“氫氧焰實驗”的新設(shè)計

李彬

摘要：氫氧焰實驗適用于學(xué)習(xí)氫氣與氧氣的相關(guān)知識。主要通過對比實驗，用邊講邊實驗法有序地學(xué)習(xí)氣體的實驗室制法、性質(zhì)和用途等。優(yōu)化后的實驗呈現(xiàn)在學(xué)生面前，裝置耳目一新，學(xué)生興趣一下子被激發(fā)，學(xué)習(xí)變得更主動了。尤其在進(jìn)行氫氣和氧氣的相關(guān)知識復(fù)習(xí)時，該實驗的優(yōu)點就更多了，復(fù)習(xí)效果非常好，值得推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：氫氧焰；切割焊接；實驗優(yōu)化組合；激發(fā)興趣；教學(xué)效益

文章編號：1008-0546（2017）07-0000-00 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.000

《課程標(biāo)準(zhǔn)》對化學(xué)教學(xué)的最基本要求就是“通過實驗學(xué)化學(xué)”，為更好的發(fā)揮實驗的功能，筆者在平時教學(xué)中不斷反思，積極探索，查閱相關(guān)資料，對教材中氫氣和氧氣的相關(guān)實驗進(jìn)行優(yōu)化組合，有效提升了教學(xué)效益。

一、問題的提出

在教材（滬教版2013年版九年級上冊）第33-34頁學(xué)習(xí)氧氣的用途時，“……在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，有時使用純氧代替空氣，以獲得更高的溫度。例如火箭中使用液態(tài)氧作為助燃劑；在焊接時讓乙炔在純氧中燃燒，即可獲得焊接和切割金屬所需的高溫……”[1]，教材中提供的這些情境素材，總覺得離學(xué)生的生活很遠(yuǎn)，學(xué)生無法親身體驗，留下的印象不深。

在復(fù)習(xí)氫氣和氧氣相關(guān)知識時，穿插實驗進(jìn)行復(fù)習(xí)，會改變原有復(fù)習(xí)課“知識習(xí)題化”帶來的枯燥乏味，收到一定的效果。但若是將教材中原有實驗原封不動的重新再做一遍，恐怕學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也很難被激發(fā)。

圍繞以上的問題，結(jié)合李為才老師的《氫氧焰裝置》[2]一文，積極探索深入研究，將教材中原有實驗裝置進(jìn)行了如下的實驗整合創(chuàng)新，收到了不一樣的效果。

二、實驗儀器與藥品

分液漏斗（2個）、錐形瓶（2個）、玻璃導(dǎo)氣管、乳膠管、石英玻璃三通管（內(nèi)含細(xì)直石英玻璃短管）、鐵架臺（含鐵夾）、塑料活塞、氣球（綠色、藍(lán)色各1個）、酒精燈等

過氧化氫溶液（15%）、稀硫酸（30%）、金屬鋅花、二氧化錳丸、鐵片、鐵絲

三、實驗裝置構(gòu)造（已省去夾持物）

1. 裝置介紹

（1）制氫和制氧裝置（如圖1所示）：均采用固液制氣原理，裝置中增添了兩個氣球，起到儲存氣體和緩沖氣壓的作用；玻璃導(dǎo)氣管上增添了兩個塑料活塞，相比較玻璃活塞，更容易控制氣體流量。

（2）氫氧混合裝置（如圖2所示）：由石英玻璃三通管和細(xì)直石英玻璃短管組成。石英玻璃三通管支管通入氫氣，內(nèi)部的細(xì)直石英玻璃短管通入氧氣，管口上方產(chǎn)生氫氧焰。

四、實驗反應(yīng)原理

2H2O2■2H2O + O2↑

Zn + H2SO4 ■ ZnSO4+H2↑

2H2 + O2■2H2O

為縮短制取氣體的時間，采用15%的過氧化氫溶液和二氧化錳丸 （如圖3所示）制取氧氣；30%的稀硫酸，金屬鋅花（如圖4所示）制取氫氣。點燃三通管口處的氫氣后，通過內(nèi)部的細(xì)直石英玻璃短管通入氧氣，可在管口上方產(chǎn)生氫氧焰，溫度可達(dá)2500～3000℃。

五、實驗操作及現(xiàn)象說明

1. 檢查裝置氣密性（如圖5所示）

組裝好儀器后，從固液制氣裝置的導(dǎo)管處鼓入空氣使氣球膨脹，關(guān)閉塑料活塞，一段時間后，氣球體積不縮小，則證明制氣裝置氣密性良好。

2. 裝入藥品，利用氫氣與氧氣的發(fā)生裝置制取并儲存氣體。通過調(diào)節(jié)分液漏斗玻璃活塞控制液體滴加速率，使得固體與液體接觸反應(yīng)產(chǎn)生氣體，分別儲存于綠色和藍(lán)色的氣球中。（備注：在工業(yè)上氫氣儲存于綠色鋼瓶，氧氣儲存于藍(lán)色鋼瓶中）

3. 進(jìn)行后續(xù)實驗前，用小試管檢驗氫氣純度。

4. 在氫氣與氧氣混合的石英玻璃三通管口處，通過控制塑料活塞有序調(diào)節(jié)氫氣和氧氣的流量，先后探究如下實驗：

（1）將帶火星的木條置于三通管口處，通入氧氣木條復(fù)燃；將燃著的木條移開，管口處無火焰，停止通入氧氣，說明氧氣助燃不可燃。

（2）通入氫氣，將燃著的木條置于三通管口處，管口處有火焰，說明氫氣可燃。

（注意事項：此實驗環(huán)節(jié)若先將燃著的木條置于管口處，后通入氫氣，由于管口處氧氣的殘留會導(dǎo)致氫氧混合爆燃，產(chǎn)生的氣流會將燃著的木條熄滅。）

（3）把鐵片放在管口火焰上方，鐵片被燒紅，說明氫氣在空氣中燃燒火焰溫度不高。

（4）通入氧氣，產(chǎn)生氫氧焰，鐵片被切割；調(diào)節(jié)活塞增大氫氣流量，還能將一根鐵絲焊接成圓環(huán)（如圖6所示），說明氫氣在純氧中燃燒，產(chǎn)生的火焰溫度更高，可用于金屬的切割和焊接。

（備注：焊接金屬時，氫氧比例控制在2：1時火焰溫度最高，利用火焰放出的巨大熱量將金屬熔化，從而達(dá)到焊接的目的；切割金屬時，適當(dāng)增大氧氣用量，利用高溫火焰和金屬與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)放出的熱量，熔化割縫金屬，同時還可以利用氣流強度吹開熔化的金屬，從而達(dá)到切割的目的。）

六、實驗設(shè)計的反思

該套實驗裝置除了完成以上實驗外，還可以完成教材（滬教版2013年版九年級上冊）第31頁“鐵絲在氧氣中燃燒的實驗”和下冊第56頁“加熱石灰石的實驗”，相比較教材中原實驗，操作簡單，耗時短、現(xiàn)象更明顯。

總之，將該套裝置在課堂上呈現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生有一種耳目一新的感覺，興趣一下子被激發(fā)，學(xué)習(xí)就變得更主動了。尤其進(jìn)行氫氣和氧氣的相關(guān)知識復(fù)習(xí)時，該實驗的優(yōu)點就更多了如：實驗涉及知識點多，現(xiàn)象對比強烈，操作安全方便，實驗成功率高，切割和焊接金屬時的現(xiàn)象更能打動學(xué)生，使學(xué)生復(fù)習(xí)積極性高漲，復(fù)習(xí)效果非常好，值得推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 中學(xué)化學(xué)國家課程標(biāo)準(zhǔn)研制組.義務(wù)教育教科書化學(xué)（九年級上冊）[M].上海：上海教育出版社，2013：33-34

[2] 李為才. 氫氧焰裝置[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012（4）：59