燃燒定義的深層次剖析

但世輝陳莉莉

燃燒定義的深層次剖析

但世輝陳莉莉

（襄陽(yáng)市東風(fēng)中學(xué)湖北襄陽(yáng)441004）

燃燒的定義在中學(xué)階段不同版本的教材中多次出現(xiàn)并不斷演化。文中分析了各種物質(zhì)燃燒的過(guò)程，得出了燃燒的必備條件，就此總結(jié)出了更為準(zhǔn)確的燃燒定義并進(jìn)行了擴(kuò)展。

燃燒；過(guò)程；條件；定義

一、問(wèn)題的提出

人教版《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)》（九年級(jí)上冊(cè)）第125頁(yè)對(duì)“燃燒”作了如下定義：可燃物與氧氣發(fā)生的一種發(fā)光、放熱的劇烈的氧化反應(yīng)叫做燃燒［1］。人教版《全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)（必修）·化學(xué)》（第一冊(cè)）第66頁(yè)對(duì)“燃燒”又進(jìn)行了如下補(bǔ)充說(shuō)明：燃燒不一定要有氧氣參加，任何發(fā)光、發(fā)熱的劇烈的化學(xué)反應(yīng)都可以叫做燃燒［2］。而人教版《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)》（必修1）中并沒(méi)有對(duì)燃燒進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確的界定，只是將其放置在“思考與交流”一欄中：通過(guò)H2在Cl2中燃燒的實(shí)驗(yàn)，你對(duì)燃燒的條件及其本質(zhì)有什么新的認(rèn)識(shí)［3］？三種教材內(nèi)容上的編排自然有其合理的出發(fā)點(diǎn)，但我們不禁要問(wèn)：必修1中問(wèn)題的答案到底該如何統(tǒng)一？畢竟從目前的教學(xué)來(lái)看，許多同行對(duì)此問(wèn)題看法不一，甚至失之偏頗。為此，筆者做出了以下探究。

二、燃燒的過(guò)程

要弄清楚燃燒的定義或者本質(zhì)，我們必須從燃燒的過(guò)程出發(fā)。物質(zhì)可以粗略分為氣體、液體、固體三種，可燃物的狀態(tài)不同，其燃燒過(guò)程也不完全相同，伴隨著燃燒各階段的溫度也不一樣（圖1）。

圖1 物質(zhì)的燃燒過(guò)程

從上圖可知，任何可燃物質(zhì)的燃燒都要經(jīng)歷氧化分解、著火、燃燒等階段。對(duì)于固體和液體而言，燃燒過(guò)程中多了“蒸發(fā)或分解”這一初始階段，其相應(yīng)溫度為T(mén)初，即為可燃物質(zhì)開(kāi)始加熱的溫度，此時(shí)加熱的大部分熱量用于可燃物的熔化蒸發(fā)或分解，溫度上升比較緩慢；當(dāng)溫度上升至T氧時(shí)，可燃物質(zhì)開(kāi)始氧化，但此時(shí)氧化速度不快，氧化產(chǎn)生的熱量尚不足以抵消向外界的散熱，若此階段停止加熱，則不會(huì)引起燃燒，因此需要繼續(xù)加熱，溫度才能繼續(xù)升高；當(dāng)溫度達(dá)到T著，可燃物劇烈氧化并開(kāi)始著火，放出大量的熱，即使停止加熱溫度也能升高，到達(dá)時(shí)可燃物繼續(xù)燃燒，溫度繼續(xù)升高，仍然放出大量的熱。

以木材燃燒為例，可分為四個(gè)階段［4］：

（1）干燥階段：T初＜150℃，蒸發(fā)的氣體主要是水蒸氣，為吸熱過(guò)程；

（2）預(yù)炭化階段：T氧在150～275℃，木材緩慢氧化，析出CO、CO2和少量有機(jī)揮發(fā)物，仍為吸熱階段；

（3）炭化階段：T著在275～450℃，木材劇烈氧化，放出大量CO、CH4、木焦油等可燃性物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生木炭。此時(shí)可燃物質(zhì)劇烈燃燒，為放熱過(guò)程，產(chǎn)生大量的熱，是木材燃燒時(shí)最危險(xiǎn)的階段；

（4）煅燒階段：T燃在450～1500℃，木材熱分解結(jié)束，木炭劇烈燃燒，繼續(xù)放出熱量。

三、燃燒的條件

從燃燒過(guò)程可以看出，引發(fā)燃燒最重要的一步是燃燒過(guò)程中的二、三階段能使溫度上升至T著。此階段的能量情況可用下圖表示（圖2）。

圖2 燃燒的能量轉(zhuǎn)化示意圖

因此，從能量角度來(lái)說(shuō)燃燒的條件為：必須使可燃物獲得的熱量大于其散失的熱量，這樣才能保證可燃物具有一定的能量使溫度升至著火點(diǎn)。具體而言，要實(shí)現(xiàn)這種能量的轉(zhuǎn)化必須具備以下條件：

其一：燃燒初始階段必須持續(xù)對(duì)可燃物進(jìn)行加熱。由于此時(shí)還未到氧化階段，可燃物本身尚不能產(chǎn)生熱量，必須借助外界供熱，倘若停止加熱，溫度便不能上升至T著，可燃物不能燃燒。以木材燃燒為例，干燥階段和預(yù)炭化階段均為吸熱反應(yīng)，吸收的熱量必須源于外界供熱，否則便不能進(jìn)入炭化階段和煅燒階段，不能燃燒。

其二：燃燒第二、三階段必須發(fā)生氧化反應(yīng)且氧化速度很快。外界停止供熱之后，支持升溫的熱量便只能源于氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，倘若氧化速度過(guò)慢，放出的熱量不足以抵消外界散失的熱量則燃燒便會(huì)停止。以帶火星的木條為例，放在空氣中只會(huì)發(fā)光發(fā)熱且易熄滅，而放在氧氣中便可劇烈燃燒，原因便是空氣中O2濃度太小，氧化速度過(guò)慢的緣故。

四、燃燒的定義及解釋

由燃燒的過(guò)程及其條件可以給燃燒下一個(gè)較之教材更為準(zhǔn)確的定義：任何發(fā)光、發(fā)熱且氧化速率較快的化學(xué)反應(yīng)都可以稱之為燃燒。對(duì)其解釋如下：

“發(fā)光、發(fā)熱”是燃燒過(guò)程的一種外在表現(xiàn)。從能量角度分析，燃燒進(jìn)入第二、三階段之后，可燃物放出的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于散失的熱量，此時(shí)多余的熱量便以光和熱的形式傳播出去，呈現(xiàn)“發(fā)光、發(fā)熱”的現(xiàn)象。

“氧化速率較快”用以替換了人教版化學(xué)第一冊(cè)68頁(yè)定義中“劇烈”一詞，替換之后更為準(zhǔn)確。由于“氧化速率較快”才能保證溫度的上升進(jìn)而達(dá)到著火點(diǎn)并開(kāi)始燃燒，但從外在表現(xiàn)來(lái)看“氧化速率較快”不一定就“劇烈”，以H2在Cl2中燃燒為例，受H2流速等因素的影響反應(yīng)并不劇烈只是安靜的燃燒，而從內(nèi)部分析來(lái)看其氧化速率還是比較快的，足以保證燃燒的進(jìn)行。

綜上：從內(nèi)部分析，燃燒所引起的氧化反應(yīng)速率較快，從外部來(lái)看，氧化過(guò)程產(chǎn)生的多余能量以光和熱的形式散失。

五、燃燒現(xiàn)象的擴(kuò)展

由燃燒的定義可知：燃燒本身是一個(gè)速率較快的氧化反應(yīng)，因此在平時(shí)分析某種物質(zhì)是否能夠燃燒或者是否能夠助燃時(shí)一定要將分析對(duì)象及其所處化學(xué)環(huán)境搭配起來(lái)共同分析，常見(jiàn)分析誤區(qū)如下：

1.燃燒的蠟燭在CO2中熄滅，因此CO2不能助燃

此種結(jié)論將分析對(duì)象與化學(xué)環(huán)境（CO2）孤立開(kāi)來(lái)。蠟燭不能在CO2中燃燒是由于蠟燭成分（主要為碳?xì)浠衔铮┎荒芎虲O2發(fā)生速率較快的氧化還原反應(yīng)，自然不能燃燒；據(jù)此說(shuō)CO2不能助燃便很片面。CO2對(duì)絕大多數(shù)可燃物是良好的滅火劑，而對(duì)K、Ca、Na、Mg等失電子能力強(qiáng)的可燃物則是助燃劑，以Mg在CO2中燃燒為例，發(fā)生反應(yīng)燃燒便十分劇烈。

除CO2之外，中學(xué)階段常見(jiàn)氣體如NO2、SO2等均可用作助燃劑［5］，比如Mg便可在這兩種氣體中燃燒，發(fā)生的反應(yīng)為：

2.燃燒一定要在氣體中進(jìn)行

常見(jiàn)的燃燒過(guò)程都有氣體的參與，但并不代表全部，因?yàn)楣腆w之間也可發(fā)生氧化速率較快的化學(xué)反應(yīng)并且發(fā)光、發(fā)熱，也可稱之為燃燒，以鋁熱反應(yīng)為例：2Al+此反應(yīng)迅速放出大量的熱，使得產(chǎn)生的單質(zhì)鐵呈液態(tài)，也可稱之為燃燒。

［1］中學(xué)化學(xué)國(guó)家課程研制組.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)(九年級(jí)上冊(cè))［M］.北京：人民教育出版社，2006：15

［2］人民教育出版社化學(xué)室.全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)·化學(xué)(第一冊(cè))［M］.北京：人民教育出版社，2003：66

［3］宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)：必修1［M］.北京：人民教育出版社，2007：83

［4］崔會(huì)旺，杜官本.木材阻燃研究進(jìn)展［J］.世界林業(yè)研究，2008，(3)：43-45

［5］張海發(fā).二氧化氮的助燃性［J］.化學(xué)教學(xué)，1996，(5)：42-43

1008-0546（2012）01-0073-02

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