借助長(zhǎng)柄U形玻璃管進(jìn)行物質(zhì)燃燒實(shí)驗(yàn)

江蘇省徐州市西苑中學(xué)(221000) 李德前 張 羿

江蘇省徐州市第二十九中學(xué)(221000) 魏 海

通過(guò)熱熔操作將一根直玻璃管的一端彎曲成U形，即得長(zhǎng)柄U形玻璃管，如圖1所示，其中玻璃管外徑、直管(柄)長(zhǎng)度及U形管大小視具體實(shí)驗(yàn)而選擇尺寸。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們借助長(zhǎng)柄U形玻璃管進(jìn)行物質(zhì)燃燒實(shí)驗(yàn)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

圖1 長(zhǎng)柄U形玻璃管的構(gòu)造

1 借助長(zhǎng)柄U形玻璃管進(jìn)行木炭燃燒實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行初中化學(xué)教科書(shū)中木炭燃燒實(shí)驗(yàn)的操作雖然簡(jiǎn)便(操作流程如圖2所示)，但是木炭燃燒的時(shí)間短暫，不利于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。筆者利用直角玻璃管對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

圖2 初中化學(xué)教科書(shū)中木炭燃燒實(shí)驗(yàn)流程

1.1 實(shí)驗(yàn)用品

長(zhǎng)柄U形玻璃管、配套的單孔橡皮塞、鐵架臺(tái)、酒精燈、鑷子、玻璃棒、火柴、木炭、石灰水、罐裝氧氣(或袋裝氧氣)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

借助長(zhǎng)柄U形玻璃管設(shè)計(jì)的新實(shí)驗(yàn)，其裝置如圖3所示(夾持裝置略)。

圖3 借助長(zhǎng)柄U形玻璃管進(jìn)行木炭燃燒實(shí)驗(yàn)

1.3 操作步驟

(1)取1個(gè)長(zhǎng)柄U形玻璃管(外徑為16 mm，容積約為50 mL)，將其固定到鐵架臺(tái)上。

(2)向長(zhǎng)柄U形玻璃管的U形管內(nèi)注入約15 mL澄清石灰水，在其直管的中部放置4～5塊細(xì)小的木炭，然后按圖3所示連好整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。

(3)點(diǎn)燃酒精燈，加熱木炭，稍后木炭發(fā)紅，并伴隨微弱的紅光；立即打開(kāi)氧氣罐上的旋鈕，向長(zhǎng)柄U形玻璃管中通入氧氣，觀察到木炭劇烈燃燒起來(lái)(此時(shí)停止加熱)，并伴隨明亮的白光，石灰水也明顯變渾。該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象足以說(shuō)明，木炭在氧氣中燃燒比在空氣中燃燒劇烈，燃燒的產(chǎn)物是二氧化碳?xì)怏w。

(4)關(guān)閉氧氣罐上的旋鈕，木炭即刻停止燃燒；再次打開(kāi)氧氣罐上的旋鈕通入氧氣(無(wú)需另外加熱)，灼熱的木炭再次燃燒。如此反復(fù)幾次，玻璃管內(nèi)隨機(jī)呈現(xiàn)“一滅一亮”的起伏變化，非常有趣，直至木炭燃盡為止。

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理實(shí)驗(yàn)用品，引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2 借助長(zhǎng)柄U形玻璃管進(jìn)行硫粉燃燒實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行初中化學(xué)教科書(shū)中編排的硫粉燃燒實(shí)驗(yàn)(裝置如圖4所示)，均沒(méi)有對(duì)尾氣進(jìn)行吸收處理，因而實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)環(huán)境不夠友好。我們借助長(zhǎng)柄U形玻璃管對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，既消除了環(huán)境污染，又使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀、有趣。

圖4 初中化學(xué)教科書(shū)中硫粉燃燒實(shí)驗(yàn)裝置

2.1 實(shí)驗(yàn)用品

長(zhǎng)柄U形玻璃管、配套的單孔橡皮塞、鐵架臺(tái)、酒精燈、藥匙、火柴、脫脂棉、硫粉、罐裝氧氣(或袋裝氧氣)、燒堿溶液、高錳酸鉀溶液等。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

借助長(zhǎng)柄U形玻璃管設(shè)計(jì)的新實(shí)驗(yàn)，其裝置如圖5所示(夾持裝置略)。

圖5 借助長(zhǎng)柄U形玻璃管進(jìn)行硫粉燃燒實(shí)驗(yàn)

2.3 操作步驟

(1)取1個(gè)長(zhǎng)柄U形玻璃管(外徑為15 mm，容積約為45 mL)，將其固定到鐵架臺(tái)上。

(2)向長(zhǎng)柄U形玻璃管的U形管內(nèi)注入約20 mL的高錳酸鉀溶液，在其直管的中部放置一藥匙硫粉，再按圖5所示連好整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。

(3)點(diǎn)燃酒精燈，加熱硫粉，一會(huì)兒硫粉緩慢燃燒，產(chǎn)生微弱而不明顯的淡藍(lán)色火焰；隨即通入氧氣，硫粉立即劇烈燃燒起來(lái)(此時(shí)停止加熱)，其火焰明亮且呈現(xiàn)漂亮的藍(lán)紫色，同時(shí)高錳酸鉀溶液逐漸褪為肉色。該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象充分說(shuō)明，硫粉在氧氣中燃燒比在空氣中燃燒劇烈，燃燒的產(chǎn)物是二氧化硫氣體。

(4)關(guān)閉氧氣罐上的旋鈕，停止通氧，硫粉立即停止燃燒；再次通入氧氣(無(wú)需另外加熱)，灼熱的硫粉又快速燃燒起來(lái)。如此反復(fù)幾次，玻璃管內(nèi)藍(lán)紫色火焰因此“一閃一滅”，甚是好看，直至硫粉燃盡為止。

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理實(shí)驗(yàn)用品，引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3 借助長(zhǎng)柄U形玻璃管進(jìn)行面粉燃燒實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行初中化學(xué)教科書(shū)中均編排了“面粉爆炸”實(shí)驗(yàn)，有的版本教材還安排了“灼燒面粉”實(shí)驗(yàn)，但所有版本教材都沒(méi)有設(shè)計(jì)“面粉燃燒”實(shí)驗(yàn)，而學(xué)生在日常生活中很難見(jiàn)到面粉的燃燒。為了增強(qiáng)教學(xué)的直觀性，幫助學(xué)生了解面粉的組成，認(rèn)識(shí)粉塵爆炸的緣由，我們借助長(zhǎng)柄U形玻璃管增補(bǔ)了面粉燃燒實(shí)驗(yàn)。

3.1 實(shí)驗(yàn)用品

長(zhǎng)柄U形玻璃管、配套的單孔橡皮塞、鐵架臺(tái)、酒精燈、藥匙、火柴、面粉、罐裝氧氣(或袋裝氧氣)、石灰水等。

3.2 實(shí)驗(yàn)裝置

借助長(zhǎng)柄U形玻璃管設(shè)計(jì)的新實(shí)驗(yàn)，其裝置如圖6所示(夾持裝置略)。

圖6 借助長(zhǎng)柄U形玻璃管進(jìn)行面粉燃燒實(shí)驗(yàn)

3.3 操作步驟

(1)取1個(gè)長(zhǎng)柄U形玻璃管(外徑為15 mm，容積約為45 mL)，將其固定到鐵架臺(tái)上。

(2)向長(zhǎng)柄U形玻璃管的U形管內(nèi)注入12～15 mL澄清石灰水，在其直管的中部放置兩藥匙面粉，再按圖6所示連好整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。

(3)點(diǎn)燃酒精燈，用其外焰加熱面粉至焦黃狀態(tài)，隨后停止加熱、同時(shí)通入氧氣，面粉立即燃燒起來(lái)；剛開(kāi)始燃燒發(fā)出淡紅色火焰，接著面粉發(fā)生劇烈燃燒，產(chǎn)生白色火焰，同時(shí)石灰水變渾濁。

(4)通過(guò)氧氣罐上的旋鈕控制通入氧氣的流量大小，則面粉燃燒的火焰呈現(xiàn)“白色→紅色”的起伏變化，直至面粉燒盡為止。待面粉燃燒結(jié)束，還觀察到長(zhǎng)柄U形玻璃管的直管內(nèi)壁出現(xiàn)明顯的水霧。

(5)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明，面粉在氧氣中可以燃燒，燃燒的產(chǎn)物有水和二氧化碳(進(jìn)而說(shuō)明面粉中含有碳元素、氫元素)。

(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理實(shí)驗(yàn)藥品，并引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4 借助長(zhǎng)柄U形玻璃管進(jìn)行可燃性氣體燃燒實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行初中化學(xué)教科書(shū)中編排的氫氣、一氧化碳、天然氣等可燃性氣體的燃燒實(shí)驗(yàn)，為確保安全，均設(shè)計(jì)了驗(yàn)純操作(如圖7所示)。即便如此，可燃性氣體在燃燒時(shí)仍存在爆炸隱患。我們借助石英材質(zhì)的長(zhǎng)柄U形玻璃管，將可燃性氣體的驗(yàn)純與燃燒合為一體，不僅實(shí)驗(yàn)安全而且操作簡(jiǎn)便，還能排除普通玻璃中鈉元素對(duì)火焰顏色的干擾。

圖7 初中化學(xué)教科書(shū)中氫氣驗(yàn)純操作

4.1 實(shí)驗(yàn)用品

石英材質(zhì)的長(zhǎng)柄U形玻璃管、單孔橡皮塞、鐵架臺(tái)、酒精燈、干冷小燒杯、火柴、充有燃?xì)獾膬?chǔ)氣囊、水、石灰水等。

4.2 實(shí)驗(yàn)裝置

借助長(zhǎng)柄U形玻璃管設(shè)計(jì)的新實(shí)驗(yàn)，其裝置如圖8所示(夾持裝置略)。

圖8 借助長(zhǎng)柄U形玻璃管進(jìn)行可燃性氣體燃燒實(shí)驗(yàn)

4.3 操作步驟

(1)取1個(gè)石英材質(zhì)的長(zhǎng)柄U形玻璃管(管徑為12 mm，容積約35 mL)，將其固定到鐵架臺(tái)上。

(2)向長(zhǎng)柄U形玻璃管的U形管內(nèi)倒入適量的水(以水面略微超過(guò)U形管底部為宜)，然后按圖8所示連好整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置(要確保裝置氣密性良好)。

(3)打開(kāi)燃?xì)鈨?chǔ)氣囊的旋塞，緩緩?fù)ㄈ肟扇夹詺怏w；稍后，直接用火柴在U形管管口點(diǎn)燃?xì)怏w(無(wú)需單獨(dú)對(duì)氣體進(jìn)行驗(yàn)純)。

(4)若氣體安靜燃燒(說(shuō)明氣體純凈)，再借助干冷的小燒杯、石灰水等驗(yàn)證氣體燃燒產(chǎn)物。

(5)若發(fā)生爆鳴(說(shuō)明氣體不純)，由于U形管內(nèi)水的阻隔，回火立即熄滅，爆炸在可控范圍內(nèi)僅會(huì)發(fā)生1次，絕不會(huì)引爆儲(chǔ)氣裝置；稍后(待不純氣體排出)，再次點(diǎn)燃?xì)怏w，當(dāng)氣體安靜燃燒后檢驗(yàn)燃燒的產(chǎn)物。

(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理實(shí)驗(yàn)用品，引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

5 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)柄U形玻璃管的構(gòu)造簡(jiǎn)單，既可以自制，也可以網(wǎng)購(gòu)。它的特殊結(jié)構(gòu)，使其具備了“一器多用”的實(shí)驗(yàn)功能，為化學(xué)教師開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源提供了裝備保障。

借助長(zhǎng)柄U形玻璃管設(shè)計(jì)的系列物質(zhì)燃燒實(shí)驗(yàn)，不僅安全可靠，而且豐富了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，方便了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察與分析，也拓展了學(xué)生的化學(xué)視野、培養(yǎng)了學(xué)生的理性思維能力。