關于“完全燃燒和不完全燃燒”的探討

成斌斌

（蘇州文昌實驗中學 江蘇 蘇州 215300）

課堂教學的高效化和教材教法的最優化是教師在教學過程中不懈追求的目標，也是開展高效教學工作的一個重要前提。課程標準指導我們該教會學生什么，教材就是我們教學的工具，而實驗作為一種教學手段在化學課堂教學中起著無可替代的作用。如何根據不同教學內容設計“好”實驗、用“好”實驗并且做“好”實驗是我們要不斷探求的課題。現代教學理論認為，教“是學習的外部條件，為學服務”。因此，教材也就變成了學習的工具，教師教學設計的展開及對教材中實驗的設計應該圍繞學生主體來進行。學生懷疑什么，我們就設計什么；學生不理解什么，我們就針對什么來設計。課本實驗無疑是非常重要的，滬教版化學教材中，實驗占了很大的比例，我們可以利用好這些課本實驗幫助理解更深層次的問題。

通過對初中化學課標及教材的分析，我們會發現在化學實驗的系列設計中，實驗內容常常會進行多次重復研究和探索。如：蠟燭實驗的應用，在第一章第二節“化學研究物質的性質與變化”中用它解決了物理變化和化學變化的區別、實驗現象的觀察方法及物質性質學習的一般步驟；在第四章“完全燃燒和不完全燃燒”中用它解決了不同類型燃燒的現象及產物等問題。這里，筆者就滬教版教材實驗中的蠟燭實驗結合“完全燃燒和不完全燃燒” 來談談個人在教學實踐中的一點想法。

一、問題的提出

在學習“燃燒條件”的過程中，為了使學生充分認識燃料完全燃燒的重要性，并體會完全燃燒與不完全燃燒的區別，教材中設計了如下的學習方案：先提以問題以引起學生對燃燒現象的興趣： 在日常生活中，你也許見過這樣的情景：液化氣灶、煤爐等燃具都留有空氣進口，且空氣進口大小可以調節；學校、工廠等單位使用的鍋爐要用風機鼓風。你知道其中的道理嗎？ 再輔以演示實驗幫助學生理解和推論：蠟燭不完全燃燒的實驗（見教材第94 頁交流與討論）。但在演示過程中遇到了種種問題，歸結如下：

（1）蠟燭本身成分比較復雜，用這樣一個復雜的物質去說明完全燃燒和不完全燃燒的現象時，所要解釋的問題比較多。

（2）不完全燃燒的產物并不僅僅是只有一氧化碳一種，還有其它一些如炭黑、碳氫化合物等，但是演示實驗包括適當補充的圖片資料 （如森林著火的黑煙、民居著火的滾滾濃煙等）中均未能體現出不完全燃燒產物的多樣性。

（3）在蠟燭實驗演示后，學生常將炭黑做為不完全燃燒的必然產物并書寫入反應的表達式中，對一氧化碳等其它不完全燃燒產物的認識往往不夠充分。

（4）對完全燃燒和不完全燃燒發生的條件為是否具有充足的氧氣，學生常常覺得氧氣充足不充足并不是一個容易判斷的標準。

二、查閱資料

為了更清楚地解釋蠟燭燃燒的各種問題，我查閱了大量資料，對蠟燭的成分、燃燒原理、產物情況等各方面做了一次詳細的小結。結果如下：

（1）蠟燭的組成

蠟燭由石蠟和綿芯組成，石蠟的主要成分是固態烷烴類物質的混合物，其中二十二碳烷和二十八碳烷含量最高。

（2）蠟燭燃燒原理及相關現象

蠟燭燃燒時發生的主要反應是石蠟與空氣中的氧氣發生的氧化反應。

反應過程中，伴隨有熔化、放熱、發光等現象。由于石蠟中固態烷烴中碳的質量分數高，在空氣中較難充分燃燒，故反應過程中常常有少量的黑煙生成。

燭焰也分三層， 最內層幾乎不能接觸空氣 （氧氣），沒有發生燃燒，故焰心部分基本上由石蠟蒸氣組成，顏色很淺，呈淺藍色，若用短玻璃管通入焰心中，會在玻璃管的末端出現有白煙； 中間部分接觸空氣（氧氣），但接觸不充分，產生不完全燃燒，有大量固體的炭粒產生，故溫度不太高，但由于固體顆粒受熱激發發生較明亮的可見光（即：蠟燭燃燒的光亮主要是來自沒有完全燃燒的高溫微炭顆粒的黑體輻射，并非是燃燒本身的能量轉化，對比之下氫氣、酒精、甲烷等物質的燃燒就無如此明亮的光亮出現），因此，內焰部分最明亮，呈明亮的黃色火焰；外層接觸空氣（氧氣）充分，燃燒完全，基本不產生固體顆粒，因此火焰顏色很淡（幾乎不易觀察到或顯較淺的橙紅色），但由于燃燒充分，產生的熱量多，故溫度最高。這也幫助我們解釋了兩個常見問題： 為什么蠟燭火焰溫度是外焰最高、焰心最低？ 為什么蠟燭火焰是內焰最亮？

（3）蠟燭燃燒產物

蠟燭不完全燃燒的產物主要有：炭黑、碳氫化合物、一氧化碳等。

三、問題的探討

對于完全燃燒與不完全燃燒，另一種說法可能更能為我們所理解：不完全燃燒時，燃料在燃燒過程中產生了還可以繼續燃燒的物質。這樣與蠟燭不完全燃燒的產物相結合：炭黑、碳氫化合物、一氧化碳等物質均是可以繼續燃燒的。而課本上的演示實驗也可以通過改進讓它更加豐滿一些，更能說明問題一些。

例如：比較蠟燭、酒精燈燃燒的完全程度：將兩種含碳物質分別點燃后，用白瓷板分別壓在火焰上方觀察現象， 發現蠟燭火焰上的白瓷板上有黑色物質出現， 而酒精燈火焰上的白瓷板上無黑色物質出現，只有明顯的水霧現象。

圖1 用白瓷板壓在酒精燈火焰上方

圖2 白瓷板上無黑色固體

圖3 用白瓷板壓在蠟燭火焰上方

圖4 白瓷板上產生黑色固體

由以上實驗可得出結論：觀察不完全燃燒現象應該選用分子中碳原子數較多的可燃性物質，如石蠟等，而對于碳原子個數較少的簡單有機物易完全燃燒，或不完全燃燒產物一般以CO 為主，產生炭黑的可能性較小的物質應該避免選用，如酒精、甲烷等。

又如不完全燃燒產物研究。上面我們提出“不完全燃燒時，燃料在燃燒過程中產生了還可以繼續燃燒的物質”，對于不完全燃燒產生的CO，學生對其可燃性已經有了一定的了解，但是對炭黑等物質是否具有可燃性還是報以懷疑的態度，因此，對這一點，我做了以下實驗：用玻璃管通在火焰外焰上，發現玻璃管上方產生大量黑煙。用燃著的酒精燈放在管口黑煙處發現產生明黃色火焰。

圖5 外焰處玻璃管口產生黑煙

圖6 管口處產生明黃色火焰

但是火焰中還存在可燃性的石蠟蒸氣，筆者認為這個實驗對炭黑的可燃性的說服力不夠，因此又進行了第二次實驗如下：

用兩根玻璃管分別在蠟燭火焰上灼燒至下端變黑，這個黑色物質即蠟燭不完全燃燒生成的炭黑附著在玻璃管上。將一根“變成黑色的玻璃管”用抹布輕輕擦拭，發現黑色物質可被完全擦去，且玻璃管本身無明顯變化；將另一根“變黑的玻璃管”的黑色的一端在酒精燈上灼燒，發現黑色固體逐漸變得紅熱，并且慢慢減少，直至完全消失。由此說明炭黑也是具有可燃性的，只是其燃燒需要的條件比木炭等苛刻，且難以自行持續燃燒。

圖7 變黑的玻璃管在酒精燈上加熱

圖8 黑色物質變紅熱、不斷減少直至完全消失

總之， 化學實驗在化學教學中的地位無可替代，我們不僅要充分利用課本實驗進行知識的講授，還要對知識進行遷移，并且，我們還可以對課本實驗的設計提出挑戰，設計出更能鍛煉學生思維和操作能力的實驗。而當學生對知識的認知出現共性的問題時，我們也不妨試試能否用實驗的手段來解決。同時，高新技術的發展也將我們的實驗設計帶入了新的科技領域。

［1］范曰清．關注學生主體的初中化學教學設計優化策略［J］．化學教與學，2012，（5）：5－8

［2］王祖浩．義務教育課程標準實驗教科書（修訂本，九年級，上冊）［M］．上海：上海教育出版社，2010

［3］顧正燕．《對蠟燭及其燃燒的探究》的實驗改進［J］．教學儀器與實驗（中學版），2006，（4）