石蠟分解實驗的創新改進

2024-01-12 15:56:28孫志君

化學教與學 2023年20期

孫志君

（福建省廈門第二中學福建廈門 361009）

石蠟是多種烷烴或環烷烴組成的混合物，是石油分餾的產物之一，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的一個重要實驗，本實驗能夠讓學生更加直觀地學習工業上石油裂解的原理，了解烯烴來自石油，再通過烯烴與烷烴性質的不同對產物進行驗證。

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生裂解，產生氣體，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 范文覺設計的裝置

圖3 周夢茜設計的裝置

圖4 王輝設計的裝置

按照教材方案進行實驗，成功率較低，在操作中發現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，當產生的石蠟油蒸汽通過碎瓷片時，玻璃管內碎瓷片的溫度還遠未達到石蠟油蒸氣的裂解溫度，這導致大部分石蠟油蒸汽通過碎瓷片時并未發生裂解，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，發生裂解生成的烯烴較少，最終導致實驗現象不明顯；3.試管內產生的石蠟油蒸汽氣壓不穩定，容易發生倒吸，導致試管破裂。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，又能達到預期的實驗效果，達到更好的教學效果。

二、實驗改進探究

1.研究現狀

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，使短時間內分子篩快速升溫，石蠟油蒸汽快速分解。從熱力學角度探討石蠟油分解反應發生的條件，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，安全系數高，實驗現象明顯。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，高效地實現教學目標，真正實現實驗現象更明顯、實驗裝置更簡單、實驗操作安全系數更高，結合前人研究思路，確定了如下改進方向：1.使用小型電加熱棒加熱，確保快速提升溫度達到石蠟油裂解溫度，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 高中教學電源1 個，帶鱷魚夾的導線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，直角玻璃導管1根，長尖嘴導管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，好學校建設工程。在硬件方面，我們要爭取提供更多的優質學位，滿足廣州戶籍孩子和非廣州戶籍孩子的入學需求，包括二孩政策帶來的新的學位需求。我們要把新建學校、改建學校、擴建學校做得更加充分，好學校還要“步步高”，這些是好教育的托底工作。對發展基礎比較薄弱的學校，包括薄弱地區的學校，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，成為家門口的好學校。這其中也包括校園經典閱讀工程，我們要讓所有的學校通過既經濟又覆蓋面比較廣的方式增強校園經典閱讀的效果，以此來構筑好孩子們的精神世界，守護好他們的精神家園。

加熱棒結構如圖5所示，在橡膠塞上打兩個小孔，將加熱棒支撐區固定于橡膠塞，引線置于橡膠塞上方以便連接高中教學電源，將直角玻璃導管固定于橡膠塞，組裝后橡膠塞如圖6所示。