石蠟油分解實驗的新設計

林潔玲

【摘要】? 催化劑改進方面用二氧化錳代替碎瓷片，從安全性的角度采用安全瓶改進課本實驗裝置，從反應藥品常見性角度用固體石蠟代替課本上沾有石蠟油的礦渣棉。將課本難以成功的科學探究演示實驗改進為學生分組實驗，現象明顯，操作簡單，安全性和成功率高。

【關鍵詞】? 石蠟油 實驗改進 措施

【中圖分類號】? G633.8 ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】? A ? ? 【文章編號】? 1992-7711（2020）03-171-020

1.課本實驗難成功原因

人教版必修2課本（第67頁）第三章第二節引入了石蠟油分解實驗，其實驗裝置圖如下圖1。其原理是利用石蠟油蒸汽遇到灼熱的碎瓷片，分解產生乙烯等氣體，可分別使溴水和酸性高錳酸鉀等溶液褪色。目的是讓學生通過該實驗了解到乙烯來自于石油，并通過實驗調動起學生學習的興趣，讓學生主動探究乙烯的性質。培養學生科學探究和創新意識，符合化學學科核心素養的要求。但該實驗成功率很低，即使成功，所需時間也太長，耗時約7～10分鐘。絕大多數老師采取看視頻的方式代替該演示實驗。這在一定程度上影響了演示實驗的開展，影響了學生對知識的可信度和學生科學探究的積極性。

筆者在實驗中將浸透石蠟油的礦渣棉放在試管最里端，碎瓷片放在試管中部，在碎瓷片下方用酒精燈加熱，預計石蠟油氣化，產生的石蠟油蒸氣外逸，遇到高溫碎瓷片發生分解，產生不飽和烴使溴水或酸性高錳酸鉀溶液褪色。該實驗的目的，主要是說明產物中含有與烷烴性質不同的烴——烯烴。此實驗存在如下的問題：

1.1藥品不常見石蠟油和礦渣棉在普通中學實驗室不常見，學生感到很陌生，無法提起學生的興趣。

1.2成功率低一方面，由于酒精燈在碎瓷片下方加熱，石棉能吸附的石蠟油量較小，石蠟油汽化的溫度（390～405℃）較石蠟油分解溫度（約為450～560℃）低，結果石蠟油多數都已經變為蒸氣逸出，碎瓷片溫度還尚未能升至石蠟分解所需溫度，而當碎瓷片溫度升至足夠石蠟分解溫度時，石蠟已大部分氣化并逸出裝置，由于剩余的石蠟量少，氣化后遇碎瓷片分解產生烯烴的速率慢，產生烯烴的總量小。另一方面，在原裝置中，由于液體石蠟油并非主動受熱，更導致由此產生的蒸汽量很少，所以當極少量的石蠟油蒸汽再通過灼熱的碎瓷片時，分解產生的乙烯等氣體將更少，上述二方面的原因都導致溴水或酸性高錳酸鉀溶液褪色所需時間較長或不能完全褪色，無法達到實驗目的，因此存在實驗成功率低。

1.3催化劑催化效率低筆者查閱資料得知，催化劑的活性取決于其組成和結構，碎瓷片由于含有氧化鋁，所以能起催化作用，但因為碎瓷片結構致密，氣孔率低，故其催化效果不理想，而教材采用碎瓷片做為本實驗的催化劑可能是因為其常見而已。故筆者在本文中要尋找理想的催化劑代替碎瓷片。

1.4裝置安全性不夠本實驗產生的裂化氣很少，右邊試管內的溶液容易倒吸進入硬質試管中。教材中要求將“浸透了石蠟油的石棉放置在硬質試管的底部，以保證實驗的原料的量足夠多，保證生成的烯烴能使小試管兩種溶液分別褪色，最后剩余氣體能燃燒。但教材的裝置圖的試管是平放的，這就造成一個缺點，若石蠟油過多，則易流動到催化劑碎瓷片上，但若把試管中略向上傾斜，則催化劑碎瓷片易在重力的作用下滑落到試管底部。所以如何解決石蠟油的用量與裝置操作上的矛盾呢？

2.實驗改進

2.1操作

連接好實驗裝置圖，檢查裝置的氣密性，裝好二氧化錳和石蠟油的糊狀物，用兩個試管分別準備好酸性高錳酸鉀溶液和溴水，先預熱后對準藥品加熱，將導管依次通入裝好酸性高錳酸鉀和溴水的試管。觀察現象。

2.2實驗改進的關鍵

2.2.1藥品將石蠟油和礦渣棉改為石蠟

石蠟油，生活中不常見，學生感到陌生。關于石蠟油的研究并不多，劉炳義主編的《中國石油化工商品手冊》中沒有記載，只能在馬世昌主編的《化工產品辭典》中第88頁中查到有關石蠟油的記載。石蠟油分為重質液體石蠟油和液體石蠟油兩種，其主要成分是含C18～C30的正構烷烴。而石蠟可用學生所熟悉的蠟燭切取2厘米而來，其主要成分是正構和異構烷烴以及帶長鏈基側鏈的環烷烴、芳香烴等組成的混合物，分子中的碳原子數為C20～C35.烷烴在無氧條件下，在高溫條件下，分子中的碳碳鍵和碳氫鍵均可斷裂，由分子量大的變成分子量小的化合物，這種反應叫裂解。由于石蠟含碳原子數比石蠟油多，分子量比較大，故更易發生裂解反應，生成小分子的烷烴和烯烴。由于石蠟的熔點是57～63℃，易產生蒸氣，裂解要求的溫度比較低，反應速率較快，所以無需要礦渣棉。

2.2.2催化劑的改變將碎瓷片改為二氧化錳

課本的實驗方案中利用碎瓷片作為催化劑，但實踐證明效果不佳，碎瓷片具有很高的穩定性和熱容量，主要起到了蓄熱升溫的作用。起不到催化劑的作用。筆者嘗試著換用其它催化劑，先后用了碎瓷片、二氧化錳、氧化銅、二氧化硅等。按上述圖2安裝好實驗裝置后，進行對比實驗。

不同的催化劑對實驗的影響

對比實驗證明，二氧化錳作為本實驗的催化劑催化效果最佳。只要稍稍加熱一下二氧化錳和石蠟油的糊狀物，馬上產生大量的蒸氣，使酸性高錳酸鉀和溴水在不到1分鐘的時間即可完全褪色。

2.2.3安全性的改進由于課本教材實驗產生的蒸氣不穩定，試管中的高錳酸鉀溶液和溴水容易發生倒吸，進入硬質試管中，而本實驗加了安全瓶，解決了倒吸的危險。同時筆者還把反應本來水平放置的試管改進垂直，優點在于解決了上述提到的石蠟油的用量與裝置操作上的矛盾。

3.實驗改進后的優點

改進后的實驗采用了學生熟悉的蠟燭，讓學生感到化學就在身邊，研究化學并不神秘，這樣才能引起學生對學習化學的興趣。裝置和操作都很簡單并安全，所以可設計成學生分組實驗，現象明顯，成功率很高。課堂上可大膽地引導學生通過實驗現象分析推理，讓學生體驗科學探究的學習過程。最后筆者要提一下本實驗要成功的細節，為了更快地看到溶液褪色的現象，所采用的高錳酸鉀溶液和溴水的濃度要小，為增強其氧化性，最好在配好的稀溶液中滴加2或3滴稀硫酸。同時本實驗中所用到的儀器必須要先干燥，因為水能使催化劑中毒。

4.實驗注意事項

1.高錳酸鉀宜用稀溶液，3mL該溶液中一般加入2～3滴稀硫酸，增加溶液的氧化性;

2.溴水宜用稀溶液，也可用溴的四氯化碳溶液替代，配制溴的四氯化碳溶液時，20mL四氯化碳加1～2滴液溴即可。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書[J].化學2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2004：67.

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