粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)的再改進(jìn)

劉玉婷

摘要：對(duì)人教版教材中的“粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行了改進(jìn)。借助紗布巧妙地將面粉盛裝在八寶粥罐蓋凹槽內(nèi)，利用拍擊落塵的方式使面粉灑下，接觸八寶粥罐體中燃著的蠟燭，爆炸發(fā)生。實(shí)驗(yàn)用品簡(jiǎn)單易得、用材少而精。

關(guān)鍵詞：粉塵爆炸：實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1008-0546（ 2022 ）11x-0092-02

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.11x.024

面粉是日常生活中常見的一種物質(zhì)，然而學(xué)生很少目睹面粉的燃燒或爆炸現(xiàn)象。學(xué)生在學(xué)習(xí)人教版化學(xué)教材九年級(jí)第七單元內(nèi)容，得知面粉能爆炸時(shí)，都半信半疑，對(duì)即將演示的爆炸實(shí)驗(yàn)充滿期待。裝置簡(jiǎn)單、容易操作、成功率高的演示實(shí)驗(yàn)?zāi)茏屨n堂更出彩。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)爆炸發(fā)生的條件，了解易燃、易爆危險(xiǎn)品的安全知識(shí)，認(rèn)識(shí)粉塵爆炸的危險(xiǎn)性，培養(yǎng)學(xué)生在生活中防范可燃性粉塵和可燃性氣體的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。體會(huì)化學(xué)與生活的密切聯(lián)系。

二、教材實(shí)驗(yàn)及改進(jìn)初衷

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)探究的重要方式。[1]人教版《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)第七單元“燃料及其利用”實(shí)驗(yàn)7-2的“粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)”（見圖1），其操作過程是：剪去空金屬罐和小塑料瓶的上部，并在金屬罐和小塑料瓶的底側(cè)各打一個(gè)比膠皮管外徑略小的小孔。連接好裝置，在小塑料瓶中放入干燥的面粉，點(diǎn)燃蠟燭，用塑料蓋蓋住罐。從膠皮管一端快速鼓人大量的空氣，使面粉充滿罐，觀察現(xiàn)象并分析原因。[2]

該裝置固然經(jīng)典、成功之后的現(xiàn)象也十分驚艷。然而，實(shí)際操作中存在以下難點(diǎn)及不足。

第一，鼓入空氣的速度難控制。在密閉容器中若快速鼓入氣體，即使沒有面粉的急速燃燒，鼓入的空氣也會(huì)使罐內(nèi)氣壓增大，有可能使罐蓋掀起；如果降低按壓氣囊的速度，實(shí)驗(yàn)的成功率大幅下降。[3]

第二，步驟“在金屬罐和小塑料瓶的底側(cè)各打一個(gè)比膠皮管外徑略小的孔，連接好裝置”，實(shí)際操作中除了要考慮孔徑的大小外，還需注意孔位的高度，完成起來有一定難度，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

第三，整個(gè)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)數(shù)分鐘，成功率不高。[4]

鑒于此，許多研究者都曾嘗試對(duì)該裝置進(jìn)行改進(jìn)。查閱文獻(xiàn)可知，改進(jìn)方向包括以下六個(gè)要素：反應(yīng)容器、密閉方式、容塵器具、揚(yáng)塵方法、火源種類、點(diǎn)火時(shí)刻。[5-8]其中，震落揚(yáng)塵操作簡(jiǎn)單，但已有的容塵器具制作較繁瑣復(fù)雜。[9]

如何讓操作簡(jiǎn)單和便于取材二者兼得？提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。帶著這樣的初衷，對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行如下改進(jìn)。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1．實(shí)驗(yàn)用品

干燥面粉、八寶粥罐及罐蓋（凈含量360 g）、圓形紗布（直徑略大于罐蓋內(nèi)徑，防止面粉從紗布邊緣泄出）、蠟燭（高約1 cm）、藥匙、火柴、雙面膠、塑料瓶蓋（固定蠟燭，使其放入罐底時(shí)不易翻倒）。

2．實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。其中罐體上方的罐蓋為提前制作的面粉儲(chǔ)存器。

3．實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)前，先將適量面粉放置于八寶粥瓶蓋的凹槽內(nèi)，得到面粉儲(chǔ)存器。制備的具體步驟如圖3。將八寶粥罐蓋倒放，取一藥匙面粉平鋪于罐蓋的凹槽處；然后在凹槽的上下兩側(cè)分別貼上一段合適長(zhǎng)度的雙面膠；撕開雙面膠上層并將圓形紗布粘貼在瓶蓋上，制成面粉儲(chǔ)存器。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將蠟燭用燭油固定在塑料瓶蓋上，置于金屬罐底部。然后引燃罐底的蠟燭，并迅速將凹槽朝下的面粉儲(chǔ)存器輕放在罐體正上方。隨后手指靠攏用力拍擊罐蓋。在力的作用下，罐蓋凹槽中的面粉從紗布孔隙下落，用敲擊揚(yáng)塵方法使粉塵達(dá)到爆炸極限，引發(fā)爆炸。實(shí)驗(yàn)操作過程如圖4所示。

用手拍擊的一瞬間，立刻聽到“嘣”的爆破聲，看到罐蓋被掀起，火光沖出罐體，面粉粉塵燃燒爆炸。

四、創(chuàng)新意義

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）操作簡(jiǎn)單，裝置輕便

該裝置無需打孔，實(shí)驗(yàn)中無需鼓氣，操作簡(jiǎn)單易上手。整套裝置小而輕，便于教師攜帶。

（2）實(shí)驗(yàn)用時(shí)較短

若上課前提前準(zhǔn)備好面粉儲(chǔ)存器，課中只需點(diǎn)蠟燭、扣放儲(chǔ)存器、拍擊罐蓋，整個(gè)演示過程僅耗時(shí)十余秒，極大地提升了課堂效率。

（3）可反復(fù)使用

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，整套裝置無殘損。揭開紗布露出一缺口，重新裝入面粉，固定紗布，即可開始下一次實(shí)驗(yàn)。把即將丟棄的金屬罐變廢為寶并實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，節(jié)約資源。

五、實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

歷經(jīng)多次嘗試，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，初步總結(jié)出本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的幾大要點(diǎn)。一是蠟燭高度最好不超過2厘米，否則蠟燭火焰會(huì)將上方的紗布燒壞，導(dǎo)致面粉傾瀉而下，實(shí)驗(yàn)失敗。二是拍擊速度要快，防止蠟燭燃燒時(shí)間太長(zhǎng)，消耗瓶?jī)?nèi)過多氧氣。三是拍擊時(shí)需用力，使更多面粉從紗布孔隙落下，增大裝置內(nèi)面粉的濃度，使爆炸效果更明顯。此外，若想重復(fù)一次實(shí)驗(yàn)，需將蠟燭熄滅，再重新點(diǎn)燃蠟燭開始實(shí)驗(yàn)。否則蠟燭長(zhǎng)時(shí)間燃燒消耗罐內(nèi)較多氧氣，使得氧氣濃度降低，難以達(dá)到面粉爆炸的條件。

六、總結(jié)與展望

該創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)以教材演示實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，改變了揚(yáng)塵方式，將鼓氣揚(yáng)塵變成敲擊落塵，無需打孔和鼓氣，操作簡(jiǎn)便。此外，也可以用透明的帶蓋大塑料瓶代替八寶粥金屬罐，或用更易揚(yáng)起的玉米爽身粉、淀粉代替面粉，[10]或?qū)⑵康紫灎T數(shù)量增加至2根，使得爆炸效果更佳、可視性更強(qiáng)。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。數(shù)次的嘗試終換來這一簡(jiǎn)易可行的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，希望能給各位同行帶來操作的便利。期盼同學(xué)們從震撼的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中收獲知識(shí)，啟迪科學(xué)思維。

參考文獻(xiàn)

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[2]人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心，義務(wù)教育教科書（化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)）[M]．北京：人民教育出版社，2012：133.

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[8]孫鵬，朱國(guó)定．關(guān)于“爆炸條件探究”實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐和思考[J].化學(xué)教學(xué)，2019（1）：73-75.

[9]方潔芳，張俊，何桂華，粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2021（4）：70-72．

[10]高智超，粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新[J]．中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（6）：67.