木炭在氧氣中封閉燃燒實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

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)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王晶，鄭長(zhǎng)龍主編.義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級(jí)）（上冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2012：34.

[3]王祖浩，王磊主編.義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級(jí)）（上冊(cè)）[M].上海：上海教育出版社，2012：31～32.

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[5]高潤(rùn)華.氧氣化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，1989，（3）：21～22.

[6]韋會(huì)紅.氧氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)二則[J].化學(xué)教學(xué)，1992，（5）：18.

[7]陳現(xiàn)福，畢青.氧氣性質(zhì)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，1995，（5）：9.

[8]許紀(jì)芬.氧氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2009，（9）：19.