文章编号:1005-6629(2010)08-0017-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:C 石蜡催化裂化实验是一个重要实验。在新课程改革的《普通高中课程标准实验教科书必修 化学2》 (人民教育出版社、 江苏教育出版社、 山东科技出版社), 都有该实验。但是如果按照教科书上的方法进行实验,效果都不是很好。通过我们的研究,谈谈怎样做好该实验。
1 实验改进
[改进实验1]按图1连接实验装置。 在试管Ⅰ里加入约4～5 g(约2药匙)氧化铜粉末,在粉末的上面放入约1～2 g石蜡(可以用蜡烛的蜡代替,约蚕豆般大小)。用高温酒精灯(在普通酒精灯里加入适量的95%的酒精,配备酒精灯灯罩,提高酒精灯的温度)加热试管。
加热1～2 min后石蜡熔化,立即产生大量的白雾,有气体产生,可观察到试管 Ⅲ 里酸性高锰酸钾溶液(或溴水)的颜色逐渐变浅,片刻后溶液完全褪色。在试管Ⅱ里可以看到有少量的液体。同时,原来黑色的氧化铜粉末,部分变为浅红色。也可以用二氧化锰代替氧化铜进行实验,实验效果也很好,但黑色的二氧化锰无明显变化。
[改进实验2]按图1连接实验装置。 在试管Ⅰ里加入约4～5 g(约2药匙)氧化铜粉末。用高温酒精灯加热试管。1～2 min后,向加热后的氧化铜粉末上,滴加10～15滴石蜡油,再继续加热,很快,产生大量的白雾,有气体产生,可观察到试管 Ⅲ 里酸性高锰酸钾溶液(或溴水)的颜色逐渐变浅,片刻后溶液完全褪色。在试管Ⅱ里可以看到有少量的液体。同时,原来黑色的氧化铜粉末,部分变为浅红色。也可以用二氧化锰代替氧化铜进行实验,实验效果相同,但黑色的二氧化锰无明显变化。
[改进实验3]如图2所示,将浸透了石蜡油的石棉放置在硬质试管的底部,试管中放入4～5 g(约2药匙)氧化铜粉末,给试管加强热,石蜡油蒸汽通过炽热的氧化铜表面发生反应,生成一定量的气体。气体通入高锰酸钾溶液中,使酸性高锰酸钾溶液逐渐褪色。用排水集气法收集一试管气体,点燃,产生明亮火焰。同时,原来黑色的氧化铜粉末,部分变为浅红色。也可以用二氧化锰代替氧化铜进行实验,实验效果相同,但黑色的二氧化锰无明显变化。
2 交流与讨论
通过长期的实验摸索和研究,我们认为做好石蜡催化裂化实验需把握温度、催化剂、实验操作顺序三个要素。
温度: 石蜡是含C20―C30的固态高级烷烃的混合物。在碳原子数相同的烷烃异构体中,直链物的沸点最高,查得C20H42直链烃的沸点是352 ℃,C30 H62直链烃的沸点是450 ℃。可见一般石蜡的沸点均在450 ℃以下。实际测得普通固体石蜡的沸点是390～405 ℃, 远低于石蜡的裂化温度(500 ℃左右)。因此,本实验若使用普通的酒精灯加热, 石蜡沸腾并转变为气态时, 难以达到石蜡裂化分解所需的温度, 会使实验失败。
催化剂:催化剂对石蜡催化裂化实验有一定的影响。虽然有些固体粉末能够加快该反应的进行,如Al2O3、AlCl3、 SiO2、 Cr2O3、 MnO2、 Al2(SiO3),CuO、还原铁粉、碎瓷片、河沙、碱石灰、碎瓷粉、水泥粉等。但是在数次实验探究后,我们认为CuO、Mn02是该反应较好的催化剂。
使用氧化铜作为催化剂,石蜡分解的产物还能与氧化铜发生氧化还原反应,使原来黑色的氧化铜部分变为浅红色,产生铜和氧化亚铜。
高温酒精灯:如果在普通酒精灯中,加入适量的工业酒精,可以使温度达到650～700 ℃;如果再在酒精灯上加入酒精灯防风罩,则温度可以达到700～800 ℃。这样大大提高了酒精灯的加热效果,可以把这样的酒精灯称为高温酒精灯。
实验关键步骤:实验的关键步骤是:先加热固体催化剂,达到较高的温度,然后加入少量固体石蜡(约1～2 g)或者少量石蜡油(约10～20滴), 使石蜡催化裂化,达到满意的效果。石蜡催化裂化实验,关键是石蜡的裂化分解,如果实验操作步骤不妥,实验时只会使石蜡或者石蜡油沸腾,得到的是石蜡蒸汽,而不能使石蜡裂化分解。
3实验小结
通过实验研究和摸索,我们认为用图1或图2装置,用氧化铜或二氧化锰粉末固体作催化剂,使用高温酒精灯加热石蜡或石蜡油,都能够在较快的时间内(2～3 min)发生催化裂化,产生的气态混合物,能够使浅红色的酸性高锰酸钾溶液褪色,或使溴的四氯化碳褪色。改进后的实验材料易得,操作简便,现象明显,实验效果好。
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