林潔玲

【摘要】? 催化劑改進(jìn)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(jìn)課本實(shí)驗(yàn)裝置，從反應(yīng)藥品常見(jiàn)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(xué)探究演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象明顯，操作簡(jiǎn)單，安全性和成功率高。

【關(guān)鍵詞】? 石蠟油 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 措施

【中圖分類號(hào)】? G633.8 ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】? A ? ? 【文章編號(hào)】? 1992-7711（2020）03-171-020

1.課本實(shí)驗(yàn)難成功原因

人教版必修2課本（第67頁(yè)）第三章第二節(jié)引入了石蠟油分解實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)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(chǎn)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(xué)生通過(guò)該實(shí)驗(yàn)了解到乙烯來(lái)自于石油，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生主動(dòng)探究乙烯的性質(zhì)。培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)，符合化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。但該實(shí)驗(yàn)成功率很低，即使成功，所需時(shí)間也太長(zhǎng)，耗時(shí)約7～10分鐘。絕大多數(shù)老師采取看視頻的方式代替該演示實(shí)驗(yàn)。這在一定程度上影響了演示實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，影響了學(xué)生對(duì)知識(shí)的可信度和學(xué)生科學(xué)探究的積極性。

筆者在實(shí)驗(yàn)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(yù)計(jì)石蠟油氣化，產(chǎn)生的石蠟油蒸氣外逸，遇到高溫碎瓷片發(fā)生分解，產(chǎn)生不飽和烴使溴水或酸性高錳酸鉀溶液褪色。該實(shí)驗(yàn)的目的，主要是說(shuō)明產(chǎn)物中含有與烷烴性質(zhì)不同的烴——烯烴。此實(shí)驗(yàn)存在如下的問(wèn)題：

1.1藥品不常見(jiàn)石蠟油和礦渣棉在普通中學(xué)實(shí)驗(yàn)室不常見(jiàn)，學(xué)生感到很陌生，無(wú)法提起學(xué)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(jié)果石蠟油多數(shù)都已經(jīng)變?yōu)檎魵庖莩?，碎瓷片溫度還尚未能升至石蠟分解所需溫度，而當(dāng)碎瓷片溫度升至足夠石蠟分解溫度時(shí)，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(chǎn)生烯烴的速率慢，產(chǎn)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(dòng)受熱，更導(dǎo)致由此產(chǎn)生的蒸汽量很少，所以當(dāng)極少量的石蠟油蒸汽再通過(guò)灼熱的碎瓷片時(shí)，分解產(chǎn)生的乙烯等氣體將更少，上述二方面的原因都導(dǎo)致溴水或酸性高錳酸鉀溶液褪色所需時(shí)間較長(zhǎng)或不能完全褪色，無(wú)法達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，因此存在?shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)，碎瓷片由于含有氧化鋁，所以能起催化作用，但因?yàn)樗榇善Y(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)的催化劑可能是因?yàn)槠涑Ｒ?jiàn)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(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的裂化氣很少，右邊試管內(nèi)的溶液容易倒吸進(jìn)入硬質(zhì)試管中。教材中要求將“浸透了石蠟油的石棉放置在硬質(zhì)試管的底部，以保證實(shí)驗(yàn)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(gè)缺點(diǎn)，若石蠟油過(guò)多，則易流動(dòng)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(shí)驗(yàn)改進(jìn)

2.1操作

連接好實(shí)驗(yàn)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(gè)試管分別準(zhǔn)備好酸性高錳酸鉀溶液和溴水，先預(yù)熱后對(duì)準(zhǔn)藥品加熱，將導(dǎo)管依次通入裝好酸性高錳酸鉀和溴水的試管。觀察現(xiàn)象。

2.2實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的關(guān)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(jiàn)，學(xué)生感到陌生。關(guān)于石蠟油的研究并不多，劉炳義主編的《中國(guó)石油化工商品手冊(cè)》中沒(méi)有記載，只能在馬世昌主編的《化工產(chǎn)品辭典》中第88頁(yè)中查到有關(guān)石蠟油的記載。石蠟油分為重質(zhì)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(gòu)烷烴。而石蠟可用學(xué)生所熟悉的蠟燭切取2厘米而來(lái)，其主要成分是正構(gòu)和異構(gòu)烷烴以及帶長(zhǎng)鏈基側(cè)鏈的環(huán)烷烴、芳香烴等組成的混合物，分子中的碳原子數(shù)為C20～C35.烷烴在無(wú)氧條件下，在高溫條件下，分子中的碳碳鍵和碳?xì)滏I均可斷裂，由分子量大的變成分子量小的化合物，這種反應(yīng)叫裂解。由于石蠟含碳原子數(shù)比石蠟油多，分子量比較大，故更易發(fā)生裂解反應(yīng)，生成小分子的烷烴和烯烴。由于石蠟的熔點(diǎn)是57～63℃，易產(chǎn)生蒸氣，裂解要求的溫度比較低，反應(yīng)速率較快，所以無(wú)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(shí)驗(yàn)方案中利用碎瓷片作為催化劑，但實(shí)踐證明效果不佳，碎瓷片具有很高的穩(wěn)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(shí)驗(yàn)裝置后，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

不同的催化劑對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，二氧化錳作為本實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生大量的蒸氣，使酸性高錳酸鉀和溴水在不到1分鐘的時(shí)間即可完全褪色。

2.2.3安全性的改進(jìn)由于課本教材實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的蒸氣不穩(wěn)定，試管中的高錳酸鉀溶液和溴水容易發(fā)生倒吸，進(jìn)入硬質(zhì)試管中，而本實(shí)驗(yàn)加了安全瓶，解決了倒吸的危險(xiǎn)。同時(shí)筆者還把反應(yīng)本來(lái)水平放置的試管改進(jìn)垂直，優(yōu)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)采用了學(xué)生熟悉的蠟燭，讓學(xué)生感到化學(xué)就在身邊，研究化學(xué)并不神秘，這樣才能引起學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。裝置和操作都很簡(jiǎn)單并安全，所以可設(shè)計(jì)成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象明顯，成功率很高。課堂上可大膽地引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析推理，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的學(xué)習(xí)過(guò)程。最后筆者要提一下本實(shí)驗(yàn)要成功的細(xì)節(jié)，為了更快地看到溶液褪色的現(xiàn)象，所采用的高錳酸鉀溶液和溴水的濃度要小，為增強(qiáng)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(shí)本實(shí)驗(yàn)中所用到的儀器必須要先干燥，因?yàn)樗苁勾呋瘎┲卸尽?/p>

4.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

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(shí)，20mL四氯化碳加1～2滴液溴即可。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書[J].化學(xué)2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2004：67.

[2]雷遠(yuǎn)春.2002硅酸鹽材料理化性能檢測(cè).湖北：武漢理工大學(xué)出版社：7-9.

[3]邢其毅等.基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2003：62.