“內(nèi)燃負(fù)壓”式密閉燃燒噴泉裝置

賈同全

摘要：針對(duì)現(xiàn)行各版本教材中，固體與氣體的反應(yīng)大多在敞口容器中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，造成煙氣揮發(fā)污染的問題，設(shè)計(jì)了“內(nèi)燃負(fù)壓”實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)固體在氣體中的燃燒，并利用負(fù)壓，產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象，操作簡單、環(huán)保，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：“內(nèi)燃負(fù)壓”裝置；固體在氣體中燃燒；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005-6629（2013）7-0047-02

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)教材中的許多固體在氣體中的燃燒實(shí)驗(yàn)，大多都是先將固體在酒精燈火焰上引燃或灼燒后再伸入到所需的氣體中，如銅、鐵在氯氣中燃燒就是先將銅絲、鐵絲在酒精燈火焰上引燃后，再迅速伸入到盛有氯氣的集氣瓶中進(jìn)行反應(yīng)。該操作步驟繁瑣，而且燃燒過程中會(huì)在空氣中產(chǎn)生大量煙塵，并會(huì)造成氯氣的泄露，也不容易觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。根據(jù)微量化學(xué)、綠色化學(xué)的理念，現(xiàn)以鐵絲在氯氣中燃燒進(jìn)行設(shè)計(jì)、改進(jìn)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

燃燒條件的轉(zhuǎn)變：物質(zhì)的燃燒需要具備兩個(gè)條件，一是可燃物與氣體接觸，二是達(dá)到物質(zhì)所需的著火點(diǎn)。根據(jù)這一條件可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的密閉式燃燒。

負(fù)壓條件的形成：固體在氣體中燃燒大多是熵減反應(yīng)（熵用來描述體系的混亂度，熵值越大，體系混亂度越大），會(huì)造成反應(yīng)前后氣體體積的減小。在密閉系統(tǒng)中，熵減燃燒反應(yīng)發(fā)生后，會(huì)使該體系的壓強(qiáng)減小，即會(huì)形成密閉體系的負(fù)壓。

噴泉觀察的便利：密閉體系的負(fù)壓形成后，在與外界連通后，會(huì)造成氣體、液體的大量進(jìn)入，依據(jù)該條件可設(shè)計(jì)成噴泉實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)以上條件，可設(shè)計(jì)“內(nèi)燃負(fù)壓”式密閉燃燒噴泉裝置。在充滿反應(yīng)氣體的密閉容器中，通過提供熱源達(dá)到固體物質(zhì)的著火點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)燃燒反應(yīng)。反應(yīng)后由于密閉容器內(nèi)壓強(qiáng)的減小形成負(fù)壓，可根據(jù)生成物的性質(zhì)設(shè)計(jì)成噴泉裝置。從而達(dá)到形成噴泉和產(chǎn)物檢驗(yàn)的一體化。

2 實(shí)驗(yàn)用品

125mL集氣瓶一個(gè)、玻璃導(dǎo)管、橡膠管、橡膠塞、學(xué)生穩(wěn)壓電源、發(fā)熱電阻絲16厘米、蒸餾水、200mL1mol·L^-1氫氧化鈉溶液、絕緣導(dǎo)熱膠帶、絕緣隔熱膠帶。

3 實(shí)驗(yàn)裝置及操作

3.1內(nèi)熱電阻絲發(fā)熱芯的制作

取一根1000瓦電熱電阻絲，截取16cm，將其進(jìn)行對(duì)折（不要用力以防折斷且對(duì)折后不要接觸），然后用絕緣導(dǎo)熱膠帶纏繞2到3圈，露出兩頭，以便與外接電源導(dǎo)線連接，即可制得5cm左右的內(nèi)熱電阻絲發(fā)熱芯。

3.2“內(nèi)燃負(fù)壓”裝置的改進(jìn)

在收集氯氣集氣瓶的膠塞中間打一孔，將制作好的發(fā)熱芯插入橡膠塞并固定好（與膠塞接觸處可纏1圈絕緣隔熱膠帶以防止膠塞受熱焦化），并在發(fā)熱芯上纏繞少許光亮無銹的鐵絲，以改造成“內(nèi)燃負(fù)壓”裝置（見圖1）。

3.3內(nèi)燃的發(fā)生

將收集滿氯氣的集氣瓶兩端的橡膠管用止水夾關(guān)閉，然后將發(fā)熱芯兩極用導(dǎo)線與16V學(xué)生穩(wěn)壓電源相連接，接通電源，大約10秒鐘就可看到集氣瓶中充滿紅棕色的煙。

3.4噴泉的形成

待發(fā)煙現(xiàn)象停止后，斷開外接電源。將集氣瓶冷卻后倒掛于鐵架臺(tái)鐵圈上，再將伸入集氣瓶中的長導(dǎo)管的另一端末端伸入盛有200mL 1mol·L^-1的氫氧化鈉溶液的燒杯中，打開止水夾，可看到集氣瓶中形成美麗的噴泉（見圖2）。

3.5產(chǎn)物的驗(yàn)證

將噴泉發(fā)生后的集氣瓶倒置于桌面上，待沉淀完全后，可清晰看到底部的紅褐色氫氧化鐵。

4 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

4.1燃燒實(shí)驗(yàn)、噴泉實(shí)驗(yàn)一體化

將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)資源的重組優(yōu)化，有利于學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

4.2產(chǎn)物驗(yàn)證、尾氣處理一體化

該實(shí)驗(yàn)中過量的氯氣被氫氧化鈉溶液吸收，同時(shí)生成的氯化鐵與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成紅褐色氫氧化鐵沉淀，一舉兩得。

4.3綠色環(huán)保

該反應(yīng)在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行，避免了反應(yīng)氣體和生成煙塵對(duì)人體的傷害。過量氣體被氫氧化鈉鈉溶液吸收，減少了污染性氣體的排放，體現(xiàn)了環(huán)保意識(shí)、綠色化學(xué)精神。

4.4裝置應(yīng)用廣泛

大多金屬絲在氣體中的燃燒都可以采用該裝置。