關(guān)于“完全燃燒和不完全燃燒”的探討

成斌斌

（蘇州文昌實(shí)驗(yàn)中學(xué) 江蘇 蘇州 215300）

課堂教學(xué)的高效化和教材教法的最優(yōu)化是教師在教學(xué)過(guò)程中不懈追求的目標(biāo)，也是開展高效教學(xué)工作的一個(gè)重要前提。課程標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)我們?cè)摻虝?huì)學(xué)生什么，教材就是我們教學(xué)的工具，而實(shí)驗(yàn)作為一種教學(xué)手段在化學(xué)課堂教學(xué)中起著無(wú)可替代的作用。如何根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)“好”實(shí)驗(yàn)、用“好”實(shí)驗(yàn)并且做“好”實(shí)驗(yàn)是我們要不斷探求的課題?，F(xiàn)代教學(xué)理論認(rèn)為，教“是學(xué)習(xí)的外部條件，為學(xué)服務(wù)”。因此，教材也就變成了學(xué)習(xí)的工具，教師教學(xué)設(shè)計(jì)的展開及對(duì)教材中實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)該圍繞學(xué)生主體來(lái)進(jìn)行。學(xué)生懷疑什么，我們就設(shè)計(jì)什么；學(xué)生不理解什么，我們就針對(duì)什么來(lái)設(shè)計(jì)。課本實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是非常重要的，滬教版化學(xué)教材中，實(shí)驗(yàn)占了很大的比例，我們可以利用好這些課本實(shí)驗(yàn)幫助理解更深層次的問題。

通過(guò)對(duì)初中化學(xué)課標(biāo)及教材的分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的系列設(shè)計(jì)中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容常常會(huì)進(jìn)行多次重復(fù)研究和探索。如：蠟燭實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，在第一章第二節(jié)“化學(xué)研究物質(zhì)的性質(zhì)與變化”中用它解決了物理變化和化學(xué)變化的區(qū)別、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察方法及物質(zhì)性質(zhì)學(xué)習(xí)的一般步驟；在第四章“完全燃燒和不完全燃燒”中用它解決了不同類型燃燒的現(xiàn)象及產(chǎn)物等問題。這里，筆者就滬教版教材實(shí)驗(yàn)中的蠟燭實(shí)驗(yàn)結(jié)合“完全燃燒和不完全燃燒” 來(lái)談?wù)剛€(gè)人在教學(xué)實(shí)踐中的一點(diǎn)想法。

一、問題的提出

在學(xué)習(xí)“燃燒條件”的過(guò)程中，為了使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)燃料完全燃燒的重要性，并體會(huì)完全燃燒與不完全燃燒的區(qū)別，教材中設(shè)計(jì)了如下的學(xué)習(xí)方案：先提以問題以引起學(xué)生對(duì)燃燒現(xiàn)象的興趣： 在日常生活中，你也許見過(guò)這樣的情景：液化氣灶、煤爐等燃具都留有空氣進(jìn)口，且空氣進(jìn)口大小可以調(diào)節(jié)；學(xué)校、工廠等單位使用的鍋爐要用風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)。你知道其中的道理嗎？ 再輔以演示實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解和推論：蠟燭不完全燃燒的實(shí)驗(yàn)（見教材第94 頁(yè)交流與討論）。但在演示過(guò)程中遇到了種種問題，歸結(jié)如下：

（1）蠟燭本身成分比較復(fù)雜，用這樣一個(gè)復(fù)雜的物質(zhì)去說(shuō)明完全燃燒和不完全燃燒的現(xiàn)象時(shí)，所要解釋的問題比較多。

（2）不完全燃燒的產(chǎn)物并不僅僅是只有一氧化碳一種，還有其它一些如炭黑、碳?xì)浠衔锏?，但是演示?shí)驗(yàn)包括適當(dāng)補(bǔ)充的圖片資料 （如森林著火的黑煙、民居著火的滾滾濃煙等）中均未能體現(xiàn)出不完全燃燒產(chǎn)物的多樣性。

（3）在蠟燭實(shí)驗(yàn)演示后，學(xué)生常將炭黑做為不完全燃燒的必然產(chǎn)物并書寫入反應(yīng)的表達(dá)式中，對(duì)一氧化碳等其它不完全燃燒產(chǎn)物的認(rèn)識(shí)往往不夠充分。

（4）對(duì)完全燃燒和不完全燃燒發(fā)生的條件為是否具有充足的氧氣，學(xué)生常常覺得氧氣充足不充足并不是一個(gè)容易判斷的標(biāo)準(zhǔn)。

二、查閱資料

為了更清楚地解釋蠟燭燃燒的各種問題，我查閱了大量資料，對(duì)蠟燭的成分、燃燒原理、產(chǎn)物情況等各方面做了一次詳細(xì)的小結(jié)。結(jié)果如下：

（1）蠟燭的組成

蠟燭由石蠟和綿芯組成，石蠟的主要成分是固態(tài)烷烴類物質(zhì)的混合物，其中二十二碳烷和二十八碳烷含量最高。

（2）蠟燭燃燒原理及相關(guān)現(xiàn)象

蠟燭燃燒時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)是石蠟與空氣中的氧氣發(fā)生的氧化反應(yīng)。

反應(yīng)過(guò)程中，伴隨有熔化、放熱、發(fā)光等現(xiàn)象。由于石蠟中固態(tài)烷烴中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，在空氣中較難充分燃燒，故反應(yīng)過(guò)程中常常有少量的黑煙生成。

燭焰也分三層， 最內(nèi)層幾乎不能接觸空氣 （氧氣），沒有發(fā)生燃燒，故焰心部分基本上由石蠟蒸氣組成，顏色很淺，呈淺藍(lán)色，若用短玻璃管通入焰心中，會(huì)在玻璃管的末端出現(xiàn)有白煙； 中間部分接觸空氣（氧氣），但接觸不充分，產(chǎn)生不完全燃燒，有大量固體的炭粒產(chǎn)生，故溫度不太高，但由于固體顆粒受熱激發(fā)發(fā)生較明亮的可見光（即：蠟燭燃燒的光亮主要是來(lái)自沒有完全燃燒的高溫微炭顆粒的黑體輻射，并非是燃燒本身的能量轉(zhuǎn)化，對(duì)比之下氫氣、酒精、甲烷等物質(zhì)的燃燒就無(wú)如此明亮的光亮出現(xiàn)），因此，內(nèi)焰部分最明亮，呈明亮的黃色火焰；外層接觸空氣（氧氣）充分，燃燒完全，基本不產(chǎn)生固體顆粒，因此火焰顏色很淡（幾乎不易觀察到或顯較淺的橙紅色），但由于燃燒充分，產(chǎn)生的熱量多，故溫度最高。這也幫助我們解釋了兩個(gè)常見問題： 為什么蠟燭火焰溫度是外焰最高、焰心最低？ 為什么蠟燭火焰是內(nèi)焰最亮？

（3）蠟燭燃燒產(chǎn)物

蠟燭不完全燃燒的產(chǎn)物主要有：炭黑、碳?xì)浠衔?、一氧化碳等?/p>

三、問題的探討

對(duì)于完全燃燒與不完全燃燒，另一種說(shuō)法可能更能為我們所理解：不完全燃燒時(shí)，燃料在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生了還可以繼續(xù)燃燒的物質(zhì)。這樣與蠟燭不完全燃燒的產(chǎn)物相結(jié)合：炭黑、碳?xì)浠衔?、一氧化碳等物質(zhì)均是可以繼續(xù)燃燒的。而課本上的演示實(shí)驗(yàn)也可以通過(guò)改進(jìn)讓它更加豐滿一些，更能說(shuō)明問題一些。

例如：比較蠟燭、酒精燈燃燒的完全程度：將兩種含碳物質(zhì)分別點(diǎn)燃后，用白瓷板分別壓在火焰上方觀察現(xiàn)象， 發(fā)現(xiàn)蠟燭火焰上的白瓷板上有黑色物質(zhì)出現(xiàn)， 而酒精燈火焰上的白瓷板上無(wú)黑色物質(zhì)出現(xiàn)，只有明顯的水霧現(xiàn)象。

圖1 用白瓷板壓在酒精燈火焰上方

圖2 白瓷板上無(wú)黑色固體

圖3 用白瓷板壓在蠟燭火焰上方

圖4 白瓷板上產(chǎn)生黑色固體

由以上實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：觀察不完全燃燒現(xiàn)象應(yīng)該選用分子中碳原子數(shù)較多的可燃性物質(zhì)，如石蠟等，而對(duì)于碳原子個(gè)數(shù)較少的簡(jiǎn)單有機(jī)物易完全燃燒，或不完全燃燒產(chǎn)物一般以CO 為主，產(chǎn)生炭黑的可能性較小的物質(zhì)應(yīng)該避免選用，如酒精、甲烷等。

又如不完全燃燒產(chǎn)物研究。上面我們提出“不完全燃燒時(shí)，燃料在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生了還可以繼續(xù)燃燒的物質(zhì)”，對(duì)于不完全燃燒產(chǎn)生的CO，學(xué)生對(duì)其可燃性已經(jīng)有了一定的了解，但是對(duì)炭黑等物質(zhì)是否具有可燃性還是報(bào)以懷疑的態(tài)度，因此，對(duì)這一點(diǎn)，我做了以下實(shí)驗(yàn)：用玻璃管通在火焰外焰上，發(fā)現(xiàn)玻璃管上方產(chǎn)生大量黑煙。用燃著的酒精燈放在管口黑煙處發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生明黃色火焰。

圖5 外焰處玻璃管口產(chǎn)生黑煙

圖6 管口處產(chǎn)生明黃色火焰

但是火焰中還存在可燃性的石蠟蒸氣，筆者認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)炭黑的可燃性的說(shuō)服力不夠，因此又進(jìn)行了第二次實(shí)驗(yàn)如下：

用兩根玻璃管分別在蠟燭火焰上灼燒至下端變黑，這個(gè)黑色物質(zhì)即蠟燭不完全燃燒生成的炭黑附著在玻璃管上。將一根“變成黑色的玻璃管”用抹布輕輕擦拭，發(fā)現(xiàn)黑色物質(zhì)可被完全擦去，且玻璃管本身無(wú)明顯變化；將另一根“變黑的玻璃管”的黑色的一端在酒精燈上灼燒，發(fā)現(xiàn)黑色固體逐漸變得紅熱，并且慢慢減少，直至完全消失。由此說(shuō)明炭黑也是具有可燃性的，只是其燃燒需要的條件比木炭等苛刻，且難以自行持續(xù)燃燒。

圖7 變黑的玻璃管在酒精燈上加熱

圖8 黑色物質(zhì)變紅熱、不斷減少直至完全消失

總之， 化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的地位無(wú)可替代，我們不僅要充分利用課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行知識(shí)的講授，還要對(duì)知識(shí)進(jìn)行遷移，并且，我們還可以對(duì)課本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)提出挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)出更能鍛煉學(xué)生思維和操作能力的實(shí)驗(yàn)。而當(dāng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)知出現(xiàn)共性的問題時(shí)，我們也不妨試試能否用實(shí)驗(yàn)的手段來(lái)解決。同時(shí)，高新技術(shù)的發(fā)展也將我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶入了新的科技領(lǐng)域。

［1］范曰清．關(guān)注學(xué)生主體的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略［J］．化學(xué)教與學(xué)，2012，（5）：5－8

［2］王祖浩．義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（修訂本，九年級(jí)，上冊(cè)）［M］．上海：上海教育出版社，2010

［3］顧正燕．《對(duì)蠟燭及其燃燒的探究》的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)［J］．教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)（中學(xué)版），2006，（4）