劉立新+杜衛(wèi)民+劉苒筠+戰(zhàn)金玲+劉靜

摘要：針對酒精燈加熱所采用的火焰部位存在爭議，設(shè)計了酒精燈直接加熱幾種不同角度試管的效率的探究實驗，分別采用酒精燈焰心、內(nèi)焰、外焰進行加熱。結(jié)果表明，用酒精燈內(nèi)焰加熱試管的效率最高，能減少酒精的用量以及燃燒帶來的污染。分析指出，酒精燈的加熱效率還與火焰對被加熱儀器形成的加熱面積以及火焰的穩(wěn)定性有關(guān)。

關(guān)鍵詞：酒精燈火焰；加熱試管；加熱效率；實驗探究

文章編號：1005–6629（2014）9–0059–03 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

酒精燈加熱是化學(xué)實驗的常規(guī)操作，盡管每次加熱實驗酒精的消耗量不是很大，但是每年全國化學(xué)實驗使用酒精的總量還是很大的，由此帶來的碳排放也不容忽視。因此國內(nèi)近年來對酒精燈進行加熱操作時采用內(nèi)焰加熱還是外焰加熱存在爭議。

王立平等曾做了使用酒精燈對豎直試管和向上傾斜45℃試管進行加熱的效率的研究[1]，分析認為當(dāng)試管遇到火焰時，火焰被試管“劈開”，既加大了火焰和空氣的接觸面積，也加大了火焰與試管的接觸面積；并得出加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

在此研究基礎(chǔ)上，我們進行了更深入細致的研究。首先，我們將王立平老師的一組固定裝置的研究，改為三組固定裝置的平行實驗，這樣可以消除環(huán)境溫度、風(fēng)向等因素對實驗結(jié)果帶來的影響；其次我們對王立平老師提出的“給試管加熱的最佳操作方法”[2]存有異議，設(shè)計了相關(guān)實驗進行驗證；此外我們還設(shè)計了水平試管加熱的實驗，這樣可以為得出“使用酒精燈對任意角度試管加熱的最佳火焰部位”的結(jié)論提供更有力的依據(jù)，同時也為實驗室其他和試管形狀相似的儀器（如還原氧化銅的玻璃管等）進行直接加熱時火焰的選擇提供依據(jù)。

1 加熱效率探究實驗方案的設(shè)計

1.1消除其他因素影響的措施

為了消除其他因素的影響。我們每次同時做三組實驗，分別進行焰心、內(nèi)焰、外焰加熱容器內(nèi)等量水用時的測定。每一類實驗進行3次（如表1所示）。

此外還采取以下措施：實驗室關(guān)閉門窗以消除風(fēng)的影響；每次加熱用水均從同一個大型的容器中，由3人使用吸量管同時吸取等量的水；同時使用酒精燈進行加熱并計時；3組實驗溫度計均在受熱水的中部并處于同一水平線；使用的三個溫度計進行校準(zhǔn)；酒精燈燈芯每次實驗前進行修剪，并重新添加等量酒精。

1.2 試管放置角度的選擇

試管加熱一般為向上或向下傾斜放置。加熱豎直放置或水平放置試管操作很少，但是為了探究一般性規(guī)律，我們分別選取了0℃、45℃、90℃三個角度研究，如果三個角度結(jié)論相同，那么可以得出任意角度也應(yīng)該有相同的規(guī)律。

試管向下傾斜時使火焰產(chǎn)生變形的情況，與試管向上傾斜時使火焰產(chǎn)生變形的情況互為對稱，因此只研究試管向上傾斜時加熱效率即可。

1.3 試管規(guī)格的選擇

規(guī)格太小試管容積小，加熱時間短，容易使實驗的計時誤差過大。因此在實驗室較常用的試管中，選取規(guī)格適中的φ18×180mm試管。

2 加熱豎直試管實驗

2.1 加熱豎直試管時火焰分布

在對所使用酒精燈火焰分析的基礎(chǔ)上，我們分別選取火焰不同部位對豎直試管進行加熱，當(dāng)使用酒精燈加熱豎直試管時，酒精燈火焰產(chǎn)生變形（見圖1）。

盡管不同裝置用時存在差別，但是無論是從每次實驗比較，還是從每組裝置比較都可以得出相同結(jié)論。加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

3 加熱傾斜45℃試管實驗

3.1 加熱傾斜45℃試管的兩種方案

王立平等進行的研究認為：當(dāng)對試管進行加熱時，加熱效率最高的操作為“傾斜試管約45℃，讓試管底部在火焰中部加熱”（圖2）[3]。

我們分析認為：采取這樣的加熱方式，左側(cè)火焰并未用于對試管加熱，而是將熱量散失在空氣中。因此我們設(shè)計了加熱傾斜45℃試管的兩種方案，一種方案與文獻相同；另一種方案我們將加熱部位上移，讓火焰全部用于試管加熱。

3.2 試管傾斜45℃，試管底部在火焰中部加熱時火焰分布

試管底部在火焰中部加熱時，酒精燈火焰產(chǎn)生變形（見圖4）。

與豎直試管加熱相同，使用焰心加熱，火焰以溫度較低的淡藍色為主。只有最左側(cè)與空氣接觸充分的部分火焰為紫色。變形火焰與試管接觸面積較大，火焰沿試管底部及兩側(cè)向上延伸，包住試管底部。

使用內(nèi)焰加熱，內(nèi)焰在試管底部產(chǎn)生明顯變形，內(nèi)焰半徑明顯變大。同時內(nèi)焰周圍有較明顯的外焰部分。變形火焰與試管接觸面積比焰心還要大，底部及兩側(cè)向上延伸，基本包住試管底部。

使用外焰加熱，焰心和內(nèi)焰基本沒有產(chǎn)生變形，外焰部分直徑略有變大，火焰僅接觸試管底部少部分，接觸面積明顯小于內(nèi)焰和焰心。

焰心加熱時火焰較穩(wěn)定。外焰和內(nèi)焰加熱時，火焰有上下跳動和擺動現(xiàn)象，外焰較明顯。

3.3 試管傾斜45℃，試管底部在火焰中部加熱時實驗結(jié)果與結(jié)論

仍采用三人同時實驗，用稱量管從同一容器中吸取30mL自來水加入試管，其余操作同豎直試管實驗。結(jié)果記錄見表3。

得到與加熱豎直試管相同結(jié)論，加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

3.4 試管傾斜45℃，試管中下部在火焰中加熱時火焰分布

試管中下部在火焰中加熱時，酒精燈火焰產(chǎn)生變形（見圖5）。

與豎直試管加熱相同，使用焰心加熱，火焰以溫度較低的淡藍色為主。只有最右側(cè)少部分火焰由于空氣量稍大，火焰略顯明亮。變形火焰與試管接觸面積較大，火焰沿試管兩側(cè)向上延伸5mm左右。

使用內(nèi)焰加熱，內(nèi)焰產(chǎn)生明顯變形，內(nèi)焰半徑明顯變大。同時內(nèi)焰周圍有較明顯的外焰部分。變形火焰與試管接觸面積較大，火焰沿試管兩側(cè)向上延伸5mm左右。

使用外焰加熱，焰心和內(nèi)焰基本沒有產(chǎn)生變形，外焰部分直徑略有變大?；鹧嫜卦嚬軆蓚?cè)略向上延伸，接觸面積明顯小于內(nèi)焰和焰心。

焰心加熱時火焰較穩(wěn)定。外焰和內(nèi)焰加熱時，火焰有上下跳動和擺動現(xiàn)象，外焰較明顯。

3.5 試管傾斜45℃，試管中下部在火焰中加熱時實驗結(jié)果與結(jié)論

除加熱部位不同以外，其余實驗操作步驟同本文3.3。結(jié)果記錄見表4。

得到與前文相同結(jié)論，加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

此外對照兩種加熱傾斜45℃方案的實驗結(jié)果，將火焰整體用于試管加熱，其效率明顯大于“讓試管底部在火焰中部加熱”的方案。

另外，筆者還對水平試管的加熱進行了相同測試，酒精燈火焰變形情況與上述相同。測試結(jié)論也相同，即加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰（具體數(shù)據(jù)略）。

4 討論

4.1 影響加熱效率的主要因素

在對試管加熱時，影響加熱效率主要有兩個因素：火焰與被加熱儀器接觸部位的溫度；火焰對被加熱儀器形成的加熱面積。兩個因素共同作用對加熱效率產(chǎn)生影響。正是在這兩種因素綜合作用下，才使得內(nèi)焰的加熱效率最高。

4.2 火焰的穩(wěn)定性的影響

我們在實驗時采取了關(guān)閉門窗等措施，但是有時由于實驗人員走動以及暖氣（北方冬季管道供暖）造成的空氣流動，對酒精燈火焰還是產(chǎn)生細微影響，主要表現(xiàn)為火焰左右擺動，而影響最大的就是外焰，也就是說外焰加熱最不穩(wěn)定。

另外，我們推測可能是局部缺氧的緣故，火焰會出現(xiàn)上下擺動的情況。

火焰的不穩(wěn)定對外焰加熱影響很大，有時會出現(xiàn)火焰偏離試管的現(xiàn)象，導(dǎo)致外焰加熱效率降低。

4.3 結(jié)語

通過對水平、45℃、豎直試管的加熱效率探究都表明內(nèi)焰加熱效率最高。由此，我們推測試管呈現(xiàn)其他角度傾斜時，也應(yīng)該是內(nèi)焰效率最高。過去所提倡的外焰加熱，由于與試管接觸面積小，火焰不穩(wěn)定，散失到周圍空氣的熱量多，因此使用酒精燈加熱應(yīng)該用內(nèi)焰。

在實驗室有時還需要對與試管形狀類似的儀器進行加熱，例如氫氣還原氧化銅的玻璃管等，也應(yīng)該采用內(nèi)焰加熱。

在一般試管加熱操作時，應(yīng)該使試管傾斜，火焰接近試管底部但要保證火焰全部用于加熱試管，同時注意用內(nèi)焰加熱。

參考文獻：

[1][2][3]王立平，盧玉妹，王詠梅等.酒精燈加熱效率的實驗探究[J].化學(xué)教育，2009，30（11）：63～64.

焰心加熱時火焰較穩(wěn)定。外焰和內(nèi)焰加熱時，火焰有上下跳動和擺動現(xiàn)象，外焰較明顯。

3.5 試管傾斜45℃，試管中下部在火焰中加熱時實驗結(jié)果與結(jié)論

除加熱部位不同以外，其余實驗操作步驟同本文3.3。結(jié)果記錄見表4。

得到與前文相同結(jié)論，加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

此外對照兩種加熱傾斜45℃方案的實驗結(jié)果，將火焰整體用于試管加熱，其效率明顯大于“讓試管底部在火焰中部加熱”的方案。

另外，筆者還對水平試管的加熱進行了相同測試，酒精燈火焰變形情況與上述相同。測試結(jié)論也相同，即加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰（具體數(shù)據(jù)略）。

4 討論

4.1 影響加熱效率的主要因素

在對試管加熱時，影響加熱效率主要有兩個因素：火焰與被加熱儀器接觸部位的溫度；火焰對被加熱儀器形成的加熱面積。兩個因素共同作用對加熱效率產(chǎn)生影響。正是在這兩種因素綜合作用下，才使得內(nèi)焰的加熱效率最高。

4.2 火焰的穩(wěn)定性的影響

我們在實驗時采取了關(guān)閉門窗等措施，但是有時由于實驗人員走動以及暖氣（北方冬季管道供暖）造成的空氣流動，對酒精燈火焰還是產(chǎn)生細微影響，主要表現(xiàn)為火焰左右擺動，而影響最大的就是外焰，也就是說外焰加熱最不穩(wěn)定。

另外，我們推測可能是局部缺氧的緣故，火焰會出現(xiàn)上下擺動的情況。

火焰的不穩(wěn)定對外焰加熱影響很大，有時會出現(xiàn)火焰偏離試管的現(xiàn)象，導(dǎo)致外焰加熱效率降低。

4.3 結(jié)語

通過對水平、45℃、豎直試管的加熱效率探究都表明內(nèi)焰加熱效率最高。由此，我們推測試管呈現(xiàn)其他角度傾斜時，也應(yīng)該是內(nèi)焰效率最高。過去所提倡的外焰加熱，由于與試管接觸面積小，火焰不穩(wěn)定，散失到周圍空氣的熱量多，因此使用酒精燈加熱應(yīng)該用內(nèi)焰。

在實驗室有時還需要對與試管形狀類似的儀器進行加熱，例如氫氣還原氧化銅的玻璃管等，也應(yīng)該采用內(nèi)焰加熱。

在一般試管加熱操作時，應(yīng)該使試管傾斜，火焰接近試管底部但要保證火焰全部用于加熱試管，同時注意用內(nèi)焰加熱。

參考文獻：

[1][2][3]王立平，盧玉妹，王詠梅等.酒精燈加熱效率的實驗探究[J].化學(xué)教育，2009，30（11）：63～64.

焰心加熱時火焰較穩(wěn)定。外焰和內(nèi)焰加熱時，火焰有上下跳動和擺動現(xiàn)象，外焰較明顯。

3.5 試管傾斜45℃，試管中下部在火焰中加熱時實驗結(jié)果與結(jié)論

除加熱部位不同以外，其余實驗操作步驟同本文3.3。結(jié)果記錄見表4。

得到與前文相同結(jié)論，加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

此外對照兩種加熱傾斜45℃方案的實驗結(jié)果，將火焰整體用于試管加熱，其效率明顯大于“讓試管底部在火焰中部加熱”的方案。

另外，筆者還對水平試管的加熱進行了相同測試，酒精燈火焰變形情況與上述相同。測試結(jié)論也相同，即加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰（具體數(shù)據(jù)略）。

4 討論

4.1 影響加熱效率的主要因素

在對試管加熱時，影響加熱效率主要有兩個因素：火焰與被加熱儀器接觸部位的溫度；火焰對被加熱儀器形成的加熱面積。兩個因素共同作用對加熱效率產(chǎn)生影響。正是在這兩種因素綜合作用下，才使得內(nèi)焰的加熱效率最高。

4.2 火焰的穩(wěn)定性的影響

我們在實驗時采取了關(guān)閉門窗等措施，但是有時由于實驗人員走動以及暖氣（北方冬季管道供暖）造成的空氣流動，對酒精燈火焰還是產(chǎn)生細微影響，主要表現(xiàn)為火焰左右擺動，而影響最大的就是外焰，也就是說外焰加熱最不穩(wěn)定。

另外，我們推測可能是局部缺氧的緣故，火焰會出現(xiàn)上下擺動的情況。

火焰的不穩(wěn)定對外焰加熱影響很大，有時會出現(xiàn)火焰偏離試管的現(xiàn)象，導(dǎo)致外焰加熱效率降低。

4.3 結(jié)語

通過對水平、45℃、豎直試管的加熱效率探究都表明內(nèi)焰加熱效率最高。由此，我們推測試管呈現(xiàn)其他角度傾斜時，也應(yīng)該是內(nèi)焰效率最高。過去所提倡的外焰加熱，由于與試管接觸面積小，火焰不穩(wěn)定，散失到周圍空氣的熱量多，因此使用酒精燈加熱應(yīng)該用內(nèi)焰。

在實驗室有時還需要對與試管形狀類似的儀器進行加熱，例如氫氣還原氧化銅的玻璃管等，也應(yīng)該采用內(nèi)焰加熱。

在一般試管加熱操作時，應(yīng)該使試管傾斜，火焰接近試管底部但要保證火焰全部用于加熱試管，同時注意用內(nèi)焰加熱。

參考文獻：

[1][2][3]王立平，盧玉妹，王詠梅等.酒精燈加熱效率的實驗探究[J].化學(xué)教育，2009，30（11）：63～64.