燃燒條件演示實驗的新設計

王立超

摘要：基于教科書中燃燒條件實驗存在污染環境、安全隱患、熱水中白磷難捕捉等不足，對燃燒條件實驗從燃燒原理、環保、安全、簡便、便于觀察、實驗現象明顯等角度作系統探究。將教科書敞開實驗改為封閉實驗，防止污染并消除白磷燃燒產生飛濺的安全隱患；將銅片上白磷、紅磷并列放置改為分列放置，避免白磷會引燃紅磷的不足；將熱水中的白磷散放改為聚放，解決白磷液珠分散難以捕捉的問題。實驗裝置一體化設計，組裝簡單，操作簡便，現象明顯，便于觀察和移動展示且綠色環保，取得良好的教學效果。

關鍵詞：燃燒條件；演示實驗；離心管（錐形管）；實驗改進與探究

文章編號：1005-6629（2018）1-0068-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

探究燃燒條件的實驗是現行人教版初中化學教材第7單元課題1“燃燒和滅火”的一個重要的演示實驗，做好這項實驗是學生建構和理解燃燒條件知識的關鍵，也是引導學生學會利用控制變量、對比分析的思想設計實驗探究，增強對化學學習的好奇心和探究欲，激發化學學習興趣，培養科學素養的重要環節。但教材中實驗7-1的實驗裝置是敞開體系，并注明“由教師演示，需在通風櫥內或抽風設備下進行”，但在實際教學中，普通教室沒有通風櫥或抽風設施，教師在教室內進行實驗演示，師生就要承受實驗過程中產生大量白煙及有害物質帶來的危害。若考慮到污染因素，只能以觀看視頻代替具體實驗操作，因而教材實驗設計不利于實驗教學功能的實施。基于此，不少同仁作了改進，雖各具優點但仍有不足。筆者對燃燒條件實驗從燃燒原理、環保、安全、簡便、便于觀察、實驗現象明顯等角度作深入研究，研究過程及改進設計概述如下。

1.教科書實驗原型及不足之處

實驗原型（圖1-a）銅片上的白磷燃燒時會產生大量白煙，污染環境，危害師生健康，不利于環保；白磷熔化燃燒會產生飛濺引燃紅磷，不利于控制實驗，對前排學生帶來安全隱患。銅片以上下對流方式傳熱，反應時間較長，只能固定在講臺上演示，不能來回移動演示展示。

圖1-b白磷在熱水中熔化成液態，通人氧氣時白磷會形成小油珠四處游動，很難固定，實驗時需不斷捕捉白磷，使操作難以把握，耗時費力，由于與氧氣接觸不固定，燃燒持續時間短，有時只見火光一閃，白磷又移位了，實驗現象極不明顯，影響教學效果。另外，燃燒產生的沒有被水吸收完全的白煙逸出水面，同樣不環保。

2.對文獻中某些實驗改進方案的簡要評述

圖1-a銅片上白磷、紅磷燃燒對比實驗改進方法：將對流傳熱改為傳導傳熱如圖2-c，此法雖加快傳熱但不環保，白磷也會引燃紅磷，很少用；從環保的角度加鐘罩式改進方法如圖2-d、e，要添加鐘罩（大燒杯）、水槽（裝水）等較重物品，不便攜帶，不受教師青睞。

圖2-f是比較流行的環保而簡便的改進方法，但此法白磷先緩慢氧化產生的白煙沉降聚集于管底，阻礙白磷與空氣接觸，很多時候觀察到試管里白煙籠罩，少有劇烈燃燒的火焰產生，有些學生還誤以為是白磷受熱熔化形成蒸氣造成的，即使有火光時也持續不長，燃燒的實驗現象不是很理想。

圖1-b往熱水里的白磷通人氧氣的改進方法：漏斗倒扣法，如圖3-g，在導氣管末端連接一倒置的漏斗，似乎能將熔化的白磷局限在漏斗內，但在實際操作中通人氧氣難以排盡白磷周圍的水，漏斗下形成的氣室氣壓易把白磷液滴從漏斗口與燒杯底的縫隙中排出，實驗效果也不佳。

試管倒扣法，如圖3-h、i，先將倒立的型號與試管配套的橡膠塞的上端鑿成一個小的圓形凹槽，便于放置和固定白磷，將裝滿氧氣的試管輕輕倒扣在放有白磷的橡膠塞上，白磷燃燒現象明顯。由于試管里較大的氣室與白磷接觸來引燃，與在空氣中引燃差別不大，這會使學生忽略實驗中熱水所起的作用，對其認知造成干擾，同時弱化白磷在熱水里遇氧氣流水下燃燒顯現的“神奇”效果。如此操作還需用手不斷支撐試管，產生的白煙也會有一部分逸散到空氣中帶來污染。

試管正立聚磷法：如圖3-i，用正立的試管控制白磷，將白磷控制在試管底部較小的空間，起到防止白磷四處游動的目的，使白磷更容易與空氣（或氧氣）接觸，現象明顯，也解決污染的問題。但由于管底是圓底凹槽，在氣流的吹動下，分散成小液珠的白磷很難重新聚集成大液珠，實驗并沒有達到預期的效果。

3.燃燒條件實驗的新設計

3.1設計思路

（1）將教科書敞開實驗改為封閉實驗，防止污染并消除白磷燃燒會飛濺的安全隱患；（2）將銅片上白磷、紅磷并列放置改為分列放置避免白磷會引燃紅磷的不足；（3）將熱水中的白磷散放改為聚放，解決白磷液珠分散難以捕捉的問題；（4）裝置一體化設計，美觀，操作簡便，現象明顯。

3.2設計裝置

依據設計思路，筆者設計了兩種一體化、組裝簡單、操作簡便、現象明顯、成功率高并有效防止污染的實驗方案，如圖4、圖5：

3.3買驗用品

儀器：500mL集氣瓶（或廣口瓶）、雙孔橡膠塞、離心管（錐形管）、長頸漏斗、棉花（或海綿）、錐形瓶、注射器、鑷子、藥匙

藥品：10%過氧化氫溶液、二氧化錳、紅磷、白磷、5%氫氧化鈉溶液

3.4裝置組裝

方案1裝置連接如圖4，先將兩個燃燒匙的長柄截短，插在帶導管（要伸到錐形管底部能與白磷接觸）和長頸漏斗的雙孔橡膠塞上，長頸漏斗的下端要低于燃燒匙的邊緣，以免加水時水滴到燃燒匙里，用小刀在雙孔橡膠塞插有兩個燃燒匙的中間切一小口，插上一小塊銅片作為隔板，防止白磷燃燒飛濺引燃紅磷。

方案2用2個30mL細口瓶或管徑為25mm的半截大試管2支（用棉線蘸酒精纏繞試管切割處，引燃棉線片刻放人冷水中就能整齊裂開）按圖5連接裝置。采用大管徑容器在廣口瓶里可保持加水時能直立，稍有傾斜也不會傾倒，使白磷周圍有足夠多的空氣，讓白磷燃燒現象明顯而持久。若用小管徑試管則白磷緩慢氧化產生的白煙沉降聚集于管底，將阻礙白磷與空氣接觸，使實驗現象不夠明顯。

3.5操作步驟

（1）裝藥品。先往錐形管里加入一半的熱水和黃豆粒大小的一顆白磷，并放到大廣口瓶里，再往如圖4、5所示右邊的容器（燃燒匙、細口瓶或大試管）加人少量紅磷，往左邊的容器加入用紙吸干表面水分的黃豆粒大小的白磷，把盛有藥品的容器并列放到大集氣瓶（或廣口瓶）里，塞上雙孔橡膠塞。

（2）加熱水。從長頸漏斗口加人約80%的熱水，方案1熱水量加至接近燃燒匙底0.5cm或剛接觸底部，方案2熱水量加至容器的中部即可，并用鑷子夾取氫氧化鈉溶液潤濕的棉花（或海綿）塞住長頸漏斗口（如圖4、圖5所示），觀察對比左右燃燒匙（或細口瓶、大試管）里白磷和紅磷，及左邊燃燒匙（或細口瓶、大試管）里白磷與錐形管熱水里白磷的變化情況。約1分鐘左邊燃燒匙（或細口瓶、大試管）里白磷迅速燃燒，產生火焰，放出大量白煙，而紅磷和熱水里的白磷都沒有燃燒。

通過左右白磷、紅磷的對比實驗，說明“可燃物燃燒需要達到一定的溫度，不同的可燃物燃燒時需要的溫度不同，溫度達到可燃物的著火點才能燃燒”；通過對比燃燒匙上的白磷和熱水中的白磷實驗現象，說明“溫度達到著火點的同時，還必須與氧氣接觸才能燃燒。溫度雖然達到著火點不跟氧氣接觸也不能燃燒”。

（3）通氧氣。往錐形管里熱水中的白磷通人氧氣，白磷立刻燃燒，說明“可燃物溫度達到著火點同時與氧氣接觸才能燃燒”。錐形管中熱水里的白磷在氧氣流吹動下變成小液珠滾動，不斷沉降聚集管底與氧氣接觸，燃燒持續時間較長，又可重復操作，實驗效果很好。

4.燃燒條件實驗新設計的優點

（1）將教科書敞開實驗改為封閉實驗，防止了污染，消除了白磷燃燒會飛濺的安全隱患。

（2）將銅片上白磷、紅磷并列放置改為分列放置避免白磷會引燃紅磷的不足，用大管徑容器（細口瓶或大試管）能使白磷周圍提供足夠多的空氣，使白磷燃燒現象明顯而持久。

（3）將熱水中的白磷放置于離心管（錐形管）里以固定和聚集白磷，解決白磷液珠分散難以捕捉的問題，燃燒現象明顯，持續時間長，并可重復操作演示。

（4）實驗裝置一體化設計，組裝簡單，操作簡便，現象明顯，常用玻璃儀器，便于觀察，并能拿在手上在教室里來回移動演示展示，還可用于學生分組開展燃燒條件實驗的探究。endprint