白磷水下燃燒改進實驗類型比較和再改進

陳培亮

摘要：對近年來國內教學雜志中白磷水下燃燒改進實驗進行歸類和比較，針對實驗中存在白煙未處理、白磷水下燃燒成功率低、儀器須經過特殊處理等不足，結合實際進一步改進實驗。改進后的實驗具有儀器易得、白磷在水下能持續并劇烈燃燒、成功率高且能有效防止污染等優點，非常適合課堂實驗教學。

關鍵詞：白磷水下燃燒；實驗類型；實驗改進

文章編號：1005–6629（2015）6–0073–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

人教版《化學》（九年級上冊）第七單元課題1中[1]在探討“燃燒的條件”——可燃物要與氧氣或空氣接觸時，設計了如圖1的實驗。

針對該實驗存在的不足[2～4]，很多化學老師對其作了改進和創新[5～15]，但仍存在白煙未處理、白磷水下燃燒成功率低、儀器須經過特殊處理等不足。筆者查閱了近年來國內白磷水下燃燒改進實驗的相關文獻，并進行實踐、歸類和比較，設計出一套能解決以上問題并能適用于課堂教學的實驗方案。

2 當前“白磷水下燃燒”改進實驗類型比較

2.1 類型1 將白磷限制在小空間[16～19]

以裝置簡單、實驗現象明顯的錢勝小組[20]改進實驗為例（圖2）。

該類改進實驗具有裝置簡單、操作簡便、實驗成功率高、現象明顯的優點。但其中產生的白煙（P2O5）只有小部分被水吸收，會造成污染，危害實驗操作者的健康。

2.2 類型2 將實驗改在密閉裝置中進行[21～22]

以吳國權[23]改進實驗為例（圖3）。該類改進實驗最大的優點是環保安全。但由于白磷在熱水中會熔化成油狀小液滴，通入氧氣時，氣體難以和白磷接觸。因此，該類改進實驗中的白磷很難在水下燃燒；另外在通入氧氣時，未能與氧氣接觸的白磷分散成細小的珠狀物，使清理儀器時存在不安全因素。

2.3 類型3 用裝滿氧氣的儀器與水下白磷接觸[24，25～27]

以張艷琴小組[28]改進實驗為例（圖4）。該類改進實驗的優點是裝置簡單、操作簡便、實驗成功率高。但其中的白磷難以完全燃燒，未燃燒的白磷使清理儀器時存在不安全因素。另外，由于該類改進實驗中的白磷燃燒時并沒與水接觸，這會使學生難以理解實驗中熱水的作用，對其認知造成干擾。

2.4 類型4 將儀器進行特殊處理[29，30]

以劉松偉小組[31]改進實驗為例（圖5）。

該類改進實驗優點是裝置簡單、操作簡便、實驗成功率高、綠色環保。但其儀器必須經過特殊處理、藥品放置位置必須準確，否則將會大大影響實驗效果和成功率。另外，儀器的可替代性不強，這在一定程度上影響該類改進實驗的推廣。

3 實驗再改進方案

3.1 實驗裝置

針對上述問題，筆者設計了一套儀器易得、操作簡便、現象明顯、成功率高并有效防止污染的實驗方案（圖6），取得良好效果。

3.2 實驗用品

儀器：注射器（50mL）1支、錐形瓶（250mL）帶單孔塞1個、大燒杯（500mL）1個、大試管（30mm×200mm）帶雙孔塞1支、小試管（6mm×70mm）1支、廣口瓶配雙孔塞1個、長鑷子（22cm）1支、藥匙1支、導管若干、橡膠管若干

藥品：白磷、80℃熱水、5%過氧化氫溶液、二氧化錳、1%的氫氧化鈉溶液、酚酞試液

3.3 實驗步驟、現象和結論

3.3.1 實驗步驟

（1）在錐形瓶中加入1藥匙二氧化錳，在注射器中吸入約40mL 5%過氧化氫溶液，然后將注射器的針頭刺入橡皮塞中。

（2）在廣口瓶中加入1%的氫氧化鈉溶液至其中上部，再滴入幾滴無色酚酞溶液，塞好雙孔塞。

（3）取一塊綠豆大小的白磷放入小試管中，再加入少量80℃熱水（熱水高度以小試管高度1/2左右為宜）；將大試管稍作傾斜，讓小試管沿大試管內壁滑入大試管中。將雙孔塞的長導管伸到小試管中接近白磷正上方的位置，塞好雙孔塞。最后將大試管放入大燒杯中。

（4）按圖6連接好裝置，加入約200mL 80℃熱水，保證小試管中溫度達到白磷的著火點（此時，若浸在氫氧化鈉溶液的長導管末端有氣泡冒出，則證明裝置氣密性良好。否則必須重新連接裝置，才能進行后續操作）。

（5）緩慢推動注射器。

3.3.2 實驗現象和結論

加入熱水后，白磷不燃燒。推動注射器，錐形瓶中有大量氣泡產生，氣體沿導管進入小試管中。白磷先冒出少量白煙，待空氣排盡后，小試管白磷被點燃，持續燃燒，并產生大量白煙；最后白煙隨氣流進入氫氧化鈉溶液中。說明可燃物在溫度達到著火點時，要與空氣（或氧氣）接觸才能燃燒。

4 實驗再改進后的優點

（1）該實驗的創新點是將白磷固定在小試管中，集合改進實驗類型1和類型2的優點，解決了改進實驗類型1中白煙未處理和改進實驗類型2中氧氣流將白磷吹散而導致白磷不能燃燒的問題。

（2）與改進實驗類型3相比，該實驗的白磷是在水下持續燃燒，而且反應完全，殘留量很少，確保儀器清理時的安全。

（3）與改進實驗類型4相比，該實驗儀器易得，且不需特殊處理，可替代性強，容易推廣。

（4）該實驗中藥品的利用率高。一方面過量的氧氣能使五氧化二磷被更快、更充分地吸收；另一方面，在氫氧化鈉溶液中加入酚酞試液，可以判斷氫氧化鈉溶液是否已經完全反應。

（5）在操作過程中可以直接驗證裝藥品后裝置的氣密性，保證了實驗的順利完成。

5 實驗說明

（1）若在實驗步驟（4）檢查裝置氣密性后，將制氧裝置和反應裝置分開，推動注射器，待錐形瓶中充滿氧氣之后，再將裝置連接，則小試管中的白磷立刻燃燒。

（2）該實驗成功率高，現象明顯。白磷若過量，燃燒更劇烈，但容易使導管末端炸裂。

參考文獻：

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