氫氣爆炸實驗的對比和改進研究

魏振華

摘要：氫氣的爆炸實驗是初中化學一個重要的實驗內容，這個實驗對于學生體驗爆炸現象，理解爆炸產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驗作為推薦的示范實驗。作者在教學實踐中多次重復氫氣的爆炸實驗，對氫氣爆炸實驗有切身的體會。在借其他老師對氫氣爆炸實驗的改進的基礎上，也提出了幾種改進實驗。分別是“深水炸彈”實驗、“水花”實驗、“氣球爆炸”實驗。這些實驗的改進各有千秋，對活躍課堂氣氛，開拓學生思維有積極的促進作用。

關鍵詞：氫氣；爆炸；改進；塑料瓶

文章編號：1008-0546（2017）08-0093-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.08.034

氫氣的爆炸實驗是初中化學重要的實驗內容，因為在空氣中混入氫氣的體積占總體積的4%-74.2%，經點燃都會爆炸。這個實驗現象明顯，在課本上開展這個實驗深受同學們的歡迎。我從多個方面對氫氣的爆炸實驗進行改進，引導學生深入思考，既開拓了學生的思維，又活躍了課堂氣氛。

一、常見氫氣爆炸實驗的分析

1. 紙筒實驗（圖1）是大多數課本的示范實驗，這個實驗現象明顯，可以很好地解釋爆炸產生的原因。我在實驗中也曾嘗試用鋁制易拉罐來實驗，爆炸的聲音更大，效果更明顯。但紙筒實驗也存在兩個問題，一是實驗的成功率不夠高，收集氫氣過少或者過多都不會爆炸，點燃的時機不好掌握。二是實驗中，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，怯于做這個實驗。

2.改進實驗一，有的老師將這個實驗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做實驗，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驗的缺點，但是實驗的效果也不理想。

3.改進實驗二（圖2），有的老師用塑料瓶做實驗，這個實驗把塑料瓶固定在鐵架臺上，塑料瓶的底去掉。通入氫氣，在塑料瓶口點燃氫氣，會觀察到塑料瓶底部噴射出火焰，并伴隨有響聲。而塑料瓶本身不會彈起，安全性高，做起來也很容易操作。可是也克服不了紙筒實驗成功率低的缺點，同時，實驗效果也大打折扣。

二、我的改進

提高實驗的成功率的關鍵是如何收集到氫氣和空氣的混合氣體，氫氣太多或太少，實驗的成功率都很低。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。 為了解決這個問題，我設計了如下三個實驗。

1.“深水炸彈”實驗（圖3）。這個實驗是將去掉底部的塑料瓶固定在鐵架臺上，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，空氣也不會排出去。點燃就會爆炸，成功率很高。同時，爆炸的氣浪會把水從水槽中噴濺出來，水花四濺，聲音響亮，效果非常明顯，又很安全。

2.“水花實驗”（圖4）。“深水炸彈”實驗爆炸威力大，我在實驗中曾發生過夾持塑料瓶的雙頂絲被掰斷的現象。因此在“深水炸彈實驗”的基礎上，我又做了改進，在塑料瓶的側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，從其中的一個小孔通入一段時間的氫氣，點燃氫氣，劇烈燃燒放出的熱量，就會讓水從小孔中噴射而出，因為小孔的高度和水槽的高度在同一個平面，水花就會向四周噴射，同學們普遍能感受到爆炸噴射的水花帶來的清涼。這樣做爆炸的威力得到了控制，又不需要夾持裝置，實驗現象也明顯，操作也很方便。

3.“氣球炸彈”實驗（圖5）。在這個實驗中，將氫氣充入氣球中，點燃氣球，自己就會發生爆炸。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。實驗開始，把氣球中的鋅粒倒入塑料瓶中的鹽酸中。隨著氫氣的產生，瓶內壓強增大，氣球自己就可以鼓起來。當氣球膨脹到拳頭大小時，取下氣球，一手高舉氣球，一手用打火機點燃，就會聽到巨大的響聲，觀察到氫氣燃燒的火光，同時同學們還可以近距離地感受到氫氣爆炸產生的熱浪。這個實驗改進后，效果明顯，安全性也高，便于同學們開展小組實驗。

三、幾點注意事項

1.做氫氣爆炸實驗時，要提醒學生帶護目鏡，雖然這幾個實驗改進以后都很安全，但是，提醒學生帶上護目鏡，可以防止意外事故的發生，培養學生的安全意識。

2.在塑料瓶上開孔，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。同時最好在塑料瓶上畫一圈橫線開孔，這樣開孔，高度一致，便于開展實驗。

3.氣球應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。點燃時不容易破，還容易出現融化現象，比較危險，不好控制。

4.做“水花實驗”時，為了保證塑料瓶側壁的小孔浸入在液面以下，可以在塑料瓶口繞一圈鐵絲來增加塑料瓶的質量。

參考文獻

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