“燃燒條件”探究實驗的創新設計

張儀軒

摘要：通過分析教材“燃燒條件”探究實驗存在的不足之處，在教學實踐中對原實驗進行了改進設計。以白磷作為燃燒物，通過改變水溫、有無空氣兩個變量，對比分析實驗結果，得出了燃燒的條件。實驗無需制取氧氣，且白磷是在密閉裝置內燃燒。改進后的實驗兼具簡約性、環保性、科學性和趣味性。

關鍵詞：燃燒條件；白磷燃燒；探究實驗；改進設計

文章編號：1005–6629（2016）11–0076–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

實驗教學是初中化學教學的重要組成部分，強化實驗教學是提高學生學科素養、探究能力的突破口。在實驗過程中，學生可以通過觀察、思考來獲取知識，使實驗結論與探究過程有機地融合起來，使知識與能力得到和諧發展，感受到化學學習的樂趣。因此，教師要致力于教材經典實驗的改進，使實驗更易操作、更易觀察到現象，使學生更能體會到實驗的趣味，同時能科學地推演結論。本文以“燃燒條件”探究實驗為例，淺談筆者在教學實踐中對經典實驗的創新設計。

1 問題的提出

“燃燒與滅火”是人教版《化學》（九年級上冊）第七單元的課題，為引導學生理解可燃物的燃燒必須同時具備“與氧氣充分接觸”和“溫度達到可燃物著火點”的條件，教材設計了如下的演示實驗，見圖1。

在進行上述實驗時，存在以下問題：

第一，實驗甲（見圖1）中白磷和紅磷均處在敞口開放體系，銅片上的白磷燃燒會產生大量白煙，白煙主要成分為五氧化二磷，逸散到空氣中，易與空氣中的水蒸氣結合，生成有毒的偏磷酸，危害師生健康，所以該實驗需要在通風櫥中操作。由于不便在課堂上演示該實驗，實際教學中，教師通常采用講授與多媒體視頻相結合的方式，弱化了這一經典實驗的教學效果。

第二，白磷固體遇熱水熔化，用導氣管通入氧氣后，熔化的白磷會在氣流的作用下，四處游動，使氧氣不能和白磷充分接觸，實驗成功率較低[1]。

第三，實驗結束后，水中殘留的白磷有劇毒，須小心進行后續處理，否則會引起白磷自燃或中毒等安全隱患。

第四，白磷在水下燃燒通入的是氧氣，和白磷在空氣中的燃燒對比，沒有嚴格地控制變量，實驗缺乏嚴謹性和科學性。

經查閱文獻，發現針對上述問題，已有不同角度的改進方案[2～6]，例如圖2，甲實驗在密閉裝置中進行，解決了白煙逸散造成污染的問題。乙實驗在導氣管末端連接一倒置的漏斗，能將熔化的白磷局限在漏斗內，但在實際操作中發現，通入氧氣的量不易控制，若通入的氧氣不足，無法排盡白磷表面的水，氧氣和白磷不能充分接觸；若通入的氧氣過量，由于漏斗內壓強過大，氧氣從漏斗下端逸出，實驗效果仍不佳。

源于教學的創新應永無止境，該實驗的簡約性、可操作性、環保性、科學性等方面仍存在改進空間。在尊重教材原實驗的教學意圖的前提下，力求盡可能采用簡單的裝置或方法，用較少的實驗步驟和藥品，在較短的時間內能觀察到明顯的現象。經過反復實驗，對該實驗進行了創新設計，取得了良好的實驗效果。直接通過注射器抽取空氣，使用注射器、球型干燥管和橡膠塞，利用反應前后壓強的變化，使白磷的燃燒發生在密閉裝置內，大大提高了實驗的安全性和可操作性。無需紅磷作對照，僅用白磷這一可燃物，學生即可通過對兩組對比實驗的歸納分析，科學地得出燃燒的條件。

2 實驗的改進

2.1 實驗儀器和試劑

500mL燒杯兩個、注射器兩支、球型干燥管兩支、橡膠塞兩枚（大小與球型干燥管口徑相匹配）、鑷子、膠皮管、白磷、80℃左右的熱水、冷水、5%氫氧化鈉溶液

2.2 實驗操作方法及現象

2.2.1 實驗一

在500mL燒杯中加入300mL 80℃左右的熱水，將橡膠塞倒置于燒杯內，用長鑷子將一綠豆粒大小的白磷放置在橡膠塞上。此時，溫度雖達到白磷的著火點以上，但浸沒在水中的白磷不燃燒（如圖3）。用膠皮管連接注射器和球型干燥管，拉動注射器活塞，在注射器中預留20mL空氣，將球型干燥管插入水中，倒扣在橡膠塞上方。推動注射器，緩緩鼓入空氣，熱水從球型干燥管和橡膠塞的縫隙中流出，輕輕下壓，使球型干燥管和橡膠塞之間形成一氣室，白磷和空氣中的氧氣充分接觸，立即可以觀察到白磷燃燒，發出火光，并產生濃厚的白煙（如圖3），實驗現象十分明顯[7]。由于白磷燃燒消耗氧氣，裝置內氣壓減小，在大氣壓的作用下，球型干燥管和橡膠塞緊密連接在一起，形成密閉裝置，直至白磷燃燒結束，整個過程白煙都不會逸散到空氣中。

2.2.2 實驗二

在500mL燒杯中加入300mL冷水，將橡膠塞倒置于燒杯內，用長鑷子將一綠豆粒大小的白磷放置在橡膠塞上。此時，水中的白磷不燃燒（如圖4）。在注射器中預留20mL空氣，將球型干燥管插入水中，倒扣在橡膠塞上方。推動注射器，緩緩鼓入空氣，白磷雖然接觸空氣中的氧氣，但因溫度沒有達到著火點，冷水中的白磷不能燃燒。

觀察到實驗現象并不是最終目的，通過現象分析，探究出燃燒必需的條件才是實驗的根本所在。教師應引導學生對實驗結果進行剖析（見表1），學生可以清晰地得出結論：可燃物要發生燃燒，“與氧氣充分接觸”和“溫度達到著火點”這兩個條件缺一不可。

3 改進后實驗的優點

第一，利用反應前后裝置內壓強的變化，使熱水中的白磷燃燒發生在密閉裝置內，避免了白煙逸散造成的污染，提高了實驗的安全性，不僅可以實現課堂演示，還可以在教師指導下開展學生分組實驗。實驗過程中，白磷燃燒充分，幾乎無殘留；若有殘留，在使用氫氧化鈉溶液處理生成物五氧化二磷后，再加入適量硫酸銅溶液消除可能存在的微量的白磷液滴[9]，體現了實驗的環保性，教師也可適時利用該實驗對學生進行環保教育。

第二，改進前，白磷在熱水中熔化，隨通入的氧氣流四處游動，偶爾看見火光一閃，白磷又跑開了，較低的實驗成功率降低了學生觀察實驗的積極性。改進后，白磷被局限在球型干燥管內，不會四處游動，而且能與空氣充分接觸，學生能明顯地觀察到熱水中的白磷發生燃燒，增強了實驗感受，體會到實驗的樂趣。待冷卻后，教師還可引導學生觀察生成物五氧化二磷的顏色和狀態，從而增強學生的感性認識。

第三，改進前，實驗時需組裝氧氣的制取裝置，不僅占用了有限的課堂時間，而且操作步驟繁瑣。改進后，直接利用注射器抽取空氣，使實驗步驟簡潔明了；同時實驗儀器簡單易得，無需進行特殊處理，提高了實驗的可操作性。

第四，改進前，銅片上的白磷和水中的白磷燃燒實驗，對比不明顯，學生得出結論有一定的困難。改進后，僅用白磷一種可燃物，就實現了燃燒條件的探究，通過改變水溫、有無空氣兩個因素，體現了實驗設計中的“控制變量”的思想，提高了實驗的科學性。冷水和熱水中的兩組實驗同時進行，更加有利于學生理解燃燒的條件。

成功的實驗設計是體現化學教學魅力的有效手段，它能化枯燥為生動，化抽象為具體，化平淡為神奇，既提高了課堂效率，也讓學生對化學學習保持著濃厚的興趣。在實驗過程中，教師應引導學生積極開展思維活動，啟發他們對現象進行分析，經過總結和歸納，使學生的思維從表象到本質，從感性認識上升到理性認識。

教師只有在日常教學中，時刻以優化課堂效果、提高學生科學素養為目標，促進教師深耕教材、不斷探究，繼而在探究中發現問題、解決問題，才能不斷提高教師的專業素養，讓課堂多一些精彩。

參考文獻：

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[2]劉松偉，王雪瑞.“燃燒條件的實驗”改進[J].化學教育，2014，（17）：54～55.

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