石蠟油分解演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

張思澳 王繼璋

摘要：石蠟油分解產(chǎn)生烯烴在高中化學(xué)教學(xué)中是一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，但按教材所述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，存在明顯的不足：分解產(chǎn)生氣體的速度慢；高錳酸鉀或溴的四氯化碳溶液褪色慢。經(jīng)實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，用無水氧化鋁或鋁片作催化劑，采用注射器逐滴滴加石蠟油于分解裝置中進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，可獲得較好的石蠟油分解效果，且分解速度快；若將鋁絲擰成繩狀，加熱后直接插入石蠟油中，再向石蠟油中滴加酸性高錳酸鉀溶液后振蕩數(shù)次，發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀溶液能很快褪色。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后操作方便，耗時(shí)短，很適合課堂演示。

關(guān)鍵詞：石蠟油；熱裂化；催化裂化；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2016）6–0063–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

石蠟油分解實(shí)驗(yàn)看似簡(jiǎn)單，但在課堂上演示要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯且達(dá)到理想的課堂演示效果并不容易。

人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)2第67頁(yè)[1]按圖1所示裝置進(jìn)行石蠟油的分解，在對(duì)碎瓷片加強(qiáng)熱時(shí)，石蠟油蒸氣通過熾熱的碎瓷片表面發(fā)生反應(yīng)，分解產(chǎn)生的氣體導(dǎo)入盛有酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液的試管中。該裝置雖能產(chǎn)生一定量的氣體，但分解產(chǎn)生烯烴的速率慢，產(chǎn)生烯烴的總量小，導(dǎo)致褪色慢，課堂耗時(shí)較長(zhǎng)，演示效果不太理想。劉文芳等人采用固體石蠟代替石蠟油，自制長(zhǎng)彎頭試管代替如圖1所示裝置進(jìn)行了改進(jìn)，克服了石棉所汲取的石蠟油量小的問題，但方法比較麻煩[2]。

本文主要對(duì)石蠟油分解所用催化劑及實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)探究。

1 實(shí)驗(yàn)探究與改進(jìn)

1.1 實(shí)驗(yàn)器材和藥品

氧化鋁粉末、鋁片、石蠟油、高錳酸鉀溶液、溴的四氯化碳溶液、試管等

1.2 催化劑的探究

按圖2所示安裝好裝置（部分夾持裝置未畫出）[3]，用注射器吸取約1mL左右的石蠟油，具支試管a中加入催化劑，試管b中加入酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液。先加熱a處的固體約2分鐘，再慢慢滴加2～3滴石蠟油，待氣體產(chǎn)生速度較小時(shí)，再向下輕推注射器活塞慢慢滴加幾滴石蠟油，石蠟油不能加入過多（尤其不能讓液體浸沒固體，否則分解速度明顯降低），保持石蠟油在灼熱的固體表面分解。

氧化鋁的處理：使用前先將氧化鋁粉末裝入具支試管中，試管口略向下傾斜，用酒精燈加熱試管，加熱至無水汽產(chǎn)生為止。

鋁片的處理：用剪刀將鋁片剪成碎片，加入具支試管中加熱約2分鐘。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見表1所示。

對(duì)比試驗(yàn)：直接向盛有1～2mL石蠟油的試管中滴加幾滴酸性高錳酸鉀溶液（或溴的四氯化碳溶液），振蕩后觀察到溶液分兩層，下層的紫紅色未褪色（若滴加了溴的四氯化碳溶液則溶液的棕色未褪色），實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

1.3 實(shí)驗(yàn)再改進(jìn)

從以上實(shí)驗(yàn)中得出：無水氧化鋁是較理想的催化劑；石蠟油的分解應(yīng)保持在熾熱的催化劑表面進(jìn)行，石蠟油不能加至浸沒催化劑。

所以筆者研究了以下更為方便的實(shí)驗(yàn)演示方案：按圖3所示裝置，先將一段鋁絲的一端繞成螺旋狀或用鋁片剪成鋁絲后擰成繩，一端用鑷子夾住在酒精燈火焰上灼燒到紅熱后迅速插入盛有1～2mL石蠟油的試管中，取出鋁絲繩后向試管內(nèi)溶液中滴加幾滴濃度為0.05%（約0.003 mol/L）的酸性高錳酸鉀稀溶液或溴的四氯化碳溶液，觀察到溶液分為兩層，紫紅色高錳酸鉀溶液在下層，石蠟油在上層，充分振蕩試管內(nèi)溶液，靜置分層后，下層的紫紅色褪色。若用極稀的酸性高錳酸鉀（如濃度約0.01%），褪色效果更好。若向裂解后的石蠟油中滴加溴的四氯化碳溶液，振蕩、靜置后溶液褪色。另取未經(jīng)過裂解的石蠟油于試管中，向其中滴加幾滴0.05%的酸性高錳酸鉀溶液，充分振蕩，靜置分層后，下層的高錳酸鉀溶液未褪色。

分別以繞成螺旋狀的鋁絲、銅絲、玻璃棒三種材料做受熱體，在酒精燈火焰上灼燒至紅熱（均加熱約1分鐘）后，插入盛有約2mL石蠟油的試管中，取出受熱體后分別滴加0.05%酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液，充分振蕩后，靜置?，F(xiàn)象見表3。

2 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)1～5表明，使用不同催化劑對(duì)石蠟油的分解影響很大。無水氧化鋁或鋁片都有較好的催化作用，鋁片的催化還是表面的氧化鋁起作用。碎瓷片作催化劑在酒精燈加熱溫度下分解慢，在酒精噴燈加熱下可以提高分解速率，實(shí)驗(yàn)5中碎瓷片與無水氧化鋁混合與實(shí)驗(yàn)2、3相比產(chǎn)生氣體快慢沒有明顯變化。熱處理過的鐵粉（表面為氧化鐵）無明顯催化作用。

圖2所示實(shí)驗(yàn)中石蠟油要間歇滴加，不能一次加入過多，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)若石蠟油浸沒固體催化劑后，加熱不易分解產(chǎn)生烯烴，b中溶液不褪色。

所以，用無水氧化鋁或碎鋁片作催化劑，在如圖2所示裝置中進(jìn)行石蠟油的分解，可以達(dá)到理想的課堂演示效果。

實(shí)驗(yàn)6～8表明，鋁絲、銅絲、玻璃棒等受熱體均能使石蠟油裂解，都是在高溫下發(fā)生的熱裂解。翟志勇[4]等人向加熱下的炙熱小試管中加入少量固體石蠟，再向熔化后的石蠟油中滴加幾滴酸性高錳酸鉀溶液，發(fā)現(xiàn)溶液褪色。這一實(shí)驗(yàn)與本文實(shí)驗(yàn)8原理一樣，但實(shí)驗(yàn)6與實(shí)驗(yàn)7、實(shí)驗(yàn)8相比，實(shí)驗(yàn)6褪色更快。說明實(shí)驗(yàn)6裂解生成烯烴的量更多，可能與鋁絲表面氧化鋁具有催化作用有關(guān)。

以上三種實(shí)驗(yàn)方案均能使石蠟油裂解，但從課堂演示效果看，圖3所示的實(shí)驗(yàn)方案最合適。圖2的方案中石蠟油不能浸沒催化劑，借助催化劑的高溫在表面分解，才能得到裂解氣態(tài)烯烴。但圖3的裂解是在鋁絲與石蠟油接觸的界面上進(jìn)行的，在鋁絲插入石蠟油的過程中，界面處鋁絲溫度較高，使石蠟油分解，產(chǎn)生的氣態(tài)烯烴一部分會(huì)從試管中逸出，液態(tài)烯烴和溶解在石蠟油中的部分氣態(tài)烯烴使高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液褪色。

3 改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)過改進(jìn)后的圖3所示的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行石蠟油分解具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）操作簡(jiǎn)單、安全。經(jīng)過改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，沒有用到復(fù)雜的裝置，實(shí)驗(yàn)過程方便快捷，總耗時(shí)2～3分鐘。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，成功率高。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案是將酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液加入分解后的石蠟油中，相比將裂解氣體通入酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液現(xiàn)象更明顯、褪色快。該方案成功率極高（幾乎達(dá)到100%）。

（3）實(shí)用性強(qiáng)。由于具備以上特點(diǎn)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案不僅適合課堂演示，還適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：67.

[2]劉文芳，劉菲等.石蠟油分解實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2011，（11）：41～54.

[3]林宏.石蠟油分解實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[C].廈門：第十屆全國(guó)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新研討會(huì)，2010.

[4]翟志勇，金前英.對(duì)“石蠟的催化裂化”實(shí)驗(yàn)微型化改進(jìn)新探索[J].化學(xué)教學(xué)，2008，（8）：8～9.