氫氣爆炸實(shí)驗(yàn)的對(duì)比和改進(jìn)研究

魏振華

摘要：氫氣的爆炸實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生體驗(yàn)爆炸現(xiàn)象，理解爆炸產(chǎn)生的原因有很好的幫助作用。幾種版本的教材中都把紙筒實(shí)驗(yàn)作為推薦的示范實(shí)驗(yàn)。作者在教學(xué)實(shí)踐中多次重復(fù)氫氣的爆炸實(shí)驗(yàn)，對(duì)氫氣爆炸實(shí)驗(yàn)有切身的體會(huì)。在借其他老師對(duì)氫氣爆炸實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)的基礎(chǔ)上，也提出了幾種改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。分別是“深水炸彈”實(shí)驗(yàn)、“水花”實(shí)驗(yàn)、“氣球爆炸”實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)各有千秋，對(duì)活躍課堂氣氛，開(kāi)拓學(xué)生思維有積極的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：氫氣；爆炸；改進(jìn)；塑料瓶

文章編號(hào)：1008-0546（2017）08-0093-02 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.08.034

氫氣的爆炸實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，因?yàn)樵诳諝庵谢烊霘錃獾捏w積占總體積的4%-74.2%，經(jīng)點(diǎn)燃都會(huì)爆炸。這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，在課本上開(kāi)展這個(gè)實(shí)驗(yàn)深受同學(xué)們的歡迎。我從多個(gè)方面對(duì)氫氣的爆炸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，既開(kāi)拓了學(xué)生的思維，又活躍了課堂氣氛。

一、常見(jiàn)氫氣爆炸實(shí)驗(yàn)的分析

1. 紙筒實(shí)驗(yàn)（圖1）是大多數(shù)課本的示范實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，可以很好地解釋爆炸產(chǎn)生的原因。我在實(shí)驗(yàn)中也曾嘗試用鋁制易拉罐來(lái)實(shí)驗(yàn)，爆炸的聲音更大，效果更明顯。但紙筒實(shí)驗(yàn)也存在兩個(gè)問(wèn)題，一是實(shí)驗(yàn)的成功率不夠高，收集氫氣過(guò)少或者過(guò)多都不會(huì)爆炸，點(diǎn)燃的時(shí)機(jī)不好掌握。二是實(shí)驗(yàn)中，紙筒高高彈起并伴隨巨大的響聲。有一些老師，特別是女老師，怯于做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)一，有的老師將這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的紙桶改用很小的紙杯，甚至是包裝中藥藥丸的小藥盒來(lái)做實(shí)驗(yàn)，聲音小，小藥盒彈起的高度也低，雖然在一定的程度上克服了老師不敢做紙筒實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，但是實(shí)驗(yàn)的效果也不理想。

3.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)二（圖2），有的老師用塑料瓶做實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)把塑料瓶固定在鐵架臺(tái)上，塑料瓶的底去掉。通入氫氣，在塑料瓶口點(diǎn)燃?xì)錃猓瑫?huì)觀察到塑料瓶底部噴射出火焰，并伴隨有響聲。而塑料瓶本身不會(huì)彈起，安全性高，做起來(lái)也很容易操作。可是也克服不了紙筒實(shí)驗(yàn)成功率低的缺點(diǎn)，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)效果也大打折扣。

二、我的改進(jìn)

提高實(shí)驗(yàn)的成功率的關(guān)鍵是如何收集到氫氣和空氣的混合氣體，氫氣太多或太少，實(shí)驗(yàn)的成功率都很低。用紙筒收集氫氣，到底收集到了多少氫氣，老師只能憑主觀去判斷。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，我設(shè)計(jì)了如下三個(gè)實(shí)驗(yàn)。

1.“深水炸彈”實(shí)驗(yàn)（圖3）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是將去掉底部的塑料瓶固定在鐵架臺(tái)上，塑料瓶的底部浸入水槽中的水中，由于塑料瓶事前封存了一定量的空氣，再收集氫氣，空氣也不會(huì)排出去。點(diǎn)燃就會(huì)爆炸，成功率很高。同時(shí)，爆炸的氣浪會(huì)把水從水槽中噴濺出來(lái)，水花四濺，聲音響亮，效果非常明顯，又很安全。

2.“水花實(shí)驗(yàn)”（圖4）。“深水炸彈”實(shí)驗(yàn)爆炸威力大，我在實(shí)驗(yàn)中曾發(fā)生過(guò)夾持塑料瓶的雙頂絲被掰斷的現(xiàn)象。因此在“深水炸彈實(shí)驗(yàn)”的基礎(chǔ)上，我又做了改進(jìn)，在塑料瓶的側(cè)壁上取一圈平行的小孔，小孔的高度和水槽的高度一致。將塑料瓶放置在水槽中，由于塑料瓶底部盛有少量的水，這樣塑料瓶不需要加持就可以放置在水槽中，水的液面剛好可以封住小孔，從其中的一個(gè)小孔通入一段時(shí)間的氫氣，點(diǎn)燃?xì)錃猓瑒×胰紵懦龅臒崃浚蜁?huì)讓水從小孔中噴射而出，因?yàn)樾】椎母叨群退鄣母叨仍谕粋€(gè)平面，水花就會(huì)向四周?chē)娚洌瑢W(xué)們普遍能感受到爆炸噴射的水花帶來(lái)的清涼。這樣做爆炸的威力得到了控制，又不需要夾持裝置，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也明顯，操作也很方便。

3.“氣球炸彈”實(shí)驗(yàn)（圖5）。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將氫氣充入氣球中，點(diǎn)燃?xì)馇颍约壕蜁?huì)發(fā)生爆炸。如何將氫氣吹入氣球呢？我的做法是在塑料瓶中加入稀鹽酸，將三到五粒鋅粒裝入氣球，將氣球套在塑料瓶上。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，把氣球中的鋅粒倒入塑料瓶中的鹽酸中。隨著氫氣的產(chǎn)生，瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大，氣球自己就可以鼓起來(lái)。當(dāng)氣球膨脹到拳頭大小時(shí)，取下氣球，一手高舉氣球，一手用打火機(jī)點(diǎn)燃，就會(huì)聽(tīng)到巨大的響聲，觀察到氫氣燃燒的火光，同時(shí)同學(xué)們還可以近距離地感受到氫氣爆炸產(chǎn)生的熱浪。這個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后，效果明顯，安全性也高，便于同學(xué)們開(kāi)展小組實(shí)驗(yàn)。

三、幾點(diǎn)注意事項(xiàng)

1.做氫氣爆炸實(shí)驗(yàn)時(shí)，要提醒學(xué)生帶護(hù)目鏡，雖然這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)以后都很安全，但是，提醒學(xué)生帶上護(hù)目鏡，可以防止意外事故的發(fā)生，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)。

2.在塑料瓶上開(kāi)孔，可以使用尖銳的金屬，比如回形針，在酒精燈加熱以后，就可以在塑料瓶上輕松地取孔。同時(shí)最好在塑料瓶上畫(huà)一圈橫線開(kāi)孔，這樣開(kāi)孔，高度一致，便于開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

3.氣球應(yīng)該選用普通的就可以。有些特殊材料做成的氣球，彈性好，所用材料特殊。點(diǎn)燃時(shí)不容易破，還容易出現(xiàn)融化現(xiàn)象，比較危險(xiǎn)，不好控制。

4.做“水花實(shí)驗(yàn)”時(shí)，為了保證塑料瓶側(cè)壁的小孔浸入在液面以下，可以在塑料瓶口繞一圈鐵絲來(lái)增加塑料瓶的質(zhì)量。

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