“自動化煙花”科普實驗裝置的制作

萬香琴 楊宇 高和軍 廖運文

摘要：基于綠色化學與生活化學的理念，在實驗本質不變的前提下，從安全性、觀賞性和環保的角度出發，利用實驗室常見的儀器以及生活用品、廢品為中學化學鐵燃燒實驗、焰色反應制作“自動化煙花”科普實驗裝置。通過直觀明顯、震撼人心的現象，營造積極活躍的課堂氛圍，調動學生學習化學的積極性。

關鍵詞：鐵燃燒;科普教具;中學化學;焰色反應

文章編號：1008-0546（2022）04x-0092-02

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04x.026

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出重視開展“素養為本”的教學，倡導開展以化學實驗為主的多種探究活動，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養他們的創新精神和實踐能力[1]。燃燒實驗在中學化學實驗中占比很大。從探究蠟燭燃燒開始，繼續探究木碳、紅磷、鐵絲、鎂條等與氧氣的反應，再到金屬及其化合物的焰色反應。我們發現，有許多反應不能直接與空氣中的氧氣反應，課堂演示實驗需要提前制備氧氣，過程略顯復雜。因此筆者針對鐵燃燒反應和焰色反應制作“自動化煙花”科普實驗裝置。它是基于在課堂教學中發現的問題，充分利用生活中的常見物品，基于科學性、實用性、綠色化的原則，設計實驗和實踐活動，能清晰呈現實驗現象[2]。

二“、自動化煙花”科普實驗裝置的制作

1.實驗儀器和藥品

鐵架臺、分液漏斗、鐵三環、塑料管、礦泉水瓶、十字夾、小風扇、橡皮筋、易拉罐、蒸發皿、大燒杯、白色托盤、橡膠管、酒精、還原鐵粉。

2.裝置

“自動化煙花”實驗裝置見圖1。“自動化煙花”實驗效果見圖2。

3.裝置制作與實驗步驟

（1）塑料管的一端打一個孔，孔徑大小與分液漏斗尖端大小相符。

（2）礦泉水瓶蓋打洞，洞徑大小與塑料管口徑大小相符。再將礦泉水瓶從中部剪為兩部分。

（3）利用鐵三環、十字夾、橡皮筋分別將分液漏斗、塑料管、礦泉水瓶和小風扇固定在鐵架臺上。橡膠管一端與分液漏斗尖端連接，另一端插入塑料管孔。塑料管插入礦泉水瓶蓋的洞里。塑料管坡度在30°至45°之間，保證鐵粉能夠自由滑下。

（4）在貼近鐵架臺的位置放置一個白色托盤，托盤里放置一個大燒杯，距離鐵架臺15cm左右。將易拉罐倒扣在大燒杯中，上面放置一個盛有1/3體積酒精的蒸發皿。

（5）向分液漏斗中加入鐵粉。

（6）點燃蒸發皿中的酒精，打開小風扇，旋轉分液漏斗活塞，鐵粉從分液漏斗經塑料管自動滑進火焰。

4.幾點說明

（1）礦泉水瓶：聚風。

（2）橡皮筋：固定小風扇。

（3）橡膠管：軟管便于塑料管調整角度。

（4）大燒杯：使火焰聚集，燃燒劇烈，并減少黑色固體飛濺。

（5）易拉罐：調節蒸發皿的高度，確保鐵粉精準地滑進火焰。

（6）蒸發皿：盛酒精;廣口大，燃燒火焰旺。

（7）分液漏斗：控制反應的開始、結束以及反應速率。

（8）小風扇：使鐵粉分散開，燃燒更劇烈;改變火焰形狀，煙花更美麗。

5.裝置的優點

（1）綠色環保，貼近生活

該裝置中的礦泉水瓶、小風扇和易拉罐等，都取于生活中常見物品、廢品，緊貼綠色化學和生活化學的理念。

（2）自動化裝置，觀賞性強利用分液漏斗、礦泉水瓶、塑料管和小風扇簡單的組合，使鐵粉均勻自由下滑;利用實驗室常見的分液漏斗控制實驗的開始、結束和反應速率，使實驗實現自動化，現象持久且連續，極具觀賞性。這一優點很符合生活煙花點燃后自動燃放的特點。

（3）用途廣，科普性強組裝好裝置，將鐵粉、鈉鹽和鐵粉混合物、銅鹽和鐵粉混合物、鍶鹽和鐵粉混合物等按順序加入分液漏斗，點燃酒精，旋轉分液漏斗活塞，鐵粉和金屬鹽粉末滑向火焰。實驗過程中火星四射，火焰依次出現黃色、綠色、紅色等現象，像煙花綻放般燦爛絢麗。在中學化學教學階段可以開拓學生眼界，激發學生學習化學的興趣，是一個很好的興趣啟蒙教具和科普教具。

三、總結與反思

該裝置適用于教師演示實驗以及科普實驗。給學生講解鐵燃燒實驗的同時，普及焰色反應實驗，給學生貫徹學以致用的理念。

實驗裝置的制作和改進須基于實驗本質不變的原則和前提。這是一個循序漸進、充滿意外驚喜的過程，在不斷嘗試中可能會有不一樣的發現。最開始使用漏斗、橡膠管、長尾夾的組合來控制反應的開始、結束以及反應速率，使用過程中發現長尾夾開關不是很方便，忽而想到分液漏斗與其功能相似，經過嘗試后，發現可行。于是換為分液漏斗與橡膠管的組合，橡膠管的作用從而變為調節塑料管的角度。實驗裝置的制作和改進過程中，從目的出發，謹記基本理念，緊抓實驗本質，自然而然會有好的想法可以實現。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]田琪.一種可進行多項實驗革新的簡易實驗裝置[J].化學教與學，2021（09）：90-91，21.