多功能燃烧瓶的创新设计及应用

李静媛

摘要：物质燃烧是初中化学教学中的重要实验。为了增强学生视觉上的冲击和学习化学的热情，创新设计了多功能燃烧瓶实验装置。利用多功能燃烧瓶，进行铁丝燃烧实验，可以持续铁丝燃烧现象；进行白磷“水下燃烧”实验，可以简化操作，控制污染；进行硫粉燃烧实验，可以避免产物对环境的污染，并能对在空气和氧气中的燃烧现象作对比，帮助学生深刻理解化学反应的本质。

关键词：多功能燃烧瓶；物质燃烧；燃烧条件；实验改进

文章编号：1005–6629（2016）4–0072–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题提出

2012年审定的人教版九年级《化学》上册教材中，有不少关于燃烧的实验。例如第34页铁丝燃烧、第33页硫粉燃烧以及第129页白磷水下燃烧[1]等。这些实验有的因为现象震撼吸引了学生的注意力，有的因为趣味性强启发了学生的思考，还有的因为具有可操作性特点成为了学生探究物质性质的有效途径。但是经过多年的教学实践和思考，笔者发现这些实验还是存有一些不足，需要进一步改进。

污染难以控制。因为教材中的燃烧实验多在集气瓶中进行，难以达到完全密闭，因此产生的一些污染物如硫粉燃烧过程中或多或少还是会有一些二氧化硫气体逸散到空气中，影响了师生的身体健康。

对比难以形成。因为在集气瓶中进行的实验，物质反应的形式单一，很难形成有效的直观的对比，学生印象不够深刻。

现象难以持续。因为集气瓶的容量有限，所以物质的燃烧现象受到集气瓶中气体体积的限制只能持续较短的时间，每次做完实验学生都有意犹未尽的感觉。

2 装置设计

基于以上这些问题的思考，参考了一些相关资料，笔者认为解决上述问题应当着力打造适合物质燃烧实验的装置。这种装置应该能够持续提供气体且便于进行对比，而且应当包含可以加入放置反应物和收集生成物的容器。故设计并制作了多功能燃烧瓶作为实验装置，如图1所示[2]。

该多功能燃烧瓶为石英玻璃材质，能够耐受1000℃高温，可以适合绝大多数物质燃烧的实验。整个多功能燃烧瓶为圆柱体，类似茶杯，除上端开孔外，其余部位都密封。该多功能燃烧瓶的上端有三个孔，两侧的两个孔大小相同，中间的孔稍大。两侧的孔可以根据具体实验的需要分别通入氧气或空气，中间稍大的孔既可以用来向燃烧瓶中放入反应物，也可以根据具体情况通入气体。燃烧瓶中的玻璃托盘为圆柱形酒杯状，下方由四根连在容器底部的支柱支撑。玻璃托盘既可以收集燃烧产物也可以作为放置反应物的燃烧匙。

3 实践过程

3.1 铁丝燃烧实验

实验药品：铁丝、氧气

实验操作：用橡胶塞将燃烧瓶上一个进气孔塞上，然后向燃烧瓶内装入一定量的水，使水没过玻璃托盘即可。接着，向多功能燃烧瓶中鼓入氧气，在瓶口处用带火星的木条验满后向瓶中伸入引燃后的铁丝（如图2所示）。

实验效果：因为向燃烧瓶中持续通入氧气，铁丝燃烧的现象得到持续，火星四射，十分利于观察。产生的黑色固体大多掉落在燃烧瓶中间的托盘上，方便实验后清理。

3.2 白磷水下燃烧的实验

实验药品：白磷、空气

实验操作：向多功能燃烧瓶的玻璃托盘中注入热水，再向玻璃托盘中加入1～2粒白磷，用导管对准玻璃托盘中的白磷鼓入空气（如图3所示）。

实验效果：因为玻璃托盘中的白磷既能与鼓入的空气充分接触，又具有燃烧所需的最低温度，所以在托盘中的燃烧现象十分明显，且持续时间比较长。另外，白磷燃烧产生的白烟被水吸收，减少了五氧化二磷的逸散，有效地控制了污染[3]。

3.3 硫粉燃烧的实验

实验药品：硫粉、氧气、空气

初始设计：在多功能燃烧瓶中放入硫粉，两孔可先后分别通入氧气和空气。该实验能够实现在瓶中将硫粉引燃从而避免造成污染[4]。起先考虑利用导热性比较好的金属片如铜片，初步设想是将铜质燃烧匙连接在中间大孔的橡皮塞上，先在酒精灯火焰上将铜质燃烧匙加热1～2分钟后迅速将燃烧匙伸入多功能燃烧瓶中，利用燃烧匙的灼热高温引燃硫粉。笔者经过多次实验后发现这种引燃方法很难确保引燃硫粉。查阅资料得知，硫粉的着火点是232.2℃，在酒精灯上加热的铜制燃烧匙虽然在加热时能达到这样的温度，但是在伸入燃烧瓶的过程中温度往往很难保持，导致了硫粉难以引燃。

再次改进：既然利用加热燃烧匙引燃硫粉这种间接的方式成功率不高，能不能改为直接引燃硫粉呢？笔者最终选定了用电子打火枪来引燃硫粉。电子打火枪的枪头直喷火焰可以达到800℃高温，足够将硫粉引燃，而且可以反复使用，经济环保。同时，笔者又考虑到，反应后产生的SO2气体较多，仅靠瓶底事先装入的氢氧化钠溶液并不容易做到充分吸收，故将尾气用导管连接到装有氢氧化钠溶液的洗气瓶中进行吸收。用电子打火枪（该打火枪类似普通打火机，可直接产生持续火焰）代替了原先的燃烧匙，组装好装置后进行实验。事实证明，实验现象的确比较明显。然而，我们又发现一个新的问题，实验完成后还是能闻到轻微的刺激性气味，说明装置中存在漏气点。反复查找后发现，电子打火枪并不是完全密闭的，漏气发生在电子打火枪处，少量二氧化硫气体正是从电子打火枪的直杆部位泄漏出去的。看来，电子打火枪加入后原来封闭的装置不密闭了，一个问题的解决带来了另一个问题的出现。

最终改进：解决电子打火枪的漏气问题。解决方式一：在电子打火枪漏气的枪柄处套上密封性能较好的保鲜塑料袋，并用胶带纸进行绑定。在检查气密性时，若观察到塑料袋鼓起则说明装置不再漏气。解决方式二：打开电子打火枪的枪柄部位，向空心的枪杆中滴入液态石蜡实行密封，待石蜡在枪杆中凝固后即可实现枪杆的完全密闭，达到不再漏气的目的，但是此法需要有一定技术的实验室工作人员才能完成，不再赘述。

实验操作：如图4连接好仪器。多功能燃烧瓶上端中间大孔的橡皮塞上连有电子打火枪和玻璃导管，玻璃导管与装有氢氧化钠溶液的洗气瓶相连，燃烧瓶上端的两孔分别塞上通氧气和空气的导管。向多功能燃烧瓶中装入一定量氢氧化钠溶液确保通入氧气或空气的导管浸没到液面以下，再向燃烧瓶的托盘中加入硫粉。鼓入空气，通过空气导管中气泡的流速和洗气瓶中气泡流速的对比确定装置的气密性。停止鼓入空气，打开氧气气囊开关，使装置内充满氧气。在洗气瓶导管的末端验满后，利用电子打火枪将硫粉引燃。此时可以观察到硫粉在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰。停止通入氧气，打开空气气囊开关，观察到蓝紫色火焰逐渐消失。

实验效果：经过改进后的实验既消除了在空气中引燃硫粉和在集气瓶中燃烧产生的二氧化硫的污染，又能进行硫粉在空气和氧气中燃烧现象的对比，增强了学生对化学反应本质的认识，充分实现了实验的教学功能。

后续反思：本实验达到了预期的目的，消除了硫粉燃烧的污染，实现了硫在氧气和空气中燃烧现象的对比，是一次比较成功的尝试。笔者将进一步研究探索使用电加热方式引燃硫粉，使实验装置的密闭性更强。

4 实验价值分析

经过反复多次的实验，发现利用多功能燃烧瓶进行物质燃烧的实验，不仅适用于初中阶段的众多实验，也能满足高中阶段物质燃烧实验的需求，真正实现了一瓶多用，很值得推广。多功能燃烧瓶中可以有效地进行物质在氧气和空气中燃烧现象的对比，且能延续实验现象，十分利于观察，充分体现实验价值和化学反应的本质。多功能燃烧瓶能够消除污染，基本实现了化学实验的绿色化，展现了化学实验的崭新前景。

参考文献：

[1]人民教育出版社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012：33，34，129.

[2]严春建.三口烧瓶在“氧气化学性质”实验中的创新应用[J].化学教与学，2015，（10）：96.

[3]郭强，支维洲，杨嵘，赵越.“白磷在水下燃烧实验”的再改进[J].化学教学，2011，（11）：39～40.

[4]童昌.对硫分别在空气和氧气里燃烧实验的改进[J].化学教育，2013，（1）：71～75.