石蜡油分解实验的改进

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1、石蜡油分解实验的改进摘要：针对教材中石蜡油分解实验存在的不足，分析了问题的根源，提出了改进方案，操作方便，现象明显。中国9/vie　　关键词：石蜡油分解；蓄热瓷；防风酒精灯；实验改进　　：1008-0546（2017）03-0094-02中图分类号：G633.8文献标识码：B　　doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.03.034　　一、问题的提出　　石蜡油分解制取烯烃是人教版高中《化学2》中的一个实验，在教材中具有重要的地位。与传统的乙醇在浓硫酸作用下发生消去反应制取乙烯相比，本实验能够直观地使学生了解烯烃来自于石油，烯烃与烷烃性质的不同

2、。教材提供的实验方法如图1所示，将浸有石蜡油的石棉置于试管底部，利用碎瓷片作为催化剂，使用酒精灯加热碎瓷片，使产生的石蜡油蒸汽在碎瓷片表面发生裂解，产生气体。将气体通入酸性高锰酸钾溶液与溴的四氯化碳溶液，两溶液褪色，从而证明产生的气体与烷烃性质不同[1]。　　依据教材提供的方法进行实验，在实际操作中发现：实验耗时很长，产生的气体很少，实验现象不明显，酸性高锰酸钾溶液与溴的四氯化碳溶液褪色耗时大于10min；气流不稳定，容易引起倒吸；用排水法几乎收集不到气体，无法点燃。　　二、石蜡油裂化与裂解的相关资料　　石蜡油又名液体石蜡、白色油，主要成分为C16-C20的正构烷烃，

3、其沸点在300℃左右[2]。工业上在催化剂、加热、加压条件下使石蜡油分解，其过程较复杂。一般情况下，在500℃左右发生裂化，将重油转化为轻质油；在600℃左右发生裂解，轻质油继续裂解生成小分子烯烃。以C16H34为例，分解制取乙烯的过程可大致表示如下：　　C16H34→C8H18+C8H16　　C8H18→C4H10+C4H8　　C4H10→CH4+C3H6　　C4H10→C2H4+C2H6　　三、改进探索　　石蜡油裂化与裂解的相关资料显示：石蜡油的分解温度高于沸腾温度。据此分析：由于加热时产生的大量石蜡油蒸汽未经反应即流出，并且石蜡油蒸汽流经碎瓷片表面时带走热量，使

4、得难以达到分解温度，导致效果不佳。　　根据以上分析，笔者确定了两条改进思路：其一，寻找合适催化剂，降低石蜡油分解温度；其二，设法升高温度，确保达到石蜡油分解温度。以此为基础，笔者进行了大量实验探索。　　1.催化剂选择　　（1）无水氯化铝　　在工业上无水氯化铝常作为有机合成和石油裂解的催化剂。经实验证明，无水氯化铝对石蜡油分解催化效果很好，将无水氯化铝加入石蜡油中，用酒精灯直接加热，石蜡油即迅速分解。但是无水氯化铝极易吸水，很难真正无水，导致加热时产生大量氯化氢气体，而且实验发现产物中除了乙烯外，还会有大量液态不饱和烃生成，故此法不适合课堂演示。　　（2）氧化铝　　将表

5、面未打磨的铝片洗净、晾干后剪成小片，充分预热并滴入石蜡油，石蜡油即发生分解，将产生的气体通入酸性高锰酸钾溶液及溴的四氯化碳溶液中，约3min左右，溶液褪色。该方法是利用铝片表面的氧化铝进行催化，换用氧化铝进行实验，效果相似。该方法产生气体速率较慢，溶液褪色耗时偏长，且氧化铝受环境因素影响较大，很难保证成功，重现率不高。　　（3）陶瓷　　陶瓷是以铝硅酸盐矿物或某些氧化物为主要原料在高温下烧制而成。陶瓷中含有氧化硅、氧化铝、氧化钾、氧化镁、氧化铁等成分具有催化作用，且陶瓷通体由多种晶体与无定形胶结物及气孔等微观结构组成，其中有很多细小空隙，表面积较大，可以吸附石蜡油蒸汽，

6、因此催化效果较好。笔者在实验中发现，将陶瓷高温灼烧5min左右，急速冷却，洗净、晾干后，催化效果更好。　　2.温度影响　　烃类热裂化反应速度常数的温度系数K约为1.6～1.8，而催化裂化反应速度常数的温度系数K约为1.1～1.2[3]，温度升高时，热裂化反应的速度提高更快，当温度升高到600℃左右时，热裂化反应逐渐重要，因此，保持较高的温度有利于石蜡油的分解。由于石蜡油的裂解温度在600℃左右，普通酒精灯的火焰温度较低，难以达到其裂解温度，因此普通酒精灯不适合充当石蜡油分解实验的热源；酒精喷灯的温度可达800℃～1000℃，但易造成试管软化，且加热时噪音太大，不适宜课

7、堂实验。因此，本实验的热源可选用“高温防风酒精灯”。另一方面，使用工业上广泛使用的蓄热瓷代替普通碎瓷片进行实验，蓄热瓷与普通碎瓷片相比，导热率和热容量更大、蓄热效率更高，有利于实验过程中保持较高的温度。　　四、实验改进　　1.改进方法　　实验前，将蓄热瓷尽量敲成小碎片，以增大接触面积，将碎瓷片高温灼烧约5min，急速冷却后洗净、晾干。按图2连接好装置，将碎瓷片装入具支试管内，碎瓷片的量要充足，以保证热量的积蓄以及与石蜡油蒸汽充分接触。使用防风酒精灯预热碎瓷片约3min左右，用医用注射器滴入数滴石蜡油，可以观察到试管内迅速发生反应。实验过程中可以适当补