“水生火中”探秘

孫世祺

摘 要 俗話說“水火不相容”，但在冬天用火爐燒水時(shí)，盛有冷水的鍋（或水壺）剛開始放到火爐上的最初幾分鐘內(nèi)，在鍋底面和底附近的側(cè)面常常會(huì)有水珠產(chǎn)生，當(dāng)水珠積累到足夠大后，水珠就會(huì)向水壺底面移動(dòng)，積累到足夠大后落入火中，發(fā)出“轟”的聲音，這種現(xiàn)象一直持續(xù)幾分鐘時(shí)間，水壺的底面總是濕濕的，不斷有水珠產(chǎn)生。但再經(jīng)過一段時(shí)間后，水壺底面的水就會(huì)消失地不見蹤影，水壺的底面恢復(fù)干燥，一直到水被燒開壺底再也不會(huì)再有水珠出現(xiàn)了。在火苗中，怎么會(huì)有水存在呢？水又是怎樣產(chǎn)生的呢？

關(guān)鍵詞 “水生火中” 探秘實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1實(shí)驗(yàn)探究

1.1器材準(zhǔn)備

準(zhǔn)備探究活動(dòng)用工具和材料：

燒水水壺：用于燒水，便于觀察壺底產(chǎn)生的水珠。

干濕度計(jì)：用于測量實(shí)驗(yàn)時(shí)周圍環(huán)境的濕度，研究環(huán)境濕度對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響。

溫度計(jì)：測量水溫隨實(shí)驗(yàn)過程變化與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的關(guān)系。

水壺支架：用于拓展水壺與爐具之間的空間，利于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

計(jì)時(shí)器：秒表或手表，用于記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)間，研究實(shí)驗(yàn)時(shí)間與實(shí)驗(yàn)想象之間的關(guān)系。

導(dǎo)流桿：可以用鐵絲或銅絲握制，用于把壺底產(chǎn)生的水珠導(dǎo)流出來，進(jìn)一步驗(yàn)證所產(chǎn)生的液體確定為水。

量水器具：用于測量實(shí)驗(yàn)時(shí)所燒的水量，研究壺中水量與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的關(guān)系。

燒杯：用于盛放實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的液體，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其成分就是水。

無水硫酸銅：用于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的液體為水，無水硫酸銅為白色粉末，當(dāng)加入少量水后，粉末會(huì)變藍(lán)色，如果把無水硫酸銅為粉末加入水中，則形成藍(lán)色溶液。

1.2實(shí)踐階段

1.2.1確定探究活動(dòng)的操作過程

確定三種火源，分別是蜂窩煤爐、煤氣灶和石油液化氣灶，以三種火源為主線，研究不同的環(huán)境溫度、不同的環(huán)境濕度、不同的燒水量、不同初始水溫、不同火力等條件下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)開始時(shí)間之間存在的關(guān)系。

1.2.2蜂窩煤爐實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：由于蜂窩煤爐火力較弱，而且不好控制火力，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的比較艱難，實(shí)驗(yàn)共做了三次，其中，第一次試驗(yàn)中，明顯的觀察到了水生火中現(xiàn)象，該現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間為兩分鐘，隨后現(xiàn)象消失，一直到水被燒開，沒有再次觀察到水的出現(xiàn)。第二次、第三次實(shí)驗(yàn)爐火更弱，均沒有出現(xiàn)水生火中現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)分析：從環(huán)境因素看，環(huán)境濕度較低，一直保持在29%以下，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，由此分析，水生火中現(xiàn)象很可能與環(huán)境濕度有關(guān)；從火源來分析，煤球燃燒時(shí)的產(chǎn)物主要是CO、CO2和少量SO2，也沒有水蒸氣產(chǎn)生。

結(jié)論：該實(shí)驗(yàn)應(yīng)為火源的因素，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，不能就此判斷水生火中現(xiàn)象的成因。

1.2.3煤氣爐實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在環(huán)境溫度20℃，環(huán)境濕度63%的家庭廚房里，用煤氣爐作為火源，共做了三次實(shí)驗(yàn)，均在壺底出現(xiàn)了水珠，而且現(xiàn)象非常明顯。分別量取4000毫升冷水于壺中，第一次實(shí)驗(yàn)有水生成的時(shí)間持續(xù)了8分鐘，第二次實(shí)驗(yàn)有水生成的時(shí)間持續(xù)了2分鐘，第三次實(shí)驗(yàn)有水生成的時(shí)間持續(xù)了5分鐘。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的同時(shí)，室內(nèi)的環(huán)境濕度和環(huán)境溫度都在逐漸增加。

在第一次實(shí)驗(yàn)中，通過導(dǎo)流桿收集了少量液體，經(jīng)過用無水硫酸銅檢驗(yàn)，無水硫酸銅變成藍(lán)色，從而證明實(shí)驗(yàn)所生成液體的成分就是水，從而驗(yàn)證了水生火中現(xiàn)象的真實(shí)性。

實(shí)驗(yàn)分析：煤氣的主要成分是CO，但煤氣中含有水蒸氣，因此，在燃燒后的混合氣體中，主要是CO2和H2O，水蒸氣遇到冷的壺底后就會(huì)凝結(jié)成水珠，另外，由于環(huán)境濕度比較大，空氣中含有大量水蒸氣，當(dāng)煤氣爐燃燒時(shí)，帶動(dòng)火焰及附近的空氣流動(dòng)，熱空氣上升，遇到冷的壺底時(shí)，空氣中的水蒸氣冷凝成液態(tài)，附著在壺底上。經(jīng)過三次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水生火中現(xiàn)象的發(fā)生與環(huán)境溫度沒有直接關(guān)系。

結(jié)論：水生火中現(xiàn)象受環(huán)境濕度的影響很大。

1.2.4石油液化氣爐實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在環(huán)境溫度為13.8℃，環(huán)境濕度61%的家庭廚房里，用石油液化氣爐作為火源，共做了兩次實(shí)驗(yàn)，均在壺底出現(xiàn)了水珠，而且現(xiàn)象較用煤氣爐做實(shí)驗(yàn)時(shí)更加明顯。分別量取4000毫升冷水于壺中，第一次實(shí)驗(yàn)有水生成的時(shí)間持續(xù)了12分鐘，第二次實(shí)驗(yàn)有水生成的時(shí)間持續(xù)了18分鐘。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的同時(shí)，室內(nèi)的環(huán)境濕度和環(huán)境溫度均在明顯增加。

實(shí)驗(yàn)分析：石油液化氣的主要成分是乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等混合氣體，均為碳?xì)浠衔铮紵蟮闹饕a(chǎn)物是二氧化碳和大量的水蒸氣，水蒸氣遇到冷的壺底后就會(huì)凝結(jié)成水珠，因此，出現(xiàn)的水珠比用煤氣火焰和蜂窩煤火焰做實(shí)驗(yàn)時(shí)都要多。

結(jié)論：水生火中現(xiàn)象與燃料燃燒產(chǎn)生的生成物有直接關(guān)系，當(dāng)生成物中有水蒸氣時(shí)，該現(xiàn)象會(huì)更容易產(chǎn)生。

2探究結(jié)論

經(jīng)過研究探討，歸納整理出“水生火中”現(xiàn)象的科學(xué)原理是：水生火中現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因是水蒸氣的遇冷液化凝結(jié)；水蒸氣有三條主要來源：第一是空氣中含有的水蒸氣，第二是燃料燃燒時(shí)生成的水蒸氣，第三是燃料中含有的水蒸氣。

3活動(dòng)意義

通過這次科技實(shí)踐活動(dòng)，充分的調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)與生活實(shí)踐相結(jié)合的積極性，在活動(dòng)中學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中鍛煉，在動(dòng)手動(dòng)腦中提高。

加強(qiáng)了參與學(xué)習(xí)的能力以及自主探究與協(xié)作學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高了科學(xué)素養(yǎng)，讓創(chuàng)造性學(xué)習(xí)內(nèi)化為自身的思維習(xí)慣和行為方式，為將來高一層次的學(xué)習(xí)和適應(yīng)社會(huì)的需要打下良好的基礎(chǔ)。增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的自主意識(shí)，培養(yǎng)了合作學(xué)習(xí)和科學(xué)探究的意識(shí)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地解決具體實(shí)際問題的方法。

提升了自身的科學(xué)素養(yǎng)。通過“水生火中探秘”科技實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)習(xí)和體驗(yàn)科學(xué)探究的過程和方法，激發(fā)了創(chuàng)新精神，了解了科學(xué)思維方法，提高了科學(xué)實(shí)踐的能力。少了一分浮躁，多了一分思考；少了一點(diǎn)空談，了一點(diǎn)實(shí)踐；少了一點(diǎn)盲從，多了一點(diǎn)創(chuàng)新。

幫助逐步樹立科學(xué)的學(xué)習(xí)理念，突出自主、探究和合作的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的改變。通過整個(gè)活動(dòng)過程，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的自主意識(shí)，培養(yǎng)合作學(xué)習(xí)和科學(xué)探究的意識(shí)，學(xué)會(huì)了綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地解決具體實(shí)際問題的能力和方法。