白磷水下燃燒改進(jìn)實(shí)驗(yàn)類型比較和再改進(jìn)

陳培亮

摘要：對近年來國內(nèi)教學(xué)雜志中白磷水下燃燒改進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行歸類和比較，針對實(shí)驗(yàn)中存在白煙未處理、白磷水下燃燒成功率低、儀器須經(jīng)過特殊處理等不足，結(jié)合實(shí)際進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)具有儀器易得、白磷在水下能持續(xù)并劇烈燃燒、成功率高且能有效防止污染等優(yōu)點(diǎn)，非常適合課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：白磷水下燃燒；實(shí)驗(yàn)類型；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號：1005–6629（2015）6–0073–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 問題的提出

人教版《化學(xué)》（九年級上冊）第七單元課題1中[1]在探討“燃燒的條件”——可燃物要與氧氣或空氣接觸時，設(shè)計了如圖1的實(shí)驗(yàn)。

針對該實(shí)驗(yàn)存在的不足[2～4]，很多化學(xué)老師對其作了改進(jìn)和創(chuàng)新[5～15]，但仍存在白煙未處理、白磷水下燃燒成功率低、儀器須經(jīng)過特殊處理等不足。筆者查閱了近年來國內(nèi)白磷水下燃燒改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)文獻(xiàn)，并進(jìn)行實(shí)踐、歸類和比較，設(shè)計出一套能解決以上問題并能適用于課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案。

2 當(dāng)前“白磷水下燃燒”改進(jìn)實(shí)驗(yàn)類型比較

2.1 類型1 將白磷限制在小空間[16～19]

以裝置簡單、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的錢勝小組[20]改進(jìn)實(shí)驗(yàn)為例（圖2）。

該類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)具有裝置簡單、操作簡便、實(shí)驗(yàn)成功率高、現(xiàn)象明顯的優(yōu)點(diǎn)。但其中產(chǎn)生的白煙（P2O5）只有小部分被水吸收，會造成污染，危害實(shí)驗(yàn)操作者的健康。

2.2 類型2 將實(shí)驗(yàn)改在密閉裝置中進(jìn)行[21～22]

以吳國權(quán)[23]改進(jìn)實(shí)驗(yàn)為例（圖3）。該類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)保安全。但由于白磷在熱水中會熔化成油狀小液滴，通入氧氣時，氣體難以和白磷接觸。因此，該類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中的白磷很難在水下燃燒；另外在通入氧氣時，未能與氧氣接觸的白磷分散成細(xì)小的珠狀物，使清理儀器時存在不安全因素。

2.3 類型3 用裝滿氧氣的儀器與水下白磷接觸[24，25～27]

以張艷琴小組[28]改進(jìn)實(shí)驗(yàn)為例（圖4）。該類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是裝置簡單、操作簡便、實(shí)驗(yàn)成功率高。但其中的白磷難以完全燃燒，未燃燒的白磷使清理儀器時存在不安全因素。另外，由于該類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中的白磷燃燒時并沒與水接觸，這會使學(xué)生難以理解實(shí)驗(yàn)中熱水的作用，對其認(rèn)知造成干擾。

2.4 類型4 將儀器進(jìn)行特殊處理[29，30]

以劉松偉小組[31]改進(jìn)實(shí)驗(yàn)為例（圖5）。

該類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)是裝置簡單、操作簡便、實(shí)驗(yàn)成功率高、綠色環(huán)保。但其儀器必須經(jīng)過特殊處理、藥品放置位置必須準(zhǔn)確，否則將會大大影響實(shí)驗(yàn)效果和成功率。另外，儀器的可替代性不強(qiáng)，這在一定程度上影響該類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的推廣。

3 實(shí)驗(yàn)再改進(jìn)方案

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

針對上述問題，筆者設(shè)計了一套儀器易得、操作簡便、現(xiàn)象明顯、成功率高并有效防止污染的實(shí)驗(yàn)方案（圖6），取得良好效果。

3.2 實(shí)驗(yàn)用品

儀器：注射器（50mL）1支、錐形瓶（250mL）帶單孔塞1個、大燒杯（500mL）1個、大試管（30mm×200mm）帶雙孔塞1支、小試管（6mm×70mm）1支、廣口瓶配雙孔塞1個、長鑷子（22cm）1支、藥匙1支、導(dǎo)管若干、橡膠管若干

藥品：白磷、80℃熱水、5%過氧化氫溶液、二氧化錳、1%的氫氧化鈉溶液、酚酞試液

3.3 實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象和結(jié)論

3.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）在錐形瓶中加入1藥匙二氧化錳，在注射器中吸入約40mL 5%過氧化氫溶液，然后將注射器的針頭刺入橡皮塞中。

（2）在廣口瓶中加入1%的氫氧化鈉溶液至其中上部，再滴入幾滴無色酚酞溶液，塞好雙孔塞。

（3）取一塊綠豆大小的白磷放入小試管中，再加入少量80℃熱水（熱水高度以小試管高度1/2左右為宜）；將大試管稍作傾斜，讓小試管沿大試管內(nèi)壁滑入大試管中。將雙孔塞的長導(dǎo)管伸到小試管中接近白磷正上方的位置，塞好雙孔塞。最后將大試管放入大燒杯中。

（4）按圖6連接好裝置，加入約200mL 80℃熱水，保證小試管中溫度達(dá)到白磷的著火點(diǎn)（此時，若浸在氫氧化鈉溶液的長導(dǎo)管末端有氣泡冒出，則證明裝置氣密性良好。否則必須重新連接裝置，才能進(jìn)行后續(xù)操作）。

（5）緩慢推動注射器。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論

加入熱水后，白磷不燃燒。推動注射器，錐形瓶中有大量氣泡產(chǎn)生，氣體沿導(dǎo)管進(jìn)入小試管中。白磷先冒出少量白煙，待空氣排盡后，小試管白磷被點(diǎn)燃，持續(xù)燃燒，并產(chǎn)生大量白煙；最后白煙隨氣流進(jìn)入氫氧化鈉溶液中。說明可燃物在溫度達(dá)到著火點(diǎn)時，要與空氣（或氧氣）接觸才能燃燒。

4 實(shí)驗(yàn)再改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）該實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)是將白磷固定在小試管中，集合改進(jìn)實(shí)驗(yàn)類型1和類型2的優(yōu)點(diǎn)，解決了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)類型1中白煙未處理和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)類型2中氧氣流將白磷吹散而導(dǎo)致白磷不能燃燒的問題。

（2）與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)類型3相比，該實(shí)驗(yàn)的白磷是在水下持續(xù)燃燒，而且反應(yīng)完全，殘留量很少，確保儀器清理時的安全。

（3）與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)類型4相比，該實(shí)驗(yàn)儀器易得，且不需特殊處理，可替代性強(qiáng)，容易推廣。

（4）該實(shí)驗(yàn)中藥品的利用率高。一方面過量的氧氣能使五氧化二磷被更快、更充分地吸收；另一方面，在氫氧化鈉溶液中加入酚酞試液，可以判斷氫氧化鈉溶液是否已經(jīng)完全反應(yīng)。

（5）在操作過程中可以直接驗(yàn)證裝藥品后裝置的氣密性，保證了實(shí)驗(yàn)的順利完成。

5 實(shí)驗(yàn)說明

（1）若在實(shí)驗(yàn)步驟（4）檢查裝置氣密性后，將制氧裝置和反應(yīng)裝置分開，推動注射器，待錐形瓶中充滿氧氣之后，再將裝置連接，則小試管中的白磷立刻燃燒。

（2）該實(shí)驗(yàn)成功率高，現(xiàn)象明顯。白磷若過量，燃燒更劇烈，但容易使導(dǎo)管末端炸裂。

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