王立超

摘要：基于教科書(shū)中燃燒條件實(shí)驗(yàn)存在污染環(huán)境、安全隱患、熱水中白磷難捕捉等不足，對(duì)燃燒條件實(shí)驗(yàn)從燃燒原理、環(huán)保、安全、簡(jiǎn)便、便于觀察、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯等角度作系統(tǒng)探究。將教科書(shū)敞開(kāi)實(shí)驗(yàn)改為封閉實(shí)驗(yàn)，防止污染并消除白磷燃燒產(chǎn)生飛濺的安全隱患；將銅片上白磷、紅磷并列放置改為分列放置，避免白磷會(huì)引燃紅磷的不足；將熱水中的白磷散放改為聚放，解決白磷液珠分散難以捕捉的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)裝置一體化設(shè)計(jì)，組裝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)象明顯，便于觀察和移動(dòng)展示且綠色環(huán)保，取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：燃燒條件；演示實(shí)驗(yàn)；離心管（錐形管）；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與探究

文章編號(hào)：1005-6629（2018）1-0068-04 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

探究燃燒條件的實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)行人教版初中化學(xué)教材第7單元課題1“燃燒和滅火”的一個(gè)重要的演示實(shí)驗(yàn)，做好這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生建構(gòu)和理解燃燒條件知識(shí)的關(guān)鍵，也是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)利用控制變量、對(duì)比分析的思想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究，增強(qiáng)對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的好奇心和探究欲，激發(fā)化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。但教材中實(shí)驗(yàn)7-1的實(shí)驗(yàn)裝置是敞開(kāi)體系，并注明“由教師演示，需在通風(fēng)櫥內(nèi)或抽風(fēng)設(shè)備下進(jìn)行”，但在實(shí)際教學(xué)中，普通教室沒(méi)有通風(fēng)櫥或抽風(fēng)設(shè)施，教師在教室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，師生就要承受實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生大量白煙及有害物質(zhì)帶來(lái)的危害。若考慮到污染因素，只能以觀看視頻代替具體實(shí)驗(yàn)操作，因而教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的實(shí)施?；诖?，不少同仁作了改進(jìn)，雖各具優(yōu)點(diǎn)但仍有不足。筆者對(duì)燃燒條件實(shí)驗(yàn)從燃燒原理、環(huán)保、安全、簡(jiǎn)便、便于觀察、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯等角度作深入研究，研究過(guò)程及改進(jìn)設(shè)計(jì)概述如下。

1.教科書(shū)實(shí)驗(yàn)原型及不足之處

實(shí)驗(yàn)原型（圖1-a）銅片上的白磷燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量白煙，污染環(huán)境，危害師生健康，不利于環(huán)保；白磷熔化燃燒會(huì)產(chǎn)生飛濺引燃紅磷，不利于控制實(shí)驗(yàn)，對(duì)前排學(xué)生帶來(lái)安全隱患。銅片以上下對(duì)流方式傳熱，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，只能固定在講臺(tái)上演示，不能來(lái)回移動(dòng)演示展示。

圖1-b白磷在熱水中熔化成液態(tài)，通人氧氣時(shí)白磷會(huì)形成小油珠四處游動(dòng)，很難固定，實(shí)驗(yàn)時(shí)需不斷捕捉白磷，使操作難以把握，耗時(shí)費(fèi)力，由于與氧氣接觸不固定，燃燒持續(xù)時(shí)間短，有時(shí)只見(jiàn)火光一閃，白磷又移位了，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象極不明顯，影響教學(xué)效果。另外，燃燒產(chǎn)生的沒(méi)有被水吸收完全的白煙逸出水面，同樣不環(huán)保。

2.對(duì)文獻(xiàn)中某些實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案的簡(jiǎn)要評(píng)述

圖1-a銅片上白磷、紅磷燃燒對(duì)比實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法：將對(duì)流傳熱改為傳導(dǎo)傳熱如圖2-c，此法雖加快傳熱但不環(huán)保，白磷也會(huì)引燃紅磷，很少用；從環(huán)保的角度加鐘罩式改進(jìn)方法如圖2-d、e，要添加鐘罩（大燒杯）、水槽（裝水）等較重物品，不便攜帶，不受教師青睞。

圖2-f是比較流行的環(huán)保而簡(jiǎn)便的改進(jìn)方法，但此法白磷先緩慢氧化產(chǎn)生的白煙沉降聚集于管底，阻礙白磷與空氣接觸，很多時(shí)候觀察到試管里白煙籠罩，少有劇烈燃燒的火焰產(chǎn)生，有些學(xué)生還誤以為是白磷受熱熔化形成蒸氣造成的，即使有火光時(shí)也持續(xù)不長(zhǎng)，燃燒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不是很理想。

圖1-b往熱水里的白磷通人氧氣的改進(jìn)方法：漏斗倒扣法，如圖3-g，在導(dǎo)氣管末端連接一倒置的漏斗，似乎能將熔化的白磷局限在漏斗內(nèi)，但在實(shí)際操作中通人氧氣難以排盡白磷周?chē)乃?，漏斗下形成的氣室氣壓易把白磷液滴從漏斗口與燒杯底的縫隙中排出，實(shí)驗(yàn)效果也不佳。

試管倒扣法，如圖3-h、i，先將倒立的型號(hào)與試管配套的橡膠塞的上端鑿成一個(gè)小的圓形凹槽，便于放置和固定白磷，將裝滿(mǎn)氧氣的試管輕輕倒扣在放有白磷的橡膠塞上，白磷燃燒現(xiàn)象明顯。由于試管里較大的氣室與白磷接觸來(lái)引燃，與在空氣中引燃差別不大，這會(huì)使學(xué)生忽略實(shí)驗(yàn)中熱水所起的作用，對(duì)其認(rèn)知造成干擾，同時(shí)弱化白磷在熱水里遇氧氣流水下燃燒顯現(xiàn)的“神奇”效果。如此操作還需用手不斷支撐試管，產(chǎn)生的白煙也會(huì)有一部分逸散到空氣中帶來(lái)污染。

試管正立聚磷法：如圖3-i，用正立的試管控制白磷，將白磷控制在試管底部較小的空間，起到防止白磷四處游動(dòng)的目的，使白磷更容易與空氣（或氧氣）接觸，現(xiàn)象明顯，也解決污染的問(wèn)題。但由于管底是圓底凹槽，在氣流的吹動(dòng)下，分散成小液珠的白磷很難重新聚集成大液珠，實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果。

3.燃燒條件實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)思路

（1）將教科書(shū)敞開(kāi)實(shí)驗(yàn)改為封閉實(shí)驗(yàn)，防止污染并消除白磷燃燒會(huì)飛濺的安全隱患；（2）將銅片上白磷、紅磷并列放置改為分列放置避免白磷會(huì)引燃紅磷的不足；（3）將熱水中的白磷散放改為聚放，解決白磷液珠分散難以捕捉的問(wèn)題；（4）裝置一體化設(shè)計(jì)，美觀，操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)象明顯。

3.2設(shè)計(jì)裝置

依據(jù)設(shè)計(jì)思路，筆者設(shè)計(jì)了兩種一體化、組裝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯、成功率高并有效防止污染的實(shí)驗(yàn)方案，如圖4、圖5：

3.3買(mǎi)驗(yàn)用品

儀器：500mL集氣瓶（或廣口瓶）、雙孔橡膠塞、離心管（錐形管）、長(zhǎng)頸漏斗、棉花（或海綿）、錐形瓶、注射器、鑷子、藥匙

藥品：10%過(guò)氧化氫溶液、二氧化錳、紅磷、白磷、5%氫氧化鈉溶液

3.4裝置組裝

方案1裝置連接如圖4，先將兩個(gè)燃燒匙的長(zhǎng)柄截短，插在帶導(dǎo)管（要伸到錐形管底部能與白磷接觸）和長(zhǎng)頸漏斗的雙孔橡膠塞上，長(zhǎng)頸漏斗的下端要低于燃燒匙的邊緣，以免加水時(shí)水滴到燃燒匙里，用小刀在雙孔橡膠塞插有兩個(gè)燃燒匙的中間切一小口，插上一小塊銅片作為隔板，防止白磷燃燒飛濺引燃紅磷。

方案2用2個(gè)30mL細(xì)口瓶或管徑為25mm的半截大試管2支（用棉線蘸酒精纏繞試管切割處，引燃棉線片刻放人冷水中就能整齊裂開(kāi)）按圖5連接裝置。采用大管徑容器在廣口瓶里可保持加水時(shí)能直立，稍有傾斜也不會(huì)傾倒，使白磷周?chē)凶銐蚨嗟目諝猓尠琢兹紵F(xiàn)象明顯而持久。若用小管徑試管則白磷緩慢氧化產(chǎn)生的白煙沉降聚集于管底，將阻礙白磷與空氣接觸，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯。

3.5操作步驟

（1）裝藥品。先往錐形管里加入一半的熱水和黃豆粒大小的一顆白磷，并放到大廣口瓶里，再往如圖4、5所示右邊的容器（燃燒匙、細(xì)口瓶或大試管）加人少量紅磷，往左邊的容器加入用紙吸干表面水分的黃豆粒大小的白磷，把盛有藥品的容器并列放到大集氣瓶（或廣口瓶）里，塞上雙孔橡膠塞。

（2）加熱水。從長(zhǎng)頸漏斗口加人約80%的熱水，方案1熱水量加至接近燃燒匙底0.5cm或剛接觸底部，方案2熱水量加至容器的中部即可，并用鑷子夾取氫氧化鈉溶液潤(rùn)濕的棉花（或海綿）塞住長(zhǎng)頸漏斗口（如圖4、圖5所示），觀察對(duì)比左右燃燒匙（或細(xì)口瓶、大試管）里白磷和紅磷，及左邊燃燒匙（或細(xì)口瓶、大試管）里白磷與錐形管熱水里白磷的變化情況。約1分鐘左邊燃燒匙（或細(xì)口瓶、大試管）里白磷迅速燃燒，產(chǎn)生火焰，放出大量白煙，而紅磷和熱水里的白磷都沒(méi)有燃燒。

通過(guò)左右白磷、紅磷的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明“可燃物燃燒需要達(dá)到一定的溫度，不同的可燃物燃燒時(shí)需要的溫度不同，溫度達(dá)到可燃物的著火點(diǎn)才能燃燒”；通過(guò)對(duì)比燃燒匙上的白磷和熱水中的白磷實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說(shuō)明“溫度達(dá)到著火點(diǎn)的同時(shí)，還必須與氧氣接觸才能燃燒。溫度雖然達(dá)到著火點(diǎn)不跟氧氣接觸也不能燃燒”。

（3）通氧氣。往錐形管里熱水中的白磷通人氧氣，白磷立刻燃燒，說(shuō)明“可燃物溫度達(dá)到著火點(diǎn)同時(shí)與氧氣接觸才能燃燒”。錐形管中熱水里的白磷在氧氣流吹動(dòng)下變成小液珠滾動(dòng)，不斷沉降聚集管底與氧氣接觸，燃燒持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，又可重復(fù)操作，實(shí)驗(yàn)效果很好。

4.燃燒條件實(shí)驗(yàn)新設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

（1）將教科書(shū)敞開(kāi)實(shí)驗(yàn)改為封閉實(shí)驗(yàn)，防止了污染，消除了白磷燃燒會(huì)飛濺的安全隱患。

（2）將銅片上白磷、紅磷并列放置改為分列放置避免白磷會(huì)引燃紅磷的不足，用大管徑容器（細(xì)口瓶或大試管）能使白磷周?chē)峁┳銐蚨嗟目諝?，使白磷燃燒現(xiàn)象明顯而持久。

（3）將熱水中的白磷放置于離心管（錐形管）里以固定和聚集白磷，解決白磷液珠分散難以捕捉的問(wèn)題，燃燒現(xiàn)象明顯，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，并可重復(fù)操作演示。

（4）實(shí)驗(yàn)裝置一體化設(shè)計(jì)，組裝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)象明顯，常用玻璃儀器，便于觀察，并能拿在手上在教室里來(lái)回移動(dòng)演示展示，還可用于學(xué)生分組開(kāi)展燃燒條件實(shí)驗(yàn)的探究。endprint