“燃燒的條件”實驗再改進

姜跟華

摘要： 針對“燃燒的條件”實驗存在的不足，通過分析文獻和探索實踐，提出新的改進方案。新方案遵循教材原型實驗教學意圖，利用燃燒匙、集氣瓶、導管、氣球、橡膠塞等物品，進行改進設計。改進后的實驗具有裝置簡約、操作簡便、效果顯著等優(yōu)點，同時結(jié)合實際對實驗進行拓展探究，提出了比表面積、閃點等對物質(zhì)燃燒有影響的因素，以幫助學生提升對燃燒知識的認識。

關鍵詞： 燃燒條件； 實驗改進； 實驗拓展探究； 影響燃燒因素

文章編號： 1005-6629（2023）09-0081-03???中圖分類號： G633.8???文獻標識碼： B

1? 問題提出

“燃燒的條件”是初中化學一個經(jīng)典的、非常重要的探究實驗。人教版初中《化學》上冊128頁實驗7-1（如圖1所示）如是描述：“在500mL燒杯中加入300mL熱水，并放入用硬紙圈圈住的一小塊白磷。在燒杯上蓋一片薄銅片，銅片上一端放一小堆干燥的紅磷，另一端放一小塊已用濾紙吸去表面水分的白磷，觀察現(xiàn)象；用導管對準上述燒杯中的白磷，通入少量氧氣，觀察現(xiàn)象?！痹搶嶒瀸椭鷮W生學習對比分析方法、領悟控制變量思想、轉(zhuǎn)變已有認識等具有非常重要的意義。然而筆者在實際教學時卻發(fā)現(xiàn)了一些問題：（1）白磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，釋放到環(huán)境中，會造成污染；（2）通入氧氣后水中白磷容易四處“游蕩”，操作難???以控制且現(xiàn)象會曇花一現(xiàn)；（3）適合教師演示實驗，但不適用于學生的課堂探究活動。為此筆者決定對該實驗進行改進，使之能更好地服務于教學。

查閱相關文獻［1～5］，很多一線教師對“燃燒的條件”實驗進行了創(chuàng)新設計與改進，在環(huán)保性、對比性和趣味性等方面取得了較好的效果，令人欣喜。但筆者依然發(fā)現(xiàn)有的改進實驗存在操作繁瑣，不夠簡約，影響觀察；有的改進實驗結(jié)論存在爭議（如紙張與木炭對比實驗），影響其推廣使用;還有的改進實驗違背原教材意圖，沒有很好地發(fā)揮原型實驗的教學功能等。筆者認為本實驗改進的主要關鍵點應是裝置密封避免污染、白磷聚集避免“游蕩”等。為此筆者吸取上述改進實驗的優(yōu)缺點，不斷實踐與總結(jié)，最終形成了如下的改進方案。

2? 實驗部分

2.1? 實驗用品

500mL集氣瓶（或廣口瓶）、橡膠塞、玻璃管、氣球、燃燒匙、鋼釘、小鐵錘、紅磷、白磷、約80℃的熱水（溶有適量氫氧化鈉）等

2.2? 實驗操作

（1） 取一支燃燒匙，用小鐵錘敲擊銅質(zhì)小勺外側(cè)底部，使之形成一個向內(nèi)略凸的小平臺，然后使用鋼釘和小鐵錘在平臺四周打若干小孔（如圖2所示），備用。

（2） 將打孔燃燒匙和未打孔燃燒匙插入帶有玻璃管（玻璃管上套氣球）的橡膠塞上。在打孔燃燒匙長柄鐵絲上涂抹少量凡士林，并將鐵絲末端做成彎曲狀。

（3） 將橡膠塞塞緊集氣瓶，調(diào)節(jié)兩個燃燒匙高度并使打孔燃燒匙處于下方（如圖3所示）。

（4） 取下橡膠塞，向集氣瓶中加入80℃左右的熱水（溶有適量氫氧化鈉）至標記處。在上方燃燒匙中加入少量紅磷，將白磷放在打孔燃燒匙的平臺上，并伸入集氣瓶熱水中，塞緊橡膠塞，觀察到瓶中紅磷、白磷都沒有燃燒。

（5） 將打孔燃燒匙輕輕向上提起，白磷露出水面，觀察到白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙。通過白磷前后現(xiàn)象對比可得出燃燒需要空氣（或氧氣），通過水面上的白磷與紅磷現(xiàn)象對比可得出燃燒需要溫度達到可燃物的著火點。

（6） 實驗結(jié)束后整理、清洗實驗用品。

2.3? 幾點說明

（1） 在燃燒匙上打孔和敲一個小平臺，目的是盡可能減少燃燒匙內(nèi)水的量，使白磷與空氣充分接觸，促使其能順利燃燒。在燃燒匙長柄鐵絲上涂抹凡士林和末端彎曲，目的是方便將燃燒匙提起或放下。

（2） 500mL集氣瓶可以提供較多的空氣（相對于250mL），從而使白磷燃燒更持久、現(xiàn)象更明顯，學生觀察更清晰。

（3） 橡膠塞上連接玻璃管與氣球，其不僅可以緩沖瓶內(nèi)氣壓，防止瓶塞被頂出，而且還可以形成密封裝置，防止白煙釋放到空氣中。

（4） 在熱水中溶解適量氫氧化鈉，其目的是更快、更充分地吸收白煙，有關反應的化學方程式為：

P2O5+6NaOH2Na3PO4+3H2O；

如果還有少量白磷殘留，可以借助硫酸銅溶液或酸性高錳酸鉀進行處理［6］，有關反應的化學方程式為：

11P+5CuSO4+24H2O5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4

2P+3H2SO4+2KMnO4K2SO4+2H3PO4+2MnSO4

2.4? 實驗改進的優(yōu)點

（1） 裝置簡約，操作方便。使用實驗室常見的儀器，搭建簡單的實驗裝置，進行便捷的實驗操作，取得非常好的實驗效果，同時繼承了原教材實驗設計簡單、裝置簡約、容易觀察等優(yōu)點。

（2） 效果顯著，服務教學。經(jīng)過改進，實驗效果非常顯著，不僅解決了原教材實驗不環(huán)保、不可控、不嚴謹、不通用等問題，而且還具有安全可靠、現(xiàn)象明顯、節(jié)約時間、一次制作長期使用等優(yōu)點，能很好地服務于教學。

3? 拓展探究

實驗的成功改進給了我們一定的驚喜與啟示，查閱高中與大學的化學教材，發(fā)現(xiàn)均無專門介紹燃燒學的知識內(nèi)容，也就是說初中關于燃燒學的內(nèi)容，既是開始也是“結(jié)束”。因此有必要呼吁應對該實驗加強研究，以此引領學生進行深度學習。筆者提出：若燃燒的三個條件都滿足了，燃燒一定就能發(fā)生嗎？如果不能，還與哪些因素有關呢？基于此，我們設計了如下的拓展實驗。

3.1? “仙女散花”實驗

實驗操作：灼燒粗鐵絲，發(fā)現(xiàn)鐵絲沒有燃燒。取少量鐵絲絨，平鋪開，用坩堝鉗夾住，放在酒精燈火焰上，發(fā)現(xiàn)鐵絲絨發(fā)生劇烈燃燒，火星四射，像“仙女散花”一般（如圖4所示）。

實驗結(jié)論：像粗鐵絲這種“表面燃燒”的物質(zhì)，除了要滿足基本條件外，還需要有合適的“比表面積”［7］。

3.2? “一閃即滅”實驗

實驗操作：分別用燃著的木條去加熱固態(tài)和液態(tài)石蠟，發(fā)現(xiàn)都沒有被點燃。用酒精燈加熱石蠟，使產(chǎn)生石蠟蒸氣，發(fā)現(xiàn)石蠟蒸氣能燃燒，但開始時會“一閃即滅”，此時引起閃燃時液體的最低溫度稱為閃點［8］。持續(xù)加熱石蠟，再點石蠟蒸氣，發(fā)現(xiàn)石蠟蒸氣能持續(xù)燃燒，此時引發(fā)可燃物蒸氣持續(xù)燃燒的最低溫度稱為著火點。

實驗結(jié)論：像石蠟這種“蒸發(fā)燃燒”的物質(zhì)，自身溫度只要超過了閃點，就可被點燃。

3.3? “推波助瀾”實驗

實驗操作：使用坩堝鉗夾住方糖，放在酒精燈上灼燒，發(fā)現(xiàn)方糖熔化、變焦，但很難燃燒。另取一塊方糖，表面蘸一點二氧化錳，再放在酒精燈火焰上灼燒，發(fā)現(xiàn)能很快燃燒起來（如圖5所示）。

實驗結(jié)論：像蔗糖這種“分解燃燒”的物質(zhì)，除了與燃燒三要素有關外，還可能與某些金屬氧化物有關［9］。

4? 結(jié)語

本文從實驗教學中發(fā)現(xiàn)的真實問題出發(fā)，對“燃燒的條件”實驗進行再改進，在此基礎上又進行拓展探究，幫助學生進一步了解燃燒的條件和控制燃燒反應有重要意義，同時也為其他化學教師進行實驗教學提供新的參考。

參考文獻：

［1］張儀軒. “燃燒條件”探究實驗的創(chuàng)新設計［J］. 化學教學， 2016， （11）： 76～77， 96.

［2］李德前， 魏海， 張羿. 將白磷包裹在鐵絲絨內(nèi)進行水中燃燒實驗［J］. 化學教學， 2021， （12）： 72～74.

［3］［6］胡海銘. “燃燒條件”實驗的綠色化改進［J］. 化學教學， 2015， （10）： 71～72.

［4］程明銀. “探究燃燒條件”的教學反思與創(chuàng)新設計［J］. 中小學實驗與裝備， 2014， （5）： 34～35.

［5］王春. “燃燒條件”實驗探究一體化創(chuàng)新設計［J］. 教育與裝備研究， 2019， （8）： 31～33.

［7］［8］王程杰. 燃燒條件3+1［J］. 化學教學， 2016，（1）： 49～55.

［9］劉立新. 燃燒條件之我見［J］. 化學教學， 2017，（1）： 87～92.