孫志君

（福建省廈門第二中學(xué) 福建 廈門 361009）

石蠟是多種烷烴或環(huán)烷烴組成的混合物，是石油分餾的產(chǎn)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(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)的一個重要實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃寣W(xué)生更加直觀地學(xué)習(xí)工業(yè)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(zhì)的不同對產(chǎn)物進(jìn)行驗(yàn)證。

一、問題的提出

教材中的實(shí)驗(yàn)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(fā)生裂解，產(chǎn)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(shí)驗(yàn)裝置

圖2 范文覺設(shè)計(jì)的裝置

圖3 周夢茜設(shè)計(jì)的裝置

圖4 王輝設(shè)計(jì)的裝置

按照教材方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，成功率較低，在操作中發(fā)現(xiàn)該方案存在以下幾點(diǎn)不足：1.石蠟油裂解溫度高達(dá)600 ℃，用酒精燈隔著玻璃管加熱碎瓷片使其達(dá)到石蠟油的裂解溫度需要較長時間；2.石蠟油裂解溫度遠(yuǎn)高于其沸點(diǎn)300 ℃，在加熱過程中，石蠟油率先汽化成蒸汽，當(dāng)產(chǎn)生的石蠟油蒸汽通過碎瓷片時，玻璃管內(nèi)碎瓷片的溫度還遠(yuǎn)未達(dá)到石蠟油蒸氣的裂解溫度，這導(dǎo)致大部分石蠟油蒸汽通過碎瓷片時并未發(fā)生裂解，且礦渣棉里吸收的石蠟油有限，等到碎瓷片達(dá)到裂解溫度時，礦渣棉里的石蠟油已所剩無幾，發(fā)生裂解生成的烯烴較少，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯；3.試管內(nèi)產(chǎn)生的石蠟油蒸汽氣壓不穩(wěn)定，容易發(fā)生倒吸，導(dǎo)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(shí)驗(yàn)的方案，既能克服教材中實(shí)驗(yàn)的不足，又能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探究

1.研究現(xiàn)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(nèi)分子篩快速升溫，石蠟油蒸汽快速分解。從熱力學(xué)角度探討石蠟油分解反應(yīng)發(fā)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(shí)驗(yàn)混合催化劑操作復(fù)雜，催化劑混合比例影響實(shí)驗(yàn)效果。

周夢茜［3］等人從改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置、升高實(shí)驗(yàn)溫度、選擇合適的催化劑三個方面進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)耗時短，安全系數(shù)高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。但改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)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(dá)到石蠟油分解溫度兩方面思路進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)探索，改進(jìn)后操作簡便，現(xiàn)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(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

2.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)思路

為更好的滿足利于課堂演示的要求，高效地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯、實(shí)驗(yàn)裝置更簡單、實(shí)驗(yàn)操作安全系數(shù)更高，結(jié)合前人研究思路，確定了如下改進(jìn)方向：1.使用小型電加熱棒加熱，確?？焖偬嵘郎囟冗_(dá)到石蠟油裂解溫度，提高實(shí)驗(yàn)的成功率；2. 直接用小試管（12×70 mm）盛裝石蠟油進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確保石蠟油的用量足夠，避免實(shí)驗(yàn)過程中由于石蠟油用量不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)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(zhì)的小型陶瓷高溫加熱棒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提高石蠟油的分解效率。

三、實(shí)驗(yàn)探究

1.實(shí)驗(yàn)用品

J1209 高中教學(xué)電源1 個，帶鱷魚夾的導(dǎo)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(dǎo)管1根，長尖嘴導(dǎo)管1根，火柴。

石蠟油，酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液。

2.實(shí)驗(yàn)裝置及步驟

2.1 組裝橡膠塞

第一，好學(xué)校建設(shè)工程。在硬件方面，我們要爭取提供更多的優(yōu)質(zhì)學(xué)位，滿足廣州戶籍孩子和非廣州戶籍孩子的入學(xué)需求，包括二孩政策帶來的新的學(xué)位需求。我們要把新建學(xué)校、改建學(xué)校、擴(kuò)建學(xué)校做得更加充分，好學(xué)校還要“步步高”，這些是好教育的托底工作。對發(fā)展基礎(chǔ)比較薄弱的學(xué)校，包括薄弱地區(qū)的學(xué)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(xué)校。這其中也包括校園經(jīng)典閱讀工程，我們要讓所有的學(xué)校通過既經(jīng)濟(jì)又覆蓋面比較廣的方式增強(qiáng)校園經(jīng)典閱讀的效果，以此來構(gòu)筑好孩子們的精神世界，守護(hù)好他們的精神家園。

加熱棒結(jié)構(gòu)如圖5所示，在橡膠塞上打兩個小孔，將加熱棒支撐區(qū)固定于橡膠塞，引線置于橡膠塞上方以便連接高中教學(xué)電源，將直角玻璃導(dǎo)管固定于橡膠塞，組裝后橡膠塞如圖6所示。

圖5 加熱棒結(jié)構(gòu)

圖6 組裝后的橡膠塞

2.2 組裝裝置

圖7 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）如圖8所示，組裝裝置后檢查裝置氣密性；

圖8 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖

（2）在小試管中加入1～2 mL石蠟油，組裝好裝置；

（3）保持高中教學(xué)電源開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)，輸出電壓調(diào)至交流20 V，兩根電線的一端連接加熱棒引線，另一端鱷魚夾分別連接電源正負(fù)極；

（5）打開高中教學(xué)電源開關(guān)，加熱棒加熱石蠟油，約25 s 后可觀察到酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液開始褪色；

（6）將玻璃導(dǎo)管撤離溶液，使導(dǎo)管口向上，點(diǎn)燃生成的氣體，產(chǎn)生淡明亮的火焰并伴有黑煙，最后斷開電源開關(guān)。

3.本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）裝置簡單，安全可靠，使用小型高溫加熱棒快速加熱，反應(yīng)速度快；

（2）加熱區(qū)域位于試管內(nèi)部，不會誤碰燙傷，并且加熱效果穩(wěn)定，能很快達(dá)到石蠟油分解溫度，符合綠色化學(xué)理念；

（3）選用基板為白色氧化鋁材質(zhì)的小型陶瓷高溫加熱棒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無需再另外加入催化劑即可達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果，石蠟油可重復(fù)實(shí)驗(yàn)，節(jié)約藥品，操作方便；

（4）實(shí)驗(yàn)成功率高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，能很快觀察到酸性KMnO4溶液或者溴的CCl4溶液褪色，有利于節(jié)約課堂教學(xué)時間，達(dá)到教學(xué)效果；

（5）實(shí)驗(yàn)操作簡單，僅通過開關(guān)學(xué)生電源控制，便可觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，重復(fù)性高，適用于課堂演示。

4.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）加入的石蠟油不宜過多，最好1～2 mL，以便試管內(nèi)石蠟油更好地進(jìn)行汽化與分解。

（2）加熱棒三分之一浸沒在石蠟油里，可以讓學(xué)生更快看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。