多功能燃燒瓶的創(chuàng)新設計及應用

李靜媛

摘要：物質(zhì)燃燒是初中化學教學中的重要實驗。為了增強學生視覺上的沖擊和學習化學的熱情，創(chuàng)新設計了多功能燃燒瓶實驗裝置。利用多功能燃燒瓶，進行鐵絲燃燒實驗，可以持續(xù)鐵絲燃燒現(xiàn)象；進行白磷“水下燃燒”實驗，可以簡化操作，控制污染；進行硫粉燃燒實驗，可以避免產(chǎn)物對環(huán)境的污染，并能對在空氣和氧氣中的燃燒現(xiàn)象作對比，幫助學生深刻理解化學反應的本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：多功能燃燒瓶；物質(zhì)燃燒；燃燒條件；實驗改進

文章編號：1005–6629（2016）4–0072–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題提出

2012年審定的人教版九年級《化學》上冊教材中，有不少關(guān)于燃燒的實驗。例如第34頁鐵絲燃燒、第33頁硫粉燃燒以及第129頁白磷水下燃燒[1]等。這些實驗有的因為現(xiàn)象震撼吸引了學生的注意力，有的因為趣味性強啟發(fā)了學生的思考，還有的因為具有可操作性特點成為了學生探究物質(zhì)性質(zhì)的有效途徑。但是經(jīng)過多年的教學實踐和思考，筆者發(fā)現(xiàn)這些實驗還是存有一些不足，需要進一步改進。

污染難以控制。因為教材中的燃燒實驗多在集氣瓶中進行，難以達到完全密閉，因此產(chǎn)生的一些污染物如硫粉燃燒過程中或多或少還是會有一些二氧化硫氣體逸散到空氣中，影響了師生的身體健康。

對比難以形成。因為在集氣瓶中進行的實驗，物質(zhì)反應的形式單一，很難形成有效的直觀的對比，學生印象不夠深刻。

現(xiàn)象難以持續(xù)。因為集氣瓶的容量有限，所以物質(zhì)的燃燒現(xiàn)象受到集氣瓶中氣體體積的限制只能持續(xù)較短的時間，每次做完實驗學生都有意猶未盡的感覺。

2 裝置設計

基于以上這些問題的思考，參考了一些相關(guān)資料，筆者認為解決上述問題應當著力打造適合物質(zhì)燃燒實驗的裝置。這種裝置應該能夠持續(xù)提供氣體且便于進行對比，而且應當包含可以加入放置反應物和收集生成物的容器。故設計并制作了多功能燃燒瓶作為實驗裝置，如圖1所示[2]。

該多功能燃燒瓶為石英玻璃材質(zhì)，能夠耐受1000℃高溫，可以適合絕大多數(shù)物質(zhì)燃燒的實驗。整個多功能燃燒瓶為圓柱體，類似茶杯，除上端開孔外，其余部位都密封。該多功能燃燒瓶的上端有三個孔，兩側(cè)的兩個孔大小相同，中間的孔稍大。兩側(cè)的孔可以根據(jù)具體實驗的需要分別通入氧氣或空氣，中間稍大的孔既可以用來向燃燒瓶中放入反應物，也可以根據(jù)具體情況通入氣體。燃燒瓶中的玻璃托盤為圓柱形酒杯狀，下方由四根連在容器底部的支柱支撐。玻璃托盤既可以收集燃燒產(chǎn)物也可以作為放置反應物的燃燒匙。

3 實踐過程

3.1 鐵絲燃燒實驗

實驗藥品：鐵絲、氧氣

實驗操作：用橡膠塞將燃燒瓶上一個進氣孔塞上，然后向燃燒瓶內(nèi)裝入一定量的水，使水沒過玻璃托盤即可。接著，向多功能燃燒瓶中鼓入氧氣，在瓶口處用帶火星的木條驗滿后向瓶中伸入引燃后的鐵絲（如圖2所示）。

實驗效果：因為向燃燒瓶中持續(xù)通入氧氣，鐵絲燃燒的現(xiàn)象得到持續(xù)，火星四射，十分利于觀察。產(chǎn)生的黑色固體大多掉落在燃燒瓶中間的托盤上，方便實驗后清理。

3.2 白磷水下燃燒的實驗

實驗藥品：白磷、空氣

實驗操作：向多功能燃燒瓶的玻璃托盤中注入熱水，再向玻璃托盤中加入1～2粒白磷，用導管對準玻璃托盤中的白磷鼓入空氣（如圖3所示）。

實驗效果：因為玻璃托盤中的白磷既能與鼓入的空氣充分接觸，又具有燃燒所需的最低溫度，所以在托盤中的燃燒現(xiàn)象十分明顯，且持續(xù)時間比較長。另外，白磷燃燒產(chǎn)生的白煙被水吸收，減少了五氧化二磷的逸散，有效地控制了污染[3]。

3.3 硫粉燃燒的實驗

實驗藥品：硫粉、氧氣、空氣

初始設計：在多功能燃燒瓶中放入硫粉，兩孔可先后分別通入氧氣和空氣。該實驗能夠?qū)崿F(xiàn)在瓶中將硫粉引燃從而避免造成污染[4]。起先考慮利用導熱性比較好的金屬片如銅片，初步設想是將銅質(zhì)燃燒匙連接在中間大孔的橡皮塞上，先在酒精燈火焰上將銅質(zhì)燃燒匙加熱1～2分鐘后迅速將燃燒匙伸入多功能燃燒瓶中，利用燃燒匙的灼熱高溫引燃硫粉。筆者經(jīng)過多次實驗后發(fā)現(xiàn)這種引燃方法很難確保引燃硫粉。查閱資料得知，硫粉的著火點是232.2℃，在酒精燈上加熱的銅制燃燒匙雖然在加熱時能達到這樣的溫度，但是在伸入燃燒瓶的過程中溫度往往很難保持，導致了硫粉難以引燃。

再次改進：既然利用加熱燃燒匙引燃硫粉這種間接的方式成功率不高，能不能改為直接引燃硫粉呢？筆者最終選定了用電子打火槍來引燃硫粉。電子打火槍的槍頭直噴火焰可以達到800℃高溫，足夠?qū)⒘蚍垡迹铱梢苑磸褪褂茫?jīng)濟環(huán)保。同時，筆者又考慮到，反應后產(chǎn)生的SO2氣體較多，僅靠瓶底事先裝入的氫氧化鈉溶液并不容易做到充分吸收，故將尾氣用導管連接到裝有氫氧化鈉溶液的洗氣瓶中進行吸收。用電子打火槍（該打火槍類似普通打火機，可直接產(chǎn)生持續(xù)火焰）代替了原先的燃燒匙，組裝好裝置后進行實驗。事實證明，實驗現(xiàn)象的確比較明顯。然而，我們又發(fā)現(xiàn)一個新的問題，實驗完成后還是能聞到輕微的刺激性氣味，說明裝置中存在漏氣點。反復查找后發(fā)現(xiàn)，電子打火槍并不是完全密閉的，漏氣發(fā)生在電子打火槍處，少量二氧化硫氣體正是從電子打火槍的直桿部位泄漏出去的。看來，電子打火槍加入后原來封閉的裝置不密閉了，一個問題的解決帶來了另一個問題的出現(xiàn)。

最終改進：解決電子打火槍的漏氣問題。解決方式一：在電子打火槍漏氣的槍柄處套上密封性能較好的保鮮塑料袋，并用膠帶紙進行綁定。在檢查氣密性時，若觀察到塑料袋鼓起則說明裝置不再漏氣。解決方式二：打開電子打火槍的槍柄部位，向空心的槍桿中滴入液態(tài)石蠟實行密封，待石蠟在槍桿中凝固后即可實現(xiàn)槍桿的完全密閉，達到不再漏氣的目的，但是此法需要有一定技術(shù)的實驗室工作人員才能完成，不再贅述。

實驗操作：如圖4連接好儀器。多功能燃燒瓶上端中間大孔的橡皮塞上連有電子打火槍和玻璃導管，玻璃導管與裝有氫氧化鈉溶液的洗氣瓶相連，燃燒瓶上端的兩孔分別塞上通氧氣和空氣的導管。向多功能燃燒瓶中裝入一定量氫氧化鈉溶液確保通入氧氣或空氣的導管浸沒到液面以下，再向燃燒瓶的托盤中加入硫粉。鼓入空氣，通過空氣導管中氣泡的流速和洗氣瓶中氣泡流速的對比確定裝置的氣密性。停止鼓入空氣，打開氧氣氣囊開關(guān)，使裝置內(nèi)充滿氧氣。在洗氣瓶導管的末端驗滿后，利用電子打火槍將硫粉引燃。此時可以觀察到硫粉在氧氣中燃燒發(fā)出明亮的藍紫色火焰。停止通入氧氣，打開空氣氣囊開關(guān)，觀察到藍紫色火焰逐漸消失。

實驗效果：經(jīng)過改進后的實驗既消除了在空氣中引燃硫粉和在集氣瓶中燃燒產(chǎn)生的二氧化硫的污染，又能進行硫粉在空氣和氧氣中燃燒現(xiàn)象的對比，增強了學生對化學反應本質(zhì)的認識，充分實現(xiàn)了實驗的教學功能。

后續(xù)反思：本實驗達到了預期的目的，消除了硫粉燃燒的污染，實現(xiàn)了硫在氧氣和空氣中燃燒現(xiàn)象的對比，是一次比較成功的嘗試。筆者將進一步研究探索使用電加熱方式引燃硫粉，使實驗裝置的密閉性更強。

4 實驗價值分析

經(jīng)過反復多次的實驗，發(fā)現(xiàn)利用多功能燃燒瓶進行物質(zhì)燃燒的實驗，不僅適用于初中階段的眾多實驗，也能滿足高中階段物質(zhì)燃燒實驗的需求，真正實現(xiàn)了一瓶多用，很值得推廣。多功能燃燒瓶中可以有效地進行物質(zhì)在氧氣和空氣中燃燒現(xiàn)象的對比，且能延續(xù)實驗現(xiàn)象，十分利于觀察，充分體現(xiàn)實驗價值和化學反應的本質(zhì)。多功能燃燒瓶能夠消除污染，基本實現(xiàn)了化學實驗的綠色化，展現(xiàn)了化學實驗的嶄新前景。

參考文獻：

[1]人民教育出版社課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心.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，2012：33，34，129.

[2]嚴春建.三口燒瓶在“氧氣化學性質(zhì)”實驗中的創(chuàng)新應用[J].化學教與學，2015，（10）：96.

[3]郭強，支維洲，楊嶸，趙越.“白磷在水下燃燒實驗”的再改進[J].化學教學，2011，（11）：39～40.

[4]童昌.對硫分別在空氣和氧氣里燃燒實驗的改進[J].化學教育，2013，（1）：71～75.