神奇的“水中閃火花”創新實驗的設計

摘要：闡述了由濃硫酸、乙醇與高錳酸鉀三者作用形成的“水中閃火花”創新實驗的設計過程、原理。指出通過創新實驗設計可以激發學生強烈的好奇心，提高學習化學的興趣。

關鍵詞：水中閃火花實驗；趣味化學實驗；創新實驗設計

文章編號：1005–6629（2013）10–0046–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

新課程的基本理念是倡導通過以實驗為主的多種探究活動，使學生體驗科學研究的過程，激發學習化學的興趣，強化科學研究的意識，促進學習方式的轉變，培養學生的創新精神和實踐能力[1]。然而由于實驗創新設計難、耗時多，很多課堂普遍存在弱化創新實驗的現象，不利于學生形成一定的觀察能力、思維能力與創新精神。鑒于此點，筆者設計了如下創新實驗來啟迪學生的思維，開闊學生的眼界。

基于初中化學趣味實驗“魔棒點燈”的原理，濃硫酸與高錳酸鉀混合生成 Mn2O7，當它遇到酒精等可燃物質時即發生劇烈的氧化還原反應，并產生很高的溫度而使酒精燈燃燒。因此，筆者設計了簡單、易行、安全、有趣的“水中閃火花”創新實驗，目的是激發高一學生的好奇心，使學生對化學產生強烈的求知欲，提高學生學習化學的興趣，可供同行參考。

1 實驗儀器及試劑

電子天平、試管、鐵架臺、鐵夾、鑰匙、10 mL量筒、無水乙醇、98%濃硫酸、高錳酸鉀。

2 實驗操作及現象

2.1 實驗操作

取一支潔凈的試管，向試管里注入4 mL無水乙醇，然后再沿著試管內壁慢慢地注入5 mL的98%濃硫酸，把試管垂直固定在鐵架臺上，試管里的液體分為兩層，上層為酒精，下層為98%濃硫酸。待冷卻至室溫，用藥匙取5～6粒小顆粒狀的高錳酸鉀晶體（每顆平均重量為0.0071 g）慢慢撒入試管里。

2.2 實驗現象

加入的高錳酸鉀顆粒會慢慢下沉，漸漸落到兩液面交界處。水中出現一番奇景：高錳酸鉀顆粒在交界處上下跳動，試管里兩層液體交界面出現一閃一亮的火花，并聽到輕微的響聲。

3 實驗原理分析

查閱資料[2]：高錳酸鉀密度：2.7 g/cm3；98% 濃H2SO4密度：1.826 g/cm3；無水乙醇密度：0.7893 g/cm3。高錳酸鉀的密度比98%濃 H2SO4和無水乙醇都要大，因此，高錳酸鉀晶體會下落，當落到兩液面交界處，顆粒狀的KMnO4與98%濃 H2SO4反應，生成了一種爆炸性的綠色油狀物Mn2O7：2KMnO4+H2SO4=Mn2O7+ K2SO4+H2O。Mn2O7在273 K以下穩定，靜置時緩慢地失去氧而生成MnO2，受熱爆炸分解成MnO2、O2和O3，并以爆炸方式使大多數有機物發生燃燒[3]。酒精是易燃有機物，遇到Mn2O7 就會燃燒。但是由于氧氣的量較少，只能發出點點火花，而不能使酒精連續燃燒，于是在液體中出現了一閃一亮的奇特火花。同時由于在兩液面交界處反應過程中會產生少量的氣體，所以未反應顆粒會在交界處上下跳動，直至反應停止。

4 實驗注意事項

高錳酸鉀晶體（所用高錳酸鉀是顆粒狀，40粒總重量為0.286 g，平均每粒重量為0.0071 g）的用量要適量，不可太少或過多，一次性加入最好控制在5～15粒（0.0355～0.1065 g）以內，若量太少反應現象不明顯，若量過多反應太劇烈，使試管里的液體會沖出來。

5 實驗設計的意義

“水中閃火花”創新實驗打破了傳統的思維——水火不容，解決了對學生來說，神秘而又好奇的化學實驗，使學生對化學產生強烈的求知欲，從而激發學生的學習興趣。實驗所需的藥品簡易，操作簡便、省時、重復性好、現象明顯等特點。實驗的設計是基于化學實驗教學的功能特點，致力于提高學生的科學素養，激發學生學習興趣、優化學生的認知結構，可以使學生感知有趣的化學現象，充分調動學生主觀學習的積極性，培養學生獨立思考的能力，提高學生的觀察能力、分析能力和探究能力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003：2；33.

[2]周公度.化學辭典（第2版）[M].北京：化學工業出版社，2010：225；418；741.

[3]北京師范大學無機化學教研室等編.無機化學（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2003：760～767.