潘國(guó)榮 陳正美
摘要:為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性,提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果,對(duì)木炭在空氣和氧氣中的燃燒實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。新實(shí)驗(yàn)在封閉條件下進(jìn)行,木炭燃燒非常劇烈,發(fā)出強(qiáng)烈的白光;瓶?jī)?nèi)澄清石灰水變渾濁,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯。新實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單方便、安全可靠、成功率高,師生均可操作,城市和鄉(xiāng)村學(xué)校都可推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:木炭;燃燒實(shí)驗(yàn);封閉化;創(chuàng)新設(shè)計(jì)
文章編號(hào):1005–6629(2016)8–0057–03 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
木炭在空氣和氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)行全國(guó)初中各種版本化學(xué)教科書用以說(shuō)明氧氣化學(xué)性質(zhì)的重要實(shí)驗(yàn)。按照教科書的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法,有些操作不太簡(jiǎn)易,需要的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng);有的實(shí)驗(yàn)物品被遮擋了一部分,不太方便觀察現(xiàn)象;敞開瓶口進(jìn)行實(shí)驗(yàn)效果不太理想,現(xiàn)象的對(duì)比性也不是很強(qiáng)。一些改進(jìn)實(shí)驗(yàn)雖然使現(xiàn)象明顯了,但是操作比較復(fù)雜,對(duì)提高課堂教學(xué)效果幫助不大。為此我們進(jìn)行了改進(jìn),無(wú)論是用于教師的演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng),都非常適用。
1 教科書的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.1 木炭放在燃燒匙里加熱和燃燒
把一小塊木炭放在燃燒匙里,伸進(jìn)盛有氧氣的集氣瓶里,觀察木炭是否燃燒。再把木炭加熱到發(fā)紅,觀察它在空氣里的燃燒情況。然后將木炭和燃燒匙一起伸進(jìn)盛有氧氣的集氣瓶里,觀察木炭燃燒時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象[1]。
1.2 用坩堝鉗夾木炭加熱和燃燒
用坩堝鉗夾取一小塊木炭,在酒精燈火焰上加熱,觀察木炭在空氣里燃燒時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象。然后將燃著的木炭伸進(jìn)充滿氧氣的集氣瓶里,再觀察木炭在氧氣里燃燒時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象[2]。
1.3 用坩堝鉗或鑷子夾木炭點(diǎn)燃放在燃燒匙中燃燒
用坩堝鉗夾住木炭,在空氣中點(diǎn)燃后,再將點(diǎn)燃的木炭放入燃燒匙,由上而下緩慢伸入集滿氧氣的集氣瓶中[3]。
2 教科書實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足
教科書實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足主要是:
(1)木炭放在燃燒匙里點(diǎn)燃,需要的時(shí)間較長(zhǎng)。
(2)木炭放在燃燒匙里燃燒,作為演示實(shí)驗(yàn),如果木炭小了,燃燒匙擋住了一部分木炭,影響了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。
(3)木炭放在燃燒匙里燃燒,由于燃燒匙的吸熱與傳熱以及由于接觸使燃燒面積減少,木炭燃燒的劇烈程度受到影響。
(4)用坩堝鉗夾木炭點(diǎn)燃是快了,但是從教科書的圖示來(lái)看,都是夾在木炭的中間而不是一端,同樣由于坩堝鉗的吸熱與傳熱以及燃燒面積的減少,使木炭在氧氣中的燃燒劇烈程度受到影響。
(5)用坩堝鉗夾木炭在氧氣里燃燒,作為演示實(shí)驗(yàn),用250mL集氣瓶進(jìn)行操作,由于瓶口敞開大,氧氣很快逸散了,效果不好。而學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的是125mL集氣瓶,瓶口小,很難操作,效果更差。
(6)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中木炭在氧氣中燃燒時(shí),基本上是在敞口的情況下進(jìn)行的,區(qū)別只是敞開的口子大小不同而已??谧映ㄩ_了,氧氣就很容易逸散而減少,燃燒劇烈程度的降低是不可避免的。
3 已發(fā)表的部分實(shí)驗(yàn)改進(jìn)述評(píng)
楊慶老師[4]利用錐形瓶、分液漏斗、橡皮塞、玻璃管、空調(diào)塑料軟管、注射液瓶、硅膠干燥劑、玻璃棉、二氧化錳、過(guò)氧化氫溶液等儀器裝置和藥品進(jìn)行氧氣制取與木炭在氧氣里燃燒的實(shí)驗(yàn)。木炭在空氣和氧氣里燃燒的實(shí)驗(yàn)僅是幾個(gè)氧氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)之一。其改進(jìn)讓小木炭塊封閉在粗玻璃管內(nèi)進(jìn)行燃燒,有二氧化碳的檢驗(yàn)、產(chǎn)生的效果準(zhǔn)確明顯等優(yōu)點(diǎn),但存在的不足是課前實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和課堂實(shí)驗(yàn)操作都比較復(fù)雜,隔著玻璃給木炭點(diǎn)燃也需要較長(zhǎng)時(shí)間。
高潤(rùn)華老師[5]采用氧氣制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一體化裝置實(shí)驗(yàn),去底集氣瓶倒過(guò)來(lái)用帶玻璃彎管(供通氧氣)和直導(dǎo)管(供排石灰水)的橡皮塞塞住后里面放石灰水代替集氣瓶做反應(yīng)容器。把帶尖的鐵絲彎個(gè)鉤,把木炭插在尖端固定好,點(diǎn)燃后插入瓶中。該改進(jìn)的演示效果比教科書好。不足的是,鐵絲尖端不容易插入木炭中固定好,需要的木炭塊比較大,點(diǎn)燃木炭塊容易掉落,操作不容易成功。
韋會(huì)紅老師[6]用氣球裝氧氣,在鐵架臺(tái)固定的球型干燥管的球型部裝木炭做燃燒實(shí)驗(yàn),尾氣通入燒杯中的石灰水里。此改進(jìn)雖然排除了一些干擾,說(shuō)明了燃燒的現(xiàn)象、產(chǎn)物以及燃燒的條件,具有一定特色。但是,氣球裝氧氣排放不好控制,隔著玻璃給木炭點(diǎn)燃,需要時(shí)間也比較長(zhǎng)。
陳現(xiàn)福、畢青老師[7]采用氧氣制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一體化裝置實(shí)驗(yàn),用250mL吸濾瓶注入200mL石灰水作為反應(yīng)容器,氧氣通過(guò)吸嘴進(jìn)入瓶?jī)?nèi)。其余的實(shí)驗(yàn)方法均按照教科書方法進(jìn)行。此改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是課前不需要制備氧氣,利用空間比較小的吸濾瓶上部作為反應(yīng)容器,可以減少藥品用量等。但存在的問(wèn)題是,采用固體加熱制取氧氣,不容易控制反應(yīng)速度,課堂操作不方便,很容易造成重新裝藥品制取氧氣的麻煩。
許紀(jì)芬老師[8]采用氧氣制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一體化裝置實(shí)驗(yàn),過(guò)氧化氫溶液制取的氧氣通過(guò)干燥管中的無(wú)水氯化鈣干燥后再通入作為反應(yīng)容器的硬質(zhì)玻璃管中。其優(yōu)點(diǎn)是消除了一些干擾因素,實(shí)驗(yàn)效果明顯了;木炭先在空氣中燃燒,再在氧氣中燃燒,有對(duì)比性;實(shí)驗(yàn)封閉化,有二氧化碳的檢驗(yàn)。存在的不足是,裝置比較復(fù)雜,操作非常麻煩;需要攜帶兩個(gè)比較笨重的鐵架臺(tái),不方便。
4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思路
木炭燃燒時(shí),燃燒部位不與其他物品接觸;木炭燃燒產(chǎn)生的現(xiàn)象不要被其他物品遮擋;在氧氣中燃燒時(shí),使其封閉化,防止氧氣逸散,影響燃燒效果;要有生成物的檢驗(yàn),效果明顯。
5 新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)
5.1 實(shí)驗(yàn)裝置制作
選擇一個(gè)適當(dāng)大小能夠塞住125~250mL規(guī)格集氣瓶口的橡皮塞,取一塊大約2~2.5cm的長(zhǎng)條形干燥木炭,用鐵絲或者銅絲把一端系緊,鐵(或銅)絲的另一端插入橡皮塞中,固定在橡皮塞上,將橡皮塞塞入集氣瓶口時(shí),木炭塊下端位于集氣瓶?jī)?nèi)石灰水的液面上方,如圖1、圖4所示。
5.2 實(shí)驗(yàn)操作方法
取125~250mL集氣瓶,放入10~15mL石灰水,采用向上排空氣法收集氧氣,密封待用。將橡皮塞上鐵(或銅)絲系住的木炭的另一端在酒精燈火焰上點(diǎn)燃,觀察木炭在空氣中的燃燒情況,如圖2所示。
把上述已經(jīng)在空氣中燃燒的木炭塊迅速插入盛有石灰水和氧氣的集氣瓶中,并塞住橡皮塞(不要塞得太緊),觀察木炭在氧氣中燃燒的現(xiàn)象,如圖3所示。
5.3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的效果
可以看到:點(diǎn)燃被系住木炭的一端在空氣中燃燒,發(fā)出紅光,如圖2所示。木炭封閉在氧氣里燃燒,發(fā)出耀眼的白光,如圖3所示,有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生火星四射的現(xiàn)象,燃燒的時(shí)間比較長(zhǎng);燃燒停止后,集氣瓶?jī)?nèi)的澄清石灰水變渾濁了,如圖4所示。封閉燃燒的方法同樣可以用于鐵絲在氧氣中燃燒。
6 新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)
(1)實(shí)驗(yàn)用品是常規(guī)的,實(shí)驗(yàn)裝置制作簡(jiǎn)便,學(xué)生都能獨(dú)立制作。
(2)實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)約方便,安全性強(qiáng),學(xué)生都能順利完成操作。
(3)木炭燃燒充分,不受到干擾,成功率高,現(xiàn)象完整、明顯、對(duì)比性強(qiáng)、效果好。
(4)課堂演示時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沒(méi)有被遮擋,使木炭燃燒產(chǎn)生的現(xiàn)象能夠讓學(xué)生全面而準(zhǔn)確地觀察。
(5)實(shí)驗(yàn)氧氣逸散少,使木炭燃燒劇烈而時(shí)間又長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展現(xiàn)比較充分、準(zhǔn)確。
(6)由于事前有澄清石灰水吸收二氧化碳,在封閉情況下,也不會(huì)造成氣體受熱膨脹而讓橡皮塞沖出的問(wèn)題出現(xiàn),使實(shí)驗(yàn)既環(huán)保又安全。
(7)新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),不僅適用于教師的演示實(shí)驗(yàn),同樣適用于學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。
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