石英玻璃燃燒匙的應(yīng)用案例

朱玉忠 李德前 張羿

摘要： 用石英玻璃管制作燃燒匙，巧妙地將玻璃導(dǎo)管與玻璃匙融為一體。利用這種新型燃燒匙做木炭、硫磺、面粉等物質(zhì)的燃燒實(shí)驗(yàn)，可以產(chǎn)生更加明顯、持久、精彩的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。該實(shí)驗(yàn)儀器提高了實(shí)驗(yàn)效果，開闊了學(xué)生的視野，豐富了中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器裝備。

關(guān)鍵詞： 石英玻璃燃燒匙; 木炭燃燒; 硫燃燒; 面粉燃燒; 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)： 1005-6629（2019）8-0071-04 ? ? ? ? ? ?中圖分類號(hào)： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 ?問題的提出

我國(guó)現(xiàn)行各版本《義務(wù)教育教科書·化學(xué)》中都編排了有關(guān)氧氣的幾個(gè)燃燒實(shí)驗(yàn)，通常是把木炭、硫磺等物質(zhì)在空氣中引燃后再放入充滿氧氣的集氣瓶中[1～2]，通過燃燒現(xiàn)象的比較，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到“氧氣的化學(xué)性質(zhì)比較活潑”。在上述實(shí)驗(yàn)中，由于集氣瓶中氧氣的量有限，使燃燒時(shí)間較為短暫，燃燒現(xiàn)象不夠精彩。

另外，現(xiàn)行上海教育出版社、人民教育出版社等出版的《義務(wù)教育教科書·化學(xué)》中安排了“面粉爆炸”實(shí)驗(yàn)[3～4]，借此說明“可燃性粉塵在一定條件下容易發(fā)生爆炸”。但是，教科書上沒有編排“面粉燃燒”實(shí)驗(yàn)，而學(xué)生在日常生活中也很難見到面粉燃燒現(xiàn)象，因而不少學(xué)生對(duì)“面粉爆炸”實(shí)驗(yàn)的原理（在有限空間里急速燃燒）難以理解。

我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中采用“缺點(diǎn)列舉法”和“組合法”等創(chuàng)新技法[5]，巧妙利用石英玻璃管設(shè)計(jì)了一款新型的玻璃燃燒匙，通過燃燒匙的柄通入氧氣，促進(jìn)玻璃匙中的可燃物劇烈燃燒，從而很好地解決了教科書中上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及教材編排中的不足。

2 ?儀器的制作

石英玻璃燃燒匙是用外徑約9mm的石英玻璃管加工而成的，它的柄是玻璃導(dǎo)管，該導(dǎo)管與燃燒匙的玻璃匙直接相通（見圖1）。

鑒于石英玻璃材質(zhì)具有熔點(diǎn)高、硬度大、耐高溫與低溫、能承受溫度的驟然升降等特點(diǎn)，因此該燃燒匙采用了吹制與打磨相結(jié)合的方法。

取一根外直徑約9mm、長(zhǎng)30cm的石英玻璃管，一端用高溫火焰加熱，使管口封閉并至紅軟狀，離開火焰后迅速在另一端吹氣，使加熱端鼓起一個(gè)直徑約1.5～2cm的玻璃球。冷卻后，把導(dǎo)管與玻璃球相連部分加熱至紅熱狀態(tài)，用鑷子將其彎曲呈90°左右，冷卻。然后固定并用微型打磨機(jī)將玻璃球頂部磨去約1/3的球冠，形成凹匙狀，最后進(jìn)行高溫熔光即可。

3 ?儀器的應(yīng)用

我們利用石英玻璃燃燒匙進(jìn)行下述實(shí)驗(yàn)，取得了顯著的實(shí)驗(yàn)效果。

3.1 ?實(shí)驗(yàn)用品

主要有石英玻璃燃燒匙，氧氣罐（或氧氣發(fā)生裝置），250mL集氣瓶（含配套的橡皮塞），酒精燈，鑷子，藥匙，火柴，脫脂棉等;木炭，硫粉（或硫磺顆粒），面粉，澄清石灰水，燒堿溶液等

3.2 ?木炭燃燒實(shí)驗(yàn)

（1） 將石英玻璃燃燒匙的柄與供氧裝置的導(dǎo)管連接好，待用。

（2） 用鑷子夾取一小塊木炭放入燃燒匙的玻璃匙中，利用酒精燈外焰將其加熱至紅熱狀態(tài)（隨后移走酒精燈），觀察到木炭在空氣中燃燒沒有火焰，發(fā)出紅光。

（3） 打開氧氣罐上的旋塞，緩慢通入氧氣，立即觀察到木炭劇烈燃燒，發(fā)出耀眼的白光，放出大量的熱。再關(guān)閉氧氣罐上的旋塞（停止通入氧氣），木炭又恢復(fù)至紅熱狀態(tài);再次打開氧氣罐上的旋塞（繼續(xù)通入氧氣），木炭又劇烈燃燒而發(fā)出白光。如此反復(fù)2～3次[6]，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象令學(xué)生興奮不已。

（4） 待木炭還剩很少一點(diǎn)時(shí)，將燃燒匙伸入盛有澄清石灰水的集氣瓶中（見圖2），至木炭完全燃燒后停止通入氧氣。

（5） 取出燃燒匙，輕輕振蕩集氣瓶?jī)?nèi)的澄清石灰水，立即觀察到石灰水變渾濁，證明木炭燃燒生成二氧化碳?xì)怏w（有關(guān)的化學(xué)方程式是C+O2點(diǎn)燃CO2）。

（6） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，師生整理實(shí)驗(yàn)藥品，并布置學(xué)生完成有關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.3 ?硫燃燒實(shí)驗(yàn)

（1） 取一個(gè)跟250mL集氣瓶的口徑相配套的單孔橡皮塞，在橡皮塞的中部打一個(gè)粗孔（使其與石英玻璃燃燒匙的柄配套），在橡皮塞的邊緣處打一個(gè)細(xì)孔（用于透氣）;然后按圖3連接好，備用。

（2） 用藥匙小端取少量的硫粉（或用鑷子夾取一小塊硫磺顆粒）放入燃燒匙的玻璃匙中，利用酒精燈的外焰加熱硫粉至熔化、燃燒（隨后移

開酒精燈），觀察到硫在空氣中燃燒發(fā)出微弱的淡藍(lán)色火焰，產(chǎn)生刺激性氣味的氣體。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象初步說明，硫燃燒生成二氧化硫氣體（有關(guān)的化學(xué)方程式是S+O2點(diǎn)燃SO2）。

（3） 立即將燃燒匙伸入盛有適量燒堿溶液的集氣瓶中，同時(shí)塞緊橡皮塞，并將一團(tuán)浸有燒堿溶液的脫脂棉蓋住透氣孔（見圖4）;再迅速打開氧氣罐上的旋塞，緩緩?fù)ㄈ胙鯕?，觀察到硫磺劇烈燃燒起來，發(fā)出明亮的漂亮的藍(lán)紫色火焰。

（4） 待硫粉燃燒完畢，關(guān)閉氧氣罐上的旋塞，停止通入氧氣。然后輕輕振蕩集氣瓶?jī)?nèi)的燒堿溶液，以充分吸收硫燃燒產(chǎn)生的二氧化硫氣體，從而最大限度地減輕二氧化硫?qū)Υ髿獾奈廴尽?/p>

（5） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，師生整理實(shí)驗(yàn)藥品，并布置學(xué)生完成有關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.4 ?面粉燃燒實(shí)驗(yàn)

（1） 將石英玻璃燃燒匙的柄與供氧裝置的導(dǎo)管連接好，待用。

（2） 用藥匙取適量干燥的面粉放入燃燒匙的玻璃匙中，利用酒精燈外焰將面粉加熱至焦黃狀（隨后移走酒精燈）;然后緩慢通入氧氣，觀察到面粉立即燃燒起來，一開始產(chǎn)生黃色火焰，隨著氧氣流量的加大，面粉劇烈燃燒并產(chǎn)生白色火焰（發(fā)出白光）。如果控制氧氣流量的大小，面粉燃燒的火焰就會(huì)出現(xiàn)“紅色→白色”的起伏變化。

（3） 待面粉還剩少許時(shí)，將燃燒匙伸入干冷的集氣瓶中（見圖5），觀察到面粉繼續(xù)燃燒，集氣瓶?jī)?nèi)壁出現(xiàn)明顯的水霧。

（4） 待面粉完全燃燒后，停止通入氧氣，拿出燃燒匙。稍后，向集氣瓶里傾倒少量澄清的石灰水，輕輕振蕩，石灰水立即變渾濁。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明，面粉可以燃燒，燃燒的產(chǎn)物有水和二氧化碳?xì)怏w（進(jìn)而說明面粉中含有碳元素、氫元素）。

（5） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，師生整理實(shí)驗(yàn)藥品，并布置學(xué)生完成有關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4 ?注意事項(xiàng)

（1） 在木炭燃燒實(shí)驗(yàn)中，木炭需提前處理一下，使其剛好能放入燃燒匙里;木炭不能太小，否則很快燒完。另外，木炭燃燒對(duì)環(huán)境沒有不良影響，為便于學(xué)生欣賞精彩的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，待木炭還剩很少時(shí)才移入盛有石灰水的集氣瓶里繼續(xù)燃燒（用于檢驗(yàn)燃燒產(chǎn)物）。

（2） 在硫的燃燒實(shí)驗(yàn)中，難免會(huì)有少量二氧化硫氣體散逸到空氣中，此時(shí)注意引導(dǎo)學(xué)生用正確的方法聞一下二氧化硫氣體的氣味，從而在感官上增強(qiáng)學(xué)生對(duì)二氧化硫是大氣污染物的認(rèn)識(shí)。

（3） 在面粉燃燒實(shí)驗(yàn)中，盡量選用干燥的淀粉或低蛋白的面粉，以減少氮、硫元素及水蒸氣的污染與干擾。另外，面粉在集氣瓶?jī)?nèi)的燃燒時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免集氣瓶?jī)?nèi)壁過熱，不利于水蒸氣液化;在倒入石灰水檢驗(yàn)二氧化碳時(shí)，應(yīng)在集氣瓶恢復(fù)至室溫后進(jìn)行。

（4） 在實(shí)驗(yàn)過程中，通入氧氣要由慢到快，這樣實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化更具層次感。當(dāng)然，氧氣的通入也不能過快，防止氧氣流將可燃物吹出玻璃匙。

5 ?儀器的優(yōu)點(diǎn)

（1） 該實(shí)驗(yàn)儀器巧妙地將玻璃導(dǎo)管與玻璃匙融為一體，解決了由于氧氣不足造成的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯、實(shí)驗(yàn)難以持續(xù)的問題，并能真實(shí)地呈現(xiàn)木炭、硫磺等物質(zhì)燃燒的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（2） 石英玻璃燃燒匙小巧透明，用其在開放的空間里進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，更方便學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象持久、有趣，對(duì)學(xué)生具有震撼作用，能很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

（3） 該儀器的玻璃匙為切割掉1/3球冠剩下的球體，可燃物放在里面不會(huì)掉落，也不會(huì)被輕易吹出。利用該儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所需的藥品少，且能夠完全燃盡，既延長(zhǎng)了燃燒時(shí)間又節(jié)約了藥品。

（4） 該儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，易于操作，便于控制，而且可以隨時(shí)重復(fù)，讓精彩再現(xiàn)。儀器的材質(zhì)是石英玻璃，能夠承受住溫度的驟然升降。因此，石英玻璃燃燒匙具有良好的實(shí)用性和推廣性。

6 ?兩點(diǎn)說明

（1） 鈉、鎂等活潑金屬在氯氣或二氧化碳?xì)怏w中的燃燒，也可以借助石英玻璃燃燒匙進(jìn)行。

（2） 如果沒有石英玻璃燃燒匙，可以在普通燃燒匙的鐵柄內(nèi)側(cè)（銅匙上方），捆扎一根外徑9mm左右的金屬管或玻璃管，并使導(dǎo)管末端適度彎曲伸進(jìn)燃燒匙的銅匙里（見圖6-A）。還可以將玻璃管更換為細(xì)銅管，從而做成一個(gè)全銅質(zhì)的燃燒匙（見圖6-B）。

參考文獻(xiàn)：

[1][3]課程教材研究所化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心. 義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2015： 34， 128.

[2][4]中學(xué)化學(xué)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)研制組. 義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2017： 31， 95.