生一定量的氣體，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 [1]。

一、課本實驗的不足

依據教材的實驗方案進行實驗，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高等，以上因素都有可能導致實驗失敗，且實驗中實際操作過程中還存在一定的危險性，石蠟油加熱過程中產生蒸汽的氣壓不穩定，極易發生倒吸，導致試管炸裂，同時實驗時間過長，一般會超過十分鐘，在課堂完整呈現難度較大。

針對以上問題，對石蠟油分解的實驗易失敗的根源進行分析，尋求最適合石蠟油分解的實驗裝置、溫度及催化劑。

二、實驗改進探索

石蠟油的沸點在300℃左右，一般情況下，在500℃左右發生裂化，將重油轉化為輕質油;在600℃左右發生裂解，輕質油繼續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，根據教材實驗可知，當石蠟油沸騰產生蒸汽時，氣體流動性較大，有一部分未在碎瓷片上發生反應就通過導管流出發生裝置，且會帶走碎瓷片所積蓄的熱量，導致實驗效果不佳。

基于以上因素，可采取三條改進思路提高實驗成功率和安全系數：（1）升高實驗時溫度，確保達到石蠟油分解溫度;（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）選用合適的實驗裝置，使石蠟油蒸汽能與催化劑更大面積的接觸，且避免發生倒吸。根據以上思路進行了以下實驗探索。

1.實驗裝置的改進

教材中將試管橫置，石蠟油易流出，且溫度易流失，本實驗方案采用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，采用醫用注射器加石蠟油，以控制添加速度，避免出現石蠟油量少的問題，同時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管，避免氣壓不穩定時發生倒吸現象 [2]。

2.升高實驗溫度

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，難以達到其裂解溫度，不加以改進的酒精燈不適合充當石蠟油分解的熱源;酒精噴燈的溫度可達到800-1000℃，但噪音較大不適宜課堂實驗。因此調整燈芯高度，加粗燈芯，在酒精燈上加上防風罩，讓熱源更集中。實驗裝置如圖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，先預熱燒瓶，直至燒瓶內部無水氣產生，再滴入石蠟油，石蠟油接觸氧化鋁立即分解產生蒸汽，將產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。相比于教材實驗，實驗時間有所縮短，但氧化鋁的氧化程度易受影響，影響實驗效果。

（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驗操作，當氣體通入到酸性高錳酸鉀溶液中，溶液迅速褪色，歷時大約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，采取同樣的實驗裝置與實驗操作，使酸性高錳酸鉀溶液褪色時間約為3分鐘。

三、實驗改進方案與效果

1.實驗改進方案

通過上述實驗對比，采用二氧化錳做催化劑效果最佳，實驗時間最短。實驗前，將3g二氧化錳粉末加到燒瓶中，按圖2連好實驗裝置，使用防風酒精燈預熱三分鐘左右，用醫用注射器滴入幾滴石蠟油，實驗過程中，石蠟油一次滴加的量不能過多，否則極易導致實驗失敗。產生的氣體通入到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生了不同于烷烴的物質。

2.新實驗方案的優點

實驗通過該裝置進行改進后，實驗現象非常明顯，且耗時很短。采用針筒注射器可細微地控制所添加的量，在實驗過程中可以采取逐滴加入的方法，可以有效保證實驗成功率。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管，解決了倒吸問題，安全系數更高。

參考文獻

[1] 宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書：化學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驗裝置[J].中國科技教育，2007（1）：36-37

[3] 李潤.銅與濃、稀硝酸反應的改進實驗[J].化學教育（中英文），2018，39（7）：63-65