基于氧化還原理論的自制煙花的研究

汪瀅瀅 葛宇超

摘要：通過自制煙花，進行學生小課題的研究，引導學生基于氧化還原的本質，以黑火藥的配制為基礎一步一步改進實驗試劑，最終期望得到效果較佳的自制煙花。在這個過程中，讓學生真正走進化學實驗，體驗學習的過程，感知化學的魅力，促進學生科學素養的提升。

關鍵詞：氧化還原;黑火藥;煙花

文章編號：1008-0546（2019）03-0089-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.029

《普通高中化學課程標準（2017年版）》倡導教師要重視培養學生的學科核心素養，教師不僅應關注學生知識與技能方面的獲得，更重要的是需要創設一個真實的、合適的、有價值的實際問題，在此基礎上讓學生體驗學習的過程，并進一步使學生的社會責任感、價值觀得到全面提升，側重學生的長遠發展。高中化學核心素養力求讓高中生具有宏觀觀察與微觀探索、科學精神與社會責任等能力，將已有知識轉化為能夠解決學習、生活中相關問題的能力。所以作為教師，我們必須立足教材，并充分整合學科內容，通過一定方式，培養學生獨立思考、合作探究的能力。

氧化還原的知識是滬教版化學高一教材上冊第二章的內容，這一內容是認識物質性質、分析化學變化的重要視角，它從電子層面揭示了化學反應的本質，在生活生產中有著十分重要的作用。在教學中，教師不僅應幫助學生建立有關氧化還原反應的知識體系，還要進一步讓學生感受氧化還原在生活生產上的重要應用，提升對化學知識應用價值的認識，形成對立統一的哲學觀念。故在講解好該內容后，教師可帶領學生走出課堂，在課外開展與其相關的研究性學習，讓學生自己動手做實驗，進一步感知氧化還原的魅力。

一、原始實驗

黑火藥的成分配比從古至今變化不大，研究小組成員在第一次制作黑火藥實驗時，按照該反應方程式中各試劑的物質的量之比進行實驗，S、KNO3和C的質量比大致為2：15：3。將各物質按比例稱量好后混合均勻，取適量在空曠場地點燃即可。

在首次實驗中，由于黑火藥燃燒時有K2S產生，往往會釋放出很多濃黑煙，影響整體實驗效果的美感。同時木炭品種不同，效果相差較大，只有極細的粉末在混合后效果較佳。

二、改進實驗

那如何才能減少K2s的生成，改善燃燒時的濃煙，同時減小木炭對實驗效果的影響呢？在這樣的問題驅動下，小組成員開始進一步查閱資料，進行改進煙花原料配比的研究。同學們發現KMnO4作為一種強氧化劑也可以代替反應中的KNO3，KMnO4在燃燒時同樣可以放出O2，提供其他還原劑燃燒所需的O2。他們進一步發現用蔗糖代替木炭進行燃燒效果也較佳，這樣可減少木炭種類、純度、顆粒大小對整體實驗的影響。KMn04用量的選擇上以能夠讓蔗糖完全燃燒所需O2的量為準。通過計算，KMnO4與蔗糖的質量比大致為11：1。將KMnO4與蔗糖按比例混合均勻后加入塑料吸管中，點燃混合物上端即可。

第二次改進實驗過程中的燃燒現象與之前大致相似，但試劑的用量已減少，大大降低了實驗成本，但燃燒時的現象與煙花還有一些差距，例如沒有耀眼光亮、沒有特殊顏色等。同學們回顧初中的知識后想到鎂條燃燒時可發出耀眼白光，在接下來的改進實驗中進一步加入適量鎂粉后點燃，觀察現象。發現燃燒時光亮已非常明顯。

在這幾次實驗中，研究小組成員都是直接接觸混合物進行點燃，燃燒后需迅速移開雙手，否則會造成較大傷害。基于這一問題，參考爆竹引線的結構，研究小組成員也自制了浸有KCIO3溶液的脫脂棉，揉成長條形，插入混合物中。在實驗時，只需點燃脫脂棉即可，也給同學留出了充足的遠離時間。

最后同學們通過實驗得出結論，KCIO3與蔗糖的質量比大致為3：1，并與適量鎂粉混合，用浸有KCIO3溶液的脫脂棉做引線，可得到效果較好的煙花實驗。

三、拓展實驗

在進行該小課題研究時，筆者對研究小組的同學提出進一步要求，希望他們在此煙花的基礎上增加豐富的顏色。小組成員利用焰色反應原理圓滿完成了該任務，在已有實驗試劑基礎上加入不同的金屬化合物，可呈現出特征的顏色效果。

四、學生感想

須同學：這次研究性學習讓我認識到，在做實驗前，一定要將書本上最基礎的內容掌握，這是做化學實驗的根本，否則連實驗原理都不清楚的話，就更沒辦法理解不同物質配比產生的現象了。

賈同學：通過這次自制煙花的實驗，使我學到了不少實用的知識，也通過查閱資料和親自做實驗了解到了火藥、焰火的原理，同時在煙花燃放過程中會產生大量氣體，有時也會產生污染空氣的氣體和粉塵，所以我們還是要盡量減少煙花爆竹的燃放。

胡同學：在本次改進實驗和拓展實驗中，我學到了很多書本上沒有的知識，提升了我的動手能力，也培養了我與同學們共同完成任務的團隊合作能力，尤其是寫實驗報告時，一定要實事求是地進行數據處理和描述現象。

江同學：通過這次的研究性學習，我不僅對關于氧化還原的理論知識有了更深入的了解，對實驗過程中的實際操作也掌握了許多。希望今后老師們可以開展更多的類似這樣有趣、有意義的實驗，可以讓我們得到更多更好的鍛煉。

五、補充說明

1.在該反應中，KcIO2的含量要足量或稍過量，才能使得燃燒反應完全而釋放出高熱量。

2.KCIO3屬強氧化劑，受撞擊即猛烈爆炸，故取用和混合試劑時須小心，不可用力研磨和混合。

3.在將實驗藥品加入塑料吸管時，應盡量壓實藥品。

4.該實驗較危險，學生實驗時務必注意安全，亦須通風。