“煤的干馏”实验的简易设计

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  一、实验设计背景
  煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解的过程.在九年级上册教材“燃料的合理利用与开发”中一句话讲述了煤干馏的原理和作用;在高中化学必修2教材的“资源综合利用 环境保护”中,也是简单地介绍了一下概念,列出了煤干馏的产品和用途,但是对于如何开展这个实验并没有提及.因为煤的干馏过程所需温度比较高(在500度到1100度之间),反应过程比较复杂,不管是教师演示实验还是学生分组实验都难以开展.鉴于这样的一个教學情况,我们一直在寻找设计一个简单易操作、现象明显的实验来完成煤的干馏,让学生能亲身体验这个看似遥不可及的实验.
  二、实验原理
  煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解的过程,产物中除了产生一些可燃性气体,还会产生焦炭.在本实验中采用报纸来替代煤,用铝箔纸来包裹报纸,让其处于隔绝空气状态,然后就用酒精灯加热即可完成.
  三、实验用品
  仪器:酒精灯、镊子、石棉网、火柴
  药品:铝箔纸、报纸
  四、实验过程及现象
  1.将铝箔纸裁成3cm宽,5cm长;报纸裁成2cm宽,8cm长.
  2.将报纸沿着长度方向卷起,最终为2cm长,0.5cm宽左右,并压实.
  3.将卷好的报纸一头与铝箔纸齐平,另一头比铝箔纸短1cm放在铝箔纸内,并将铝箔纸卷起,卷好后将多余的1cm翻起与另2cm重叠.
  4.用镊子夹起卷好的铝箔纸放在酒精灯上加热(注意从齐平的那一端慢慢往后),开始有烟,很快就有火焰喷出(图1),并能持续几分钟.
  5.待火焰完全熄灭,将铝箔纸放在石棉网上冷却,冷却后打开铝箔纸,可清楚看到有黑色的物质生成(图2).
  6.将黑色物质用镊子夹起,放在燃着的酒精灯上,可清楚看到燃烧过程中发出的红光.
  五、实验设计及现象解释
  1.实验设计解释.
  煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物,其组成以C为主,还含有少量的H、O、N、S等元素;报纸的成分主要就是纤维素,组成元素为C、H、O,所以两者的组成元素相似,用报纸来代替煤做实验完全可行.煤干馏是在隔绝空气的环境下进行的,本实验中首先将报纸卷折并压实,然后用稍大些的铝箔纸包裹压实的报纸,这样报纸基本处于一个隔绝空气的状态.煤干馏的条件是高温,本实验中酒精灯直接加热的是铝箔纸,加热状态的铝箔纸为包裹在内的报纸提供了高温条件.
  2.实验现象解释.
  在实验过程中我们发现,加热10秒钟左右就有烟产生,之后有火焰喷出,并可持续燃烧几分钟,即使短暂离开酒精灯火焰,喷出的火焰也可持续,说明里面产生了可燃性气体;待火焰熄灭后,打开冷却的铝箔纸发现里面产生了黑色物质,说明该反应生成了炭;铝箔上还有少许油状物质,这些和煤干馏的结果基本一致.
  六、实验总结
  本实验中仪器和药品简单易得,装置十分简单,学生在家就可以完成,且该实验与煤干馏实验相比较,可减少二氧化硫、二氧化氮等污染物的排放,保护学生的身体健康.另外本实验中的报纸也可以用火柴梗或小木条代替,铝箔纸用胶头滴管代替,将火柴梗(4cm长左右)放入8cm长(含拉细长部分,未拉细部分约5cm左右)左右的胶头滴管中,并将未拉细一端用橡皮塞塞紧,然后用镊子夹住放在酒精灯上加热,很快看到玻璃管内火柴梗变黑,细管口持续喷出火焰几分钟,玻璃管内壁有褐色油状物质出现,这些现象与铝箔纸内干馏报纸现象相同,效果相近.这些在生活中就很容易进行的实验,可以让学生自己动手,进一步提升学生改进实验、创新实验的热情,使化学更好地融入大家的生活中.
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