石英玻璃燃燒匙的應用案例

朱玉忠 李德前 張羿

摘要： 用石英玻璃管制作燃燒匙，巧妙地將玻璃導管與玻璃匙融為一體。利用這種新型燃燒匙做木炭、硫磺、面粉等物質的燃燒實驗，可以產生更加明顯、持久、精彩的實驗現象。該實驗儀器提高了實驗效果，開闊了學生的視野，豐富了中學化學實驗的儀器裝備。

關鍵詞： 石英玻璃燃燒匙; 木炭燃燒; 硫燃燒; 面粉燃燒; 實驗改進

文章編號： 1005-6629（2019）8-0071-04 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

1 ?問題的提出

我國現行各版本《義務教育教科書·化學》中都編排了有關氧氣的幾個燃燒實驗，通常是把木炭、硫磺等物質在空氣中引燃后再放入充滿氧氣的集氣瓶中[1～2]，通過燃燒現象的比較，引導學生認識到“氧氣的化學性質比較活潑”。在上述實驗中，由于集氣瓶中氧氣的量有限，使燃燒時間較為短暫，燃燒現象不夠精彩。

另外，現行上海教育出版社、人民教育出版社等出版的《義務教育教科書·化學》中安排了“面粉爆炸”實驗[3～4]，借此說明“可燃性粉塵在一定條件下容易發生爆炸”。但是，教科書上沒有編排“面粉燃燒”實驗，而學生在日常生活中也很難見到面粉燃燒現象，因而不少學生對“面粉爆炸”實驗的原理（在有限空間里急速燃燒）難以理解。

我們在實驗教學中采用“缺點列舉法”和“組合法”等創新技法[5]，巧妙利用石英玻璃管設計了一款新型的玻璃燃燒匙，通過燃燒匙的柄通入氧氣，促進玻璃匙中的可燃物劇烈燃燒，從而很好地解決了教科書中上述實驗設計及教材編排中的不足。

2 ?儀器的制作

石英玻璃燃燒匙是用外徑約9mm的石英玻璃管加工而成的，它的柄是玻璃導管，該導管與燃燒匙的玻璃匙直接相通（見圖1）。

鑒于石英玻璃材質具有熔點高、硬度大、耐高溫與低溫、能承受溫度的驟然升降等特點，因此該燃燒匙采用了吹制與打磨相結合的方法。

取一根外直徑約9mm、長30cm的石英玻璃管，一端用高溫火焰加熱，使管口封閉并至紅軟狀，離開火焰后迅速在另一端吹氣，使加熱端鼓起一個直徑約1.5～2cm的玻璃球。冷卻后，把導管與玻璃球相連部分加熱至紅熱狀態，用鑷子將其彎曲呈90°左右，冷卻。然后固定并用微型打磨機將玻璃球頂部磨去約1/3的球冠，形成凹匙狀，最后進行高溫熔光即可。

3 ?儀器的應用

我們利用石英玻璃燃燒匙進行下述實驗，取得了顯著的實驗效果。

3.1 ?實驗用品

主要有石英玻璃燃燒匙，氧氣罐（或氧氣發生裝置），250mL集氣瓶（含配套的橡皮塞），酒精燈，鑷子，藥匙，火柴，脫脂棉等;木炭，硫粉（或硫磺顆粒），面粉，澄清石灰水，燒堿溶液等

3.2 ?木炭燃燒實驗

（1） 將石英玻璃燃燒匙的柄與供氧裝置的導管連接好，待用。

（2） 用鑷子夾取一小塊木炭放入燃燒匙的玻璃匙中，利用酒精燈外焰將其加熱至紅熱狀態（隨后移走酒精燈），觀察到木炭在空氣中燃燒沒有火焰，發出紅光。

（3） 打開氧氣罐上的旋塞，緩慢通入氧氣，立即觀察到木炭劇烈燃燒，發出耀眼的白光，放出大量的熱。再關閉氧氣罐上的旋塞（停止通入氧氣），木炭又恢復至紅熱狀態;再次打開氧氣罐上的旋塞（繼續通入氧氣），木炭又劇烈燃燒而發出白光。如此反復2～3次[6]，實驗現象令學生興奮不已。

（4） 待木炭還剩很少一點時，將燃燒匙伸入盛有澄清石灰水的集氣瓶中（見圖2），至木炭完全燃燒后停止通入氧氣。

（5） 取出燃燒匙，輕輕振蕩集氣瓶內的澄清石灰水，立即觀察到石灰水變渾濁，證明木炭燃燒生成二氧化碳氣體（有關的化學方程式是C+O2點燃CO2）。

（6） 實驗結束，師生整理實驗藥品，并布置學生完成有關的實驗報告。

3.3 ?硫燃燒實驗

（1） 取一個跟250mL集氣瓶的口徑相配套的單孔橡皮塞，在橡皮塞的中部打一個粗孔（使其與石英玻璃燃燒匙的柄配套），在橡皮塞的邊緣處打一個細孔（用于透氣）;然后按圖3連接好，備用。

（2） 用藥匙小端取少量的硫粉（或用鑷子夾取一小塊硫磺顆粒）放入燃燒匙的玻璃匙中，利用酒精燈的外焰加熱硫粉至熔化、燃燒（隨后移

開酒精燈），觀察到硫在空氣中燃燒發出微弱的淡藍色火焰，產生刺激性氣味的氣體。上述實驗現象初步說明，硫燃燒生成二氧化硫氣體（有關的化學方程式是S+O2點燃SO2）。

（3） 立即將燃燒匙伸入盛有適量燒堿溶液的集氣瓶中，同時塞緊橡皮塞，并將一團浸有燒堿溶液的脫脂棉蓋住透氣孔（見圖4）;再迅速打開氧氣罐上的旋塞，緩緩通入氧氣，觀察到硫磺劇烈燃燒起來，發出明亮的漂亮的藍紫色火焰。

（4） 待硫粉燃燒完畢，關閉氧氣罐上的旋塞，停止通入氧氣。然后輕輕振蕩集氣瓶內的燒堿溶液，以充分吸收硫燃燒產生的二氧化硫氣體，從而最大限度地減輕二氧化硫對大氣的污染。

（5） 實驗結束，師生整理實驗藥品，并布置學生完成有關的實驗報告。

3.4 ?面粉燃燒實驗

（1） 將石英玻璃燃燒匙的柄與供氧裝置的導管連接好，待用。

（2） 用藥匙取適量干燥的面粉放入燃燒匙的玻璃匙中，利用酒精燈外焰將面粉加熱至焦黃狀（隨后移走酒精燈）;然后緩慢通入氧氣，觀察到面粉立即燃燒起來，一開始產生黃色火焰，隨著氧氣流量的加大，面粉劇烈燃燒并產生白色火焰（發出白光）。如果控制氧氣流量的大小，面粉燃燒的火焰就會出現“紅色→白色”的起伏變化。

（3） 待面粉還剩少許時，將燃燒匙伸入干冷的集氣瓶中（見圖5），觀察到面粉繼續燃燒，集氣瓶內壁出現明顯的水霧。

（4） 待面粉完全燃燒后，停止通入氧氣，拿出燃燒匙。稍后，向集氣瓶里傾倒少量澄清的石灰水，輕輕振蕩，石灰水立即變渾濁。上述實驗現象說明，面粉可以燃燒，燃燒的產物有水和二氧化碳氣體（進而說明面粉中含有碳元素、氫元素）。

（5） 實驗結束，師生整理實驗藥品，并布置學生完成有關的實驗報告。

4 ?注意事項

（1） 在木炭燃燒實驗中，木炭需提前處理一下，使其剛好能放入燃燒匙里;木炭不能太小，否則很快燒完。另外，木炭燃燒對環境沒有不良影響，為便于學生欣賞精彩的實驗現象，待木炭還剩很少時才移入盛有石灰水的集氣瓶里繼續燃燒（用于檢驗燃燒產物）。

（2） 在硫的燃燒實驗中，難免會有少量二氧化硫氣體散逸到空氣中，此時注意引導學生用正確的方法聞一下二氧化硫氣體的氣味，從而在感官上增強學生對二氧化硫是大氣污染物的認識。

（3） 在面粉燃燒實驗中，盡量選用干燥的淀粉或低蛋白的面粉，以減少氮、硫元素及水蒸氣的污染與干擾。另外，面粉在集氣瓶內的燃燒時間不宜過長，以免集氣瓶內壁過熱，不利于水蒸氣液化;在倒入石灰水檢驗二氧化碳時，應在集氣瓶恢復至室溫后進行。

（4） 在實驗過程中，通入氧氣要由慢到快，這樣實驗現象的變化更具層次感。當然，氧氣的通入也不能過快，防止氧氣流將可燃物吹出玻璃匙。

5 ?儀器的優點

（1） 該實驗儀器巧妙地將玻璃導管與玻璃匙融為一體，解決了由于氧氣不足造成的實驗現象不明顯、實驗難以持續的問題，并能真實地呈現木炭、硫磺等物質燃燒的標準實驗現象。

（2） 石英玻璃燃燒匙小巧透明，用其在開放的空間里進行燃燒實驗，更方便學生觀察實驗現象，而且實驗現象持久、有趣，對學生具有震撼作用，能很好地激發學生學習化學的興趣。

（3） 該儀器的玻璃匙為切割掉1/3球冠剩下的球體，可燃物放在里面不會掉落，也不會被輕易吹出。利用該儀器進行實驗所需的藥品少，且能夠完全燃盡，既延長了燃燒時間又節約了藥品。

（4） 該儀器構造簡單，設計巧妙，易于操作，便于控制，而且可以隨時重復，讓精彩再現。儀器的材質是石英玻璃，能夠承受住溫度的驟然升降。因此，石英玻璃燃燒匙具有良好的實用性和推廣性。

6 ?兩點說明

（1） 鈉、鎂等活潑金屬在氯氣或二氧化碳氣體中的燃燒，也可以借助石英玻璃燃燒匙進行。

（2） 如果沒有石英玻璃燃燒匙，可以在普通燃燒匙的鐵柄內側（銅匙上方），捆扎一根外徑9mm左右的金屬管或玻璃管，并使導管末端適度彎曲伸進燃燒匙的銅匙里（見圖6-A）。還可以將玻璃管更換為細銅管，從而做成一個全銅質的燃燒匙（見圖6-B）。

參考文獻：

[1][3]課程教材研究所化學課程教材研究開發中心. 義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級上冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2015： 34， 128.

[2][4]中學化學國家課程標準研制組. 義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級上冊）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2017： 31， 95.