給泡沫滅火器加注幾則教學參考

文章編號:1005-6629(2010)09-0074-03 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

泡沫滅火器是高中化學中常用來說明鹽類水解知識與生活生產實際緊密相連的一段很重要的教學內容。為便于行文，將蘇教版《化學反應原理(選修)》教材[1]第84—85頁“拓展視野”欄目中對其原理與構造的介紹摘抄如下:

泡沫滅火器是常用的滅火器，其結構如圖1所示。內桶為塑料桶，內盛硫酸鋁溶液，外桶和內桶之間裝有碳酸氫鈉溶液。使用時將滅火器倒置，此時，硫酸鋁溶液和碳酸氫鈉溶液混合，兩者發生劇烈的反應: Al3++3HCO3-Al(OH)3↓+3CO2↑ 產生的大量二氧化碳和氫氧化鋁等并以泡沫的形式噴出，覆蓋在燃燒物表面，從而達到滅火的效果。

硫酸鋁溶液和碳酸氫鈉溶液的反應可理解為:

由于Al3+與HCO3-能分別與水電離產生的OH-和H+反應，導致溶液中H+和OH-濃度均大量減小，促使水解反應正向進行，直至水解完全。

在與同行討論時，我們認為這段資料存在疑義。現以此為始選取其中幾個問題進行探討，希望對大家有一定的補益。

1教學探討

1.1從滅火器的種類說起

滅火器是一種可由人力移動的輕便滅火器具。滅火器的種類繁多[2]，按其移動方式可分為手提式滅火器和車推式滅火器;按驅動滅火劑的動力來源可分為儲氣瓶式、儲壓式、化學反應式三種;按充裝的滅火劑也可分為干粉類滅火器(滅火劑主要有碳酸氫鈉和磷酸銨鹽兩種)、 二氧化碳滅火器、泡沫型滅火器、水型滅火器和鹵代烷型滅火器(我國主要是“1211”滅火器和“1301”滅火器)。

泡沫滅火器[3]有三種常見的分類方法:根據充入滅火劑的不同可劃分為化學泡沫滅火器和空氣泡沫滅火器;根據加壓方式可劃分為化學反應式泡沫滅火器、貯壓式空氣泡沫滅火器和貯氣瓶式空氣泡沫滅火器;根據移動的方式可劃分為手提式和車推式泡沫滅火器。

可見，蘇教版教材中以硫酸鋁溶液和碳酸氫鈉溶液作反應物的泡沫滅火器更準確地應稱之為化學泡沫滅火器，所配插圖展示的則僅僅是手提式化學泡沫滅火器。教材對于該拓展視野內容的處理在措辭與配圖方面容易導致學生以偏概全產生認識上的偏差，我們教師在日常教學時可適當明確化!

1.2硫酸鋁和碳酸氫鈉反應的“驅動力”是什么?

硫酸鋁溶液和碳酸氫鈉溶液是如何迅速反應，產生大量二氧化碳氣體的呢?魯科版教材[4]處理該內容時認為，硫酸鋁溶液和碳酸氫鈉溶液中分別存在水解平衡Al3++3H2O Al(OH)3+3H+和HCO3-+ H2O

H2CO3+OH-，由于兩者混合后水解生成的H+和OH-結合生成水促使兩個水解平衡都右移動，導致水解反應進行徹底——按此說法凡弱酸弱堿鹽都應該徹底水解，但例外者如(NH4)2CO3等甚多，并且該解釋忽略了溶液中其他陰陽離子的影響[5]。蘇教版教材[1]的解釋是因為“Al3+與HCO3- 分別與水電離產生的OH-和H+反應”導致其濃度大量減小進而促進了水解反應正向進行直至水解完全;這種說法看似合理且簡單明了，但是否正確呢?我們可通過一定的分析計算加以說明。

選用硫酸鋁溶液我們曾做過這樣的實驗:直接觀察硫酸鋁溶液無渾濁現象，加熱至沸騰仍不產生白色沉淀，冷卻后在暗室中也無丁達爾現象。可見，單純的Al3+并不能生成氫氧化鋁膠體。文獻[6]表明Al3+的水解包括三步:Al3++H2O Al(OH)2++H+、Al(OH)2++H2OAl(OH)2++H+、 Al(OH)2++H2OAl(OH)3+H+，并主要以第一步為主。同理依上計算，可得出 0.5 mol·L-1硫酸鋁溶液中:c(Al3+) = 0.975 mol·L-1， c(H+)=2.47×10-4 mol·L-1。

當硫酸鋁溶液和碳酸氫鈉溶液混合后即可產生大量CO2，說明式1進行十分完全。而HCO3-遇Al3+徹底水解的決定性因素為溶液中c(OH-)迅速減小。 通過對上述1 mol·L-1碳酸氫鈉溶液和0.5 mol·L-1硫酸鋁溶液中離子濃度的計算分析，我們可知兩者混合時:①c(OH-)·c(H+)=2.1×10-9≥Kw (很容易發生); ②c(Al3+)·c(OH-)3=5.8×10-16≥Ksp[Al(OH)3]=1.33×10-33(很容易發生)。

基于上面的計算分析，可以看出碳酸氫鈉溶液和硫酸鋁溶液能徹底反應的“動力”來源應當是H+與Al3+兩方面共同大量消耗OH-致使溶液中c(OH-)迅速減小的必然結果，因此，教材中的歸因無疑是值得我們商榷的。

3圖示泡沫滅火器已淘汰

只要提到滅火器，相信執教中學化學的教師以及學習化學的學生肯定第一反應就是聯想到手提式化學泡沫滅火器，因為大家都認為這是我們日常生活中常用的滅火器，且不同版本的中學化學教材在該問題立場上也是眾口一詞。

事實上，由于在結構和機理等方面的局限，手提式化學泡沫滅火器存在著諸多缺陷，如:必須倒置使用、瞬間受壓危險性大、不能間歇噴射、滅火效率低、維修周期短、管理不方便等等。我國的消防科研、檢測部門的權威人士指出上述缺陷難以改進也無法克服，在科學技術發達的今天， 已能制造更先進實用、性能更可靠的滅火器。為此，我們沒有理由， 更沒有必要，再抱著這些老產品不放。

2002年6月2日，國家經貿委在發布的第32號令中正式將手提式化學泡沫滅火器列入《淘汰落后生產能力、工藝和產品的目錄(第三批)》，規定限期于2002年7月1日前將其堅決淘汰并一律不得再進口、轉移、生產、銷售和使用[3]。

可見，普遍使用手提式化學泡沫滅火器的時代已經成為歷史。盡管這(曾經)是鹽類水解知識應用中一個極好的素材，但若缺乏了當今生活應用背景再經典的東西也會喪失生命力。在這化學知識相關產品開發與日新、日日新、又日新的今天，我們也沒有必要死拽著它不放。建議教材的編寫者選用其他更具時代氣息的應用背景替換，或選以“化學史話”知識的呈現方式來處理。

2教學感想

①新課程背景下要求廣大化學教師要積極培養學生的問題意識。要讓學生具備問題意識，首先要求我們教師要能提得出問題。我們認為，教師教學中的問題意識是至關重要的，是革故鼎新的前提。疑問是思維的起點、進步的源泉，日常教學中問題只怕無，不怕有;只怕少，不怕多。

②如果承認上面指出的確實為教材之不足，那唯大綱、唯教材，視教材為金科玉律的教育思想就一定要不得。對此，我們更應以質疑的眼光審視教材，以探討的姿態用好教材，以創新的方式發展教材。

③教科書是一種極其特殊的讀物，具有不同于一般讀物的教育性和科學性。教材中再經典的東西也需要與時俱進，不斷汲取生活土壤中的營養加以補充更新才能保持持久旺盛的生命力。我們在編教材、用教材時，不但要學會繼承，更應該懂得發展。在大綱、教材天天都醞釀著推陳出新的時代，需要教材編著者們和廣大教師不斷繼承、創新與發展，為日臻完美的化學教科書作出努力。

參考文獻:

[1]王祖浩.普通高中化學課程標準實驗教科書.化學反應原理[M].南京:江蘇教育出版社.2009.

[2]張世宏.滅火器的合理配置與維修報廢[J].中國消防.2004(4):29～30.

[3]尤其.泡沫滅火器的分類及使用[J].安徽消防.1994(4):7.

[4]王磊.普通高中化學課程標準實驗教科書. 化學反應原理[M].濟南:山東科學技術出版社.2005.

[5]張德山，蔣盛邦.對碳酸鈉和氯化鋁在溶液中反應是“雙水解”的商榷[J].化學教育.1989(2):46～60.

[6]嚴平，熊賀庭.對常用滅火器中CO2產生原因的分析[J].九江師專學報.2003(6):59～60.

[7]劉建明，劉曉新.上海淘汰化學泡沫和酸堿滅火器[J].消防技術與產品信息.1995(7):26～27.

[8]國家經貿委.淘汰落后生產能力、工藝和產品的目錄(第三批)[J].有色設備.2003(1):42～43.