燃燒定義的深層次剖析

但世輝陳莉莉

燃燒定義的深層次剖析

但世輝陳莉莉

（襄陽市東風中學湖北襄陽441004）

燃燒的定義在中學階段不同版本的教材中多次出現并不斷演化。文中分析了各種物質燃燒的過程，得出了燃燒的必備條件，就此總結出了更為準確的燃燒定義并進行了擴展。

燃燒；過程；條件；定義

一、問題的提出

人教版《義務教育課程標準實驗教科書·化學》（九年級上冊）第125頁對“燃燒”作了如下定義：可燃物與氧氣發生的一種發光、放熱的劇烈的氧化反應叫做燃燒［1］。人教版《全日制普通高級中學教科書（必修）·化學》（第一冊）第66頁對“燃燒”又進行了如下補充說明：燃燒不一定要有氧氣參加，任何發光、發熱的劇烈的化學反應都可以叫做燃燒［2］。而人教版《普通高中課程標準實驗教科書·化學》（必修1）中并沒有對燃燒進行一個準確的界定，只是將其放置在“思考與交流”一欄中：通過H2在Cl2中燃燒的實驗，你對燃燒的條件及其本質有什么新的認識［3］？三種教材內容上的編排自然有其合理的出發點，但我們不禁要問：必修1中問題的答案到底該如何統一？畢竟從目前的教學來看，許多同行對此問題看法不一，甚至失之偏頗。為此，筆者做出了以下探究。

二、燃燒的過程

要弄清楚燃燒的定義或者本質，我們必須從燃燒的過程出發。物質可以粗略分為氣體、液體、固體三種，可燃物的狀態不同，其燃燒過程也不完全相同，伴隨著燃燒各階段的溫度也不一樣（圖1）。

圖1 物質的燃燒過程

從上圖可知，任何可燃物質的燃燒都要經歷氧化分解、著火、燃燒等階段。對于固體和液體而言，燃燒過程中多了“蒸發或分解”這一初始階段，其相應溫度為T初，即為可燃物質開始加熱的溫度，此時加熱的大部分熱量用于可燃物的熔化蒸發或分解，溫度上升比較緩慢；當溫度上升至T氧時，可燃物質開始氧化，但此時氧化速度不快，氧化產生的熱量尚不足以抵消向外界的散熱，若此階段停止加熱，則不會引起燃燒，因此需要繼續加熱，溫度才能繼續升高；當溫度達到T著，可燃物劇烈氧化并開始著火，放出大量的熱，即使停止加熱溫度也能升高，到達時可燃物繼續燃燒，溫度繼續升高，仍然放出大量的熱。

以木材燃燒為例，可分為四個階段［4］：

（1）干燥階段：T初＜150℃，蒸發的氣體主要是水蒸氣，為吸熱過程；

（2）預炭化階段：T氧在150～275℃，木材緩慢氧化，析出CO、CO2和少量有機揮發物，仍為吸熱階段；

（3）炭化階段：T著在275～450℃，木材劇烈氧化，放出大量CO、CH4、木焦油等可燃性物質，同時產生木炭。此時可燃物質劇烈燃燒，為放熱過程，產生大量的熱，是木材燃燒時最危險的階段；

（4）煅燒階段：T燃在450～1500℃，木材熱分解結束，木炭劇烈燃燒，繼續放出熱量。

三、燃燒的條件

從燃燒過程可以看出，引發燃燒最重要的一步是燃燒過程中的二、三階段能使溫度上升至T著。此階段的能量情況可用下圖表示（圖2）。

圖2 燃燒的能量轉化示意圖

因此，從能量角度來說燃燒的條件為：必須使可燃物獲得的熱量大于其散失的熱量，這樣才能保證可燃物具有一定的能量使溫度升至著火點。具體而言，要實現這種能量的轉化必須具備以下條件：

其一：燃燒初始階段必須持續對可燃物進行加熱。由于此時還未到氧化階段，可燃物本身尚不能產生熱量，必須借助外界供熱，倘若停止加熱，溫度便不能上升至T著，可燃物不能燃燒。以木材燃燒為例，干燥階段和預炭化階段均為吸熱反應，吸收的熱量必須源于外界供熱，否則便不能進入炭化階段和煅燒階段，不能燃燒。

其二：燃燒第二、三階段必須發生氧化反應且氧化速度很快。外界停止供熱之后，支持升溫的熱量便只能源于氧化反應產生的熱量，倘若氧化速度過慢，放出的熱量不足以抵消外界散失的熱量則燃燒便會停止。以帶火星的木條為例，放在空氣中只會發光發熱且易熄滅，而放在氧氣中便可劇烈燃燒，原因便是空氣中O2濃度太小，氧化速度過慢的緣故。

四、燃燒的定義及解釋

由燃燒的過程及其條件可以給燃燒下一個較之教材更為準確的定義：任何發光、發熱且氧化速率較快的化學反應都可以稱之為燃燒。對其解釋如下：

“發光、發熱”是燃燒過程的一種外在表現。從能量角度分析，燃燒進入第二、三階段之后，可燃物放出的熱量遠遠大于散失的熱量，此時多余的熱量便以光和熱的形式傳播出去，呈現“發光、發熱”的現象。

“氧化速率較快”用以替換了人教版化學第一冊68頁定義中“劇烈”一詞，替換之后更為準確。由于“氧化速率較快”才能保證溫度的上升進而達到著火點并開始燃燒，但從外在表現來看“氧化速率較快”不一定就“劇烈”，以H2在Cl2中燃燒為例，受H2流速等因素的影響反應并不劇烈只是安靜的燃燒，而從內部分析來看其氧化速率還是比較快的，足以保證燃燒的進行。

綜上：從內部分析，燃燒所引起的氧化反應速率較快，從外部來看，氧化過程產生的多余能量以光和熱的形式散失。

五、燃燒現象的擴展

由燃燒的定義可知：燃燒本身是一個速率較快的氧化反應，因此在平時分析某種物質是否能夠燃燒或者是否能夠助燃時一定要將分析對象及其所處化學環境搭配起來共同分析，常見分析誤區如下：

1.燃燒的蠟燭在CO2中熄滅，因此CO2不能助燃

此種結論將分析對象與化學環境（CO2）孤立開來。蠟燭不能在CO2中燃燒是由于蠟燭成分（主要為碳氫化合物）不能和CO2發生速率較快的氧化還原反應，自然不能燃燒；據此說CO2不能助燃便很片面。CO2對絕大多數可燃物是良好的滅火劑，而對K、Ca、Na、Mg等失電子能力強的可燃物則是助燃劑，以Mg在CO2中燃燒為例，發生反應燃燒便十分劇烈。

除CO2之外，中學階段常見氣體如NO2、SO2等均可用作助燃劑［5］，比如Mg便可在這兩種氣體中燃燒，發生的反應為：

2.燃燒一定要在氣體中進行

常見的燃燒過程都有氣體的參與，但并不代表全部，因為固體之間也可發生氧化速率較快的化學反應并且發光、發熱，也可稱之為燃燒，以鋁熱反應為例：2Al+此反應迅速放出大量的熱，使得產生的單質鐵呈液態，也可稱之為燃燒。

［1］中學化學國家課程研制組.義務教育課程標準實驗教科書·化學(九年級上冊)［M］.北京：人民教育出版社，2006：15

［2］人民教育出版社化學室.全日制普通高級中學教科書·化學(第一冊)［M］.北京：人民教育出版社，2003：66

［3］宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書·化學：必修1［M］.北京：人民教育出版社，2007：83

［4］崔會旺，杜官本.木材阻燃研究進展［J］.世界林業研究，2008，(3)：43-45

［5］張海發.二氧化氮的助燃性［J］.化學教學，1996，(5)：42-43

1008-0546（2012）01-0073-02

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10.3969/j.issn.1008-0546.2012.01.034