摘要:依據(jù)燃燒學(xué)、消防學(xué)等專業(yè)書籍的內(nèi)容,對燃燒的過程進(jìn)行了細(xì)致的分析,在此基礎(chǔ)上對燃燒的條件提出了新的見解,尤其是中學(xué)化學(xué)中講到的3個條件之外的第4個條件——鏈反應(yīng)進(jìn)行了深入的探討。并對中學(xué)化學(xué)教學(xué)以及中學(xué)生日常生活中遇到的燃燒方面的問題進(jìn)行了剖析。
關(guān)鍵詞:中學(xué)化學(xué);燃燒條件;鏈反應(yīng);燃燒類型;滅火方法
文章編號:1005–6629(2017)1–0087–06 中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
燃燒現(xiàn)象在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中處處可見,同時在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中也是重要的教學(xué)內(nèi)容和常見的實驗現(xiàn)象之一,因此中學(xué)化學(xué)教師在答疑解惑時不可避免會涉及燃燒的問題。由于許多化學(xué)教師對于燃燒的認(rèn)識不夠深入,因此當(dāng)學(xué)生提出涉及生活實例的與燃燒相關(guān)的疑問時,面對“形式多樣、機(jī)理復(fù)雜的種種燃燒問題就難免會誤入歧途”[1]。2014年偶然在網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)了王程杰老師的“初中化學(xué)趣味實驗”視頻講座,聯(lián)想到多年來遇到的與燃燒有關(guān)的種種問題,遂于今年閱讀了一些專業(yè)書籍以獲取答案。2016年第1期《化學(xué)教學(xué)》又刊登了王程杰老師“燃燒條件‘3+1”[2],閱后受益良多。其大多數(shù)觀點(diǎn)筆者贊成,但筆者在獲得部分關(guān)于燃燒的知識方面可能更加深入。在此呈現(xiàn)給各位老師,歡迎探討、指正。
1 從燃燒的過程分析燃燒的條件
1.1 復(fù)雜的燃燒過程
燃燒的過程不像反應(yīng)方程式表達(dá)的那樣簡單,換言之,其反應(yīng)歷程十分復(fù)雜,在燃燒被引發(fā)后,期間會發(fā)生眾多的化學(xué)反應(yīng),最簡單的氫氣的燃燒涉及數(shù)十個反應(yīng),甲烷的反應(yīng)涉及上百個[3]?;瘜W(xué)反應(yīng)的同時固體和液體可燃物還發(fā)生物理變化(如圖1所示),我們通常呈現(xiàn)給中學(xué)生的,只是一些主要反應(yīng)歷程的總反應(yīng)方程式而已。
從圖1可以看到,除了燃燒類型5(表面燃燒,見后文)以外,其余類型的燃燒,可燃物都經(jīng)過了氣化分解的過程。而在氣化分解之前,液體和某些固體可燃物發(fā)生了狀態(tài)的變化,此外某些復(fù)雜的可燃物還經(jīng)過了分解過程。這些變化過程使得可燃物轉(zhuǎn)化為容易被氧化的氣態(tài)分子——?dú)饣肿印?/p>
另一方面,多數(shù)可燃物燃燒時,是從被引燃的局部開始,由于燃燒的反應(yīng)都會放出熱能,產(chǎn)生的熱能通過熱傳導(dǎo)、熱擴(kuò)散及熱輻射作用傳入未燃的混合物(可燃物與助燃物),因而使得燃燒逐層加熱、逐層燃燒,自行傳播下去。
1.2 鏈反應(yīng)(鏈鎖反應(yīng))
物質(zhì)燃燒存在著鏈反應(yīng)(或稱鏈鎖反應(yīng))。所謂的鏈反應(yīng)是指在可燃物被引燃時,通過氣化分解后的氣化分子受熱生成高度活潑的自由基。自由基外層軌道上有不成對的電子,有很強(qiáng)的反應(yīng)性。燃燒反應(yīng)都是放熱,因此在可燃物和助燃物達(dá)到一定濃度時,自由基可以和氣化分子不斷作用維持反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行下去[4,5]。
1.3 燃燒的條件
中學(xué)化學(xué)中所說的燃燒的3個條件:可燃物、空氣或氧氣(助燃物)和溫度達(dá)到著火點(diǎn)。需要強(qiáng)調(diào)的是,初中教材對于這三個條件只是進(jìn)行了粗略的描述,而確切的描述應(yīng)該是:“一定的可燃物濃度;一定的氧氣(空氣)含量;一定的點(diǎn)火能量”。
1.3.1 一定的可燃物濃度
“一定的可燃物濃度”主要是指經(jīng)過氣化分解后生成的氣化分子的濃度。實際上除了燃燒類型5(見后文)以外,固態(tài)或液態(tài)可燃物,如果沒有達(dá)到轉(zhuǎn)化的條件而沒有轉(zhuǎn)化為氣化分子,那么燃燒仍然無法實現(xiàn)。一個實例很好地說明這一問題:有燭芯的蠟燭易被點(diǎn)燃,如果蠟燭去掉燭芯,固態(tài)蠟燭很難氣化為氣態(tài)分子,蠟燭就不易被點(diǎn)燃。
正如圖2所示,描述為“可燃物”與“一定濃度的可燃物”區(qū)別在于,一定濃度的可燃物是在考慮液態(tài)和固態(tài)燃料蒸發(fā)、分解、熔融過程基礎(chǔ)上提出的,這一說法更加準(zhǔn)確。在分析滅火的原因,采用這一說法,一些問題很容易獲得合理的解釋。
1.3.2 溫度達(dá)到著火點(diǎn)
初中教材的著火點(diǎn)的解釋為:“燃燒所需的最低溫度”。需要明確的是,著火點(diǎn)是指可燃物能夠持續(xù)燃燒的最低溫度。如果某一溫度下燃料被點(diǎn)燃后,在沒有引火源的情況下很快熄滅而沒有形成持續(xù)的燃燒,仍然沒有達(dá)到著火點(diǎn)。我們經(jīng)??吹綁K狀的木頭在明火引燃時似乎開始燃燒,但是離開火源時就會熄滅,這就說明溫度還是沒有達(dá)到著火點(diǎn)。
此外除了加熱(溫度達(dá)到著火點(diǎn))以外,引發(fā)燃燒的方法很多,如電火花等等,所以將這一條件描述為“一定的點(diǎn)火能量”或者“引火源”更準(zhǔn)確。
1.3.3 燃燒的第4個條件
中學(xué)化學(xué)中所說的燃燒的3個條件:可燃物、空氣或氧氣(助燃物)和溫度達(dá)到著火點(diǎn),是持續(xù)燃燒的必要條件(或稱為三要素)。之后的研究發(fā)現(xiàn),具備這3個條件,有時燃燒也能熄滅。其中的一個實例就是四氯化碳滅火,當(dāng)汽油燃燒時加入四氯化碳,在沒有完全覆蓋汽油的情況下,并沒有破壞燃燒的3個條件,但是火焰會逐漸熄滅。其原因是四氯化碳遇高溫會產(chǎn)生氯自由基,氯自由基更易與汽油燃燒過程產(chǎn)生的自由基結(jié)合生成氯化氫,使得汽油燃燒過程所需要的自由基消失,鏈反應(yīng)中斷,進(jìn)而達(dá)到滅火的效果。因此,有了燃燒的四面體學(xué)說。
在國內(nèi)文獻(xiàn)關(guān)于燃燒第四個條件有以下三種描述:“自由基(游離基)、鏈反應(yīng)、未受抑制的鏈反應(yīng)”。自由基不夠全面,筆者個人贊同后兩種說法。
如果把“鏈反應(yīng)”或“未受抑制的鏈反應(yīng)”與其他三個條件采用相同的描述,則為:燃燒的條件描述為“可燃物、空氣或氧氣(助燃物)、溫度達(dá)到著火點(diǎn)、鏈反應(yīng)”,或者描述為“一定的可燃物濃度;一定的氧氣(空氣)含量;一定的點(diǎn)火能量;未受抑制的鏈反應(yīng)”。
“鏈反應(yīng)”或“未受抑制的鏈反應(yīng)”也應(yīng)該是必要條件,但是和其他三個條件不同的是,鏈反應(yīng)是反映了燃燒反應(yīng)的本質(zhì),或者說是體現(xiàn)了某一可燃物的性質(zhì)。如果繪制成四面體,應(yīng)該位于底部更準(zhǔn)確,國外文獻(xiàn)基本上都是畫在底部,見圖3A。不知是何原因,國內(nèi)文獻(xiàn)大多畫得比較隨意,不能更好地體現(xiàn)4個條件之間的邏輯關(guān)系,見圖3B。
2 燃燒的類型
國內(nèi)文獻(xiàn)關(guān)于燃燒的類型有多種劃分方法,按照可燃物狀態(tài)以及在鏈反應(yīng)前的復(fù)雜變化分成5種類型(見圖1從右至左類型1~5)[6,7]。
2.1 混合燃燒
混合燃燒(又稱預(yù)混燃燒)是氣體可燃物燃燒的一種類型。在燃燒前,可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w已經(jīng)進(jìn)行了擴(kuò)散混合,此時溫度達(dá)到著火點(diǎn)即會發(fā)生燃燒,燃燒在混合氣體所分布的空間中快速進(jìn)行。中學(xué)化學(xué)中所做的混合氣體爆鳴實驗就屬于混合燃燒。
這種類型的燃燒由于可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w已經(jīng)進(jìn)行了混合,當(dāng)燃燒一旦引發(fā),鏈反應(yīng)難以控制,如果其濃度在爆炸范圍內(nèi),就會引起爆炸。這就是為什么中學(xué)化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行氣體燃燒實驗時需要驗純的原因。
由于電火花、摩擦也是引火源,因此如果家中聞到天然氣或液化氣的味道時,絕不能開燈,而應(yīng)該小心的打開門窗(金屬門窗應(yīng)避免摩擦)、關(guān)閉燃?xì)忾y門。這一點(diǎn)有必要在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中告訴學(xué)生。
本生燈、酒精噴燈也主要是混合燃燒,但是噴嘴等結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得混合燃燒可控制地進(jìn)行,規(guī)范操作的情況下沒有爆炸的危險。
2.2 擴(kuò)散燃燒
擴(kuò)散燃燒是氣體可燃物燃燒的另一種類型,是指可燃?xì)怏w從容器狹小的管口、裂縫等處流向空氣,在達(dá)到著火點(diǎn)時與空氣混合燃燒,燃燒主要發(fā)生在可燃物與助燃物相混合的界面。中學(xué)化學(xué)中所做的驗純后氣體的燃燒實驗就是擴(kuò)散燃燒。
2.3 蒸發(fā)燃燒
蒸發(fā)燃燒是部分液體和部分固體可燃物的燃燒類型。常見的液態(tài)可燃性燃料如酒精、汽油、柴油等,它們?nèi)紵磻?yīng)前首先有受熱蒸發(fā)產(chǎn)生蒸氣的過程,然后氣態(tài)分子進(jìn)行燃燒反應(yīng),而放出的熱量進(jìn)一步加熱液體表面,從而促使液體持續(xù)蒸發(fā),使燃燒繼續(xù)下去。最常見的實例就是實驗室的酒精燈燃燒。
蠟燭、萘等沸點(diǎn)較低的固體在受熱時經(jīng)過了熔化、氣化的過程,形成氣態(tài)分子進(jìn)行燃燒。易升華的固體如硫、磷等,受熱后會升華產(chǎn)生氣態(tài)分子,同樣能夠引起蒸發(fā)燃燒。鈉等熔點(diǎn)較低的金屬在空氣中被點(diǎn)燃也是蒸發(fā)燃燒。
初中化學(xué)實驗,學(xué)生在探究蠟燭的燃燒時,可以看到蠟燭的融化,吹滅時產(chǎn)生的白煙則是蠟燭的氣態(tài)分子,而這種氣態(tài)分子易被點(diǎn)燃,這是幫助學(xué)生認(rèn)識蒸發(fā)燃燒的很好實例。
加油站嚴(yán)禁煙火,真正擔(dān)心能被點(diǎn)燃的并不是液態(tài)的汽油,而是因為在加油過程中難免會揮發(fā)出汽油的蒸氣,汽油的蒸氣更易產(chǎn)生燃燒。在電影中常看到煙頭扔在汽油里形成熊熊大火,實驗證明是錯誤的,但是如果汽油揮發(fā)在空氣中達(dá)到一定濃度,煙頭引發(fā)燃燒完全可能。如果能夠燃燒,則不用等到煙頭扔在汽油里那一刻,而是在點(diǎn)火者點(diǎn)燃香煙或者瀟灑地抽一口的時候,連點(diǎn)火者自己也要一起遭殃。
2.4 分解燃燒
分解燃燒也是部分液體和大部分固體可燃物的燃燒類型。這類燃燒過程中可燃物首先遇熱分解,再由熱分解產(chǎn)物和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生火焰的燃燒。如木材、煤、紙、面粉、白糖等固體可燃物的燃燒屬于此類,油脂等高沸點(diǎn)液體和低熔點(diǎn)的固體烴類的燃燒也屬此類。
木材在空氣中燃燒時,火源加熱木材首先使木柴失去水分而干燥,然后發(fā)生熱分解。燒過木柴的都可以觀察到水在燃燒的木柴表面產(chǎn)生,以及聽到“呲呲”的聲音都說明有水生成。木柴分解放出可燃?xì)怏w,這種氣體被點(diǎn)燃產(chǎn)生火焰,并放出熱量,由燃燒放出的熱量不斷地加熱木材,使木材不斷地分解,從而使燃燒繼續(xù)下去。
整塊木頭與刨花著火點(diǎn)不同,主要原因是整塊木頭要持續(xù)燃燒,內(nèi)層的固體可燃物需要更高的溫度使其分解為氣化分子,只有在更高的著火點(diǎn)引發(fā)更多的鏈反應(yīng),使整個燃燒更劇烈,產(chǎn)生更多的熱能,才能使燃燒持續(xù)下去。刨花燃燒面積大,幾乎沒有明顯的內(nèi)外層之分,因此著火點(diǎn)更低。
2.5 表面燃燒
表面燃燒是熔、沸點(diǎn)很高的固體可燃物的一種燃燒類型。鉬、鎂、鐵等金屬,非金屬碳(木炭)等等,燃燒在空氣和固體表面接觸的部位進(jìn)行,所以叫表面燃燒。與其他四種不同的是,其他四種燃燒都是在氣相中進(jìn)行(均相燃燒),唯有表面燃燒在氣相和固相之間進(jìn)行,屬非均相燃燒(異相燃燒)。表面燃燒能使表面產(chǎn)生紅熱,不產(chǎn)生明焰,燃燒的速率和固體表面的大小有關(guān)。
初中化學(xué)實驗“鐵在氧氣中的燃燒”就是表面燃燒,現(xiàn)象為火星四射,并不產(chǎn)生火焰。
2.6 綜合燃燒
在實際燃燒過程中,并非僅僅發(fā)生單一類型的燃燒,往往會同時發(fā)生多種類型的燃燒。
木柴、煤等復(fù)雜的固態(tài)燃料,開始的燃燒類型是分解燃燒,有明顯的火焰,但隨著分解燃燒的進(jìn)行,最后只剩余碳,此時的燃燒類型變?yōu)楸砻嫒紵?,可以看到紅熱的表面,但看不到火焰[8]。
另一個實例就是本生燈、酒精噴燈等,如圖4所示。開始點(diǎn)燃這類裝置時,一級空氣閥門關(guān)閉,我們只能看到擴(kuò)散燃燒;隨著一級空氣閥門逐漸打開,就存在擴(kuò)散燃燒和混合燃燒兩種燃燒方式;當(dāng)一級空氣閥門打開到一定程度,一級空氣所供的氧足夠氣體燃料燃燒使用時,只存在混合燃燒,我們使用這類裝置大多數(shù)情況下為混合燃燒[9]。
酒精燈是蒸發(fā)燃燒,酒精通過燈芯是逐步氣化逐步燃燒的,氣態(tài)分子燃燒時形成的是擴(kuò)散燃燒火焰,這和本生燈的火焰不同。
3 滅火的方法
在圖1的圖示中,燃燒前的任何一條線路被中斷,鏈反應(yīng)都不能進(jìn)行,在鏈反應(yīng)能夠進(jìn)行的前提下,阻斷鏈反應(yīng),燃燒反應(yīng)就會終止。
滅火的方法和燃燒的條件是對應(yīng)的,既然燃燒有4個條件,那么滅火的方法也應(yīng)該有4種[10]。
3.1 冷卻滅火
通過降低溫度,使得溫度降至著火點(diǎn)以下是最常見的滅火方式。水是最常見的冷卻劑,但是對于有些物質(zhì)卻不能用水,例如電石遇水生成乙炔,反而會產(chǎn)生爆炸的危險。燃燒的活潑金屬如鈉等也不能用水,因為活潑金屬遇水往往發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),甚至發(fā)生爆炸。
3.2 窒息滅火
各種可燃物的燃燒都必須在其最低氧氣濃度以上進(jìn)行,否則燃燒便不能持續(xù)。因此,通過降低燃燒物周圍的氧氣濃度可以起到滅火的作用。通常使用的二氧化碳、氮?dú)?、水蒸氣等的滅火機(jī)理主要是窒息作用。但是對于能與上述滅火物質(zhì)劇烈反應(yīng)的則需要采用其他方法。如鎂燃燒不能用二氧化碳、氮?dú)鉁缁稹?/p>
3.3 隔離滅火
也就是清除可燃物。把可燃物與引火源或氧氣隔離開來,燃燒反應(yīng)就會自動中止。火災(zāi)中,關(guān)閉有關(guān)閥門,切斷流向著火區(qū)的可燃?xì)怏w或液體的通道;打開有關(guān)閥門,使已經(jīng)發(fā)生燃燒的容器或受到火勢威脅的容器中的液體可燃物通過管道導(dǎo)至安全區(qū)域,都是隔離滅火的措施。
3.4 化學(xué)抑制滅火
就是使用滅火劑與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的中間體自由基反應(yīng),從而使燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷,進(jìn)而使燃燒終止。常用的干粉滅火劑、鹵代烷滅火劑的主要滅火原理就是化學(xué)抑制作用。
實際上任何一種滅火措施最終都是鏈反應(yīng)受到抑制并中斷,但是作為破環(huán)燃燒條件達(dá)到滅火目的,不能僅僅指“滅火劑與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的中間體自由基反應(yīng),從而使燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷”。我們不能遇到難以解釋的滅火現(xiàn)象都?xì)w結(jié)于鏈反應(yīng),而應(yīng)該從燃燒的過程進(jìn)行細(xì)致的剖析。
4 實例分析
4.1 蠟燭放在冰水中熄滅
在解釋這一現(xiàn)象之前,要明確兩個不同的“溫度”。一個是燃燒部位的溫度,另一個則是可燃物所處的環(huán)境溫度,二者一般是不同的,見圖5?;鹧娴娜紵嬖谥鴾囟鹊妮椛?,A處的溫度足夠高時,輻射的溫度會使火焰下面的蠟燭(蠟燭的最上層)熔化,融化的蠟燭經(jīng)過燈芯的毛細(xì)作用向上流動,當(dāng)流動到接近火焰的下界面時,火焰有更高的輻射溫度,這一溫度足夠使液態(tài)的蠟燭氣化,滿足燃燒條件,產(chǎn)生持續(xù)的燃燒。
當(dāng)我們吹滅蠟燭時,實質(zhì)是把已經(jīng)發(fā)生的燃燒反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能帶走,也就是降低溫度A,所以火焰熄滅。此處的解釋為“溫度降低到著火點(diǎn)以下”是正確的,初中生也易于理解。
當(dāng)蠟燭放在冰水中,是在降低溫度B,進(jìn)而使得整個蠟燭的溫度降低,以至于燃燒所產(chǎn)生的熱能輻射不足以繼續(xù)維持蠟燭的熔化,蠟燭熔化的量變小導(dǎo)致后續(xù)鏈反應(yīng)進(jìn)行得越少,產(chǎn)生的熱能更少,火焰漸漸熄滅。這一熄滅過程和吹滅蠟燭的現(xiàn)象有兩點(diǎn)不同:首先沒有立即熄滅,而是有個逐漸熄滅的過程;其次不會產(chǎn)生吹滅蠟燭時經(jīng)常可以看到的白煙。那么如何解釋這一現(xiàn)象呢?首先這一滅火方法用抑制鏈反應(yīng)來解釋有些牽強(qiáng),因為抑制鏈反應(yīng)滅火主要指的是干粉滅火劑、鹵代烷滅火劑滅火。
這一現(xiàn)象可以解釋為:蠟燭是固體可燃物,一般的固體可燃物(此處強(qiáng)調(diào)一般的可燃物目的是與表面燃燒區(qū)別)燃燒都需要通過蒸發(fā)、分解、熔融變成氣態(tài)分子才能燃燒。也就是說,蠟燭燃燒的可燃物不是固態(tài)的蠟燭,而是氣態(tài)的蠟燭。放入冰水以后,由于蠟燭溫度過低不能熔融、蒸發(fā)產(chǎn)生氣化分子,相當(dāng)于清除了可燃物(的氣態(tài)分子),所以燃燒終止。
以上解釋對于九年級學(xué)生而言有些深奧,所以這一題目不適合初中生。但是有必要像氧化還原反應(yīng)等內(nèi)容一樣,在高中階段設(shè)置為需要深化的學(xué)習(xí)內(nèi)容供學(xué)生探究、學(xué)習(xí)。不僅可提高學(xué)生對于燃燒原理的認(rèn)識,還可以提高學(xué)生分析問題、探究問題的能力。
4.2 火上澆油(食用油)能滅火
首先認(rèn)識什么是閃燃。某些液體燃料或固體燃料燃燒產(chǎn)生的可燃蒸氣在空氣中達(dá)到一定濃度,遇到火源時發(fā)生一閃即滅的燃燒現(xiàn)象,就是閃燃。如果混合氣體體積很大或者燃料易揮發(fā),閃燃會造成很大的破壞性甚至爆炸。但是閃燃和解釋“火上澆油能滅火”沒有關(guān)聯(lián)。那么如何來解釋這一現(xiàn)象呢?
食用油和酒精、汽油等輕質(zhì)燃料不同,它的燃燒屬于分解燃燒+蒸發(fā)燃燒,形成可燃?xì)鈶B(tài)分子較困難,其著火點(diǎn)也更高。
食用油著火,再倒入食用油可以滅火,主要是因為重新添加大量食用油以后,整個食用油的溫度降低,使得燃燒前的分解和蒸發(fā)過程難以實現(xiàn),燃燒終止。這一現(xiàn)象和上面蠟燭在冰水中的情況類似,就是阻斷了氣態(tài)可燃性分子的形成。食用油雖然存在,但是可燃燒的氣態(tài)分子沒有達(dá)到所需要的濃度,實際上還是相當(dāng)于清除了可燃物(的氣態(tài)分子)。
值得注意的是,這一滅火方法只適用于分解燃燒,如果是酒精、汽油等易揮發(fā)的燃料,其燃燒時再加入液態(tài)可燃物就更加危險了。此外即使是食用油,燃燒還需在可控范圍內(nèi),如果燃燒的熱量積累使得油溫過高,或者在形成較大面積的著火情況下,也不能再添加食用油滅火。
4.3 補(bǔ)充說明
以上兩個實例都是由于降溫,但其降溫不是作用于燃燒的部位,而是直接降低可燃物的溫度,燃燒部位的溫度在一開始并沒有降低,也就是說已經(jīng)進(jìn)行的反應(yīng)仍在產(chǎn)生熱能,只是沒有遇到降溫措施去抵消這些產(chǎn)生的熱能。真正阻斷繼續(xù)燃燒的是可燃物氣化的過程。
但是這兩個實例的滅火針對的不是鏈反應(yīng),化學(xué)滅火才是針對的鏈反應(yīng),所以不需要用燃燒的第4個條件來解釋。
5 結(jié)語
根據(jù)不同階段學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,理解燃燒原理需要一個循序漸進(jìn)的過程。現(xiàn)在的突出問題是中學(xué)教材、化學(xué)專業(yè)高師教材都沒有對燃燒問題設(shè)置專門的內(nèi)容加以深化,因而造成許多中學(xué)化學(xué)教師對燃燒原理認(rèn)識不足。
除了本文提到的問題以外,筆者曾經(jīng)做過與燃燒相關(guān)的研究——酒精燈加熱效率的探究[11,12],實驗證明酒精燈加熱用內(nèi)焰效率最高。問題出在哪里呢?首先筆者通過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),最早提出外焰溫度高的文獻(xiàn)是關(guān)于本生燈的。本生燈是混合燃燒而酒精燈是擴(kuò)散燃燒,兩者存在根本的區(qū)別。目前國內(nèi)已經(jīng)有錢揚(yáng)義老師為代表的多項研究證明內(nèi)焰溫度更高[13]。仍然存在的一個誤區(qū)是,許多教師都在這樣一個前提下研究問題:“酒精燈哪里火焰溫度高,使用酒精燈就應(yīng)該用哪個部位加熱”。事實是,酒精燈加熱效率的高低不僅僅和火焰溫度有關(guān),還和加熱面積、火焰的穩(wěn)定性等因素有關(guān)。所以拋開火焰部位溫度的高低,需要用酒精燈的哪個部位加熱,就應(yīng)該以實驗為依據(jù),而不能主觀臆斷。我們實驗的結(jié)果是內(nèi)焰加熱可以比外焰節(jié)約一半左右的時間,可是現(xiàn)在中學(xué)教材還在教導(dǎo)學(xué)生酒精燈加熱時用外焰!
我們強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng),因此建議在高中化學(xué)應(yīng)專門設(shè)置深化燃燒的教學(xué)內(nèi)容,讓學(xué)生認(rèn)識到燃燒的四個條件確切的表述為“一定的可燃物濃度;一定的氧氣(空氣)含量;一定的點(diǎn)火能量;未受抑制的鏈反應(yīng)”,同時設(shè)置對火焰的顏色、火焰不同部位的溫度、酒精燈加熱的效率等方面的探究活動,這樣使學(xué)生對燃燒有更全面的認(rèn)識,是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科學(xué)的研究過程和方法的好素材。
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