降温灭火实验新设计

潘国荣+刘芬

摘 要：取一个容积为2 L左右的圆柱形透明塑料瓶，瓶子剪掉一边保留完整瓶底，外壁用一张红纸贴上做成“贴红塑料半瓶”。把适宜的广口瓶玻璃盖（或金属瓶盖、塑料瓶盖）倒放（粘贴）在“贴红塑料半瓶”底部中间，再放上一个燃烧匙，实验装置就组装完毕了。在瓶盖的凹槽里注满0℃左右的冰水，将硫放入燃烧匙里燃烧，把硫燃烧的燃烧匙放到装满冰水的瓶盖上进行“降溫灭火”实验。

关键词：灭火原理 硫燃烧 降温灭火 灭火实验

实验设计

灭火的原理有三个：一是去掉可燃物；二是让可燃物与氧气隔离；三是降温低于可燃物的着火点。对于“降温低于可燃物的着火点”这个灭火原理，我国现行各种版本的初中化学教科书中都没有设计相应的实验，学生对这个问题的理解没有直观的情景材料，许多学生只能囫囵吞枣地死记硬背。

一、实验设计的思路

用一个简单的实验演示说明：可燃物在空气中燃烧，单独降低温度，也能够灭火。需要的可燃物是常见的，现实生活中或者实验室里就有，比较便宜。可燃物要易燃烧，点燃方便，但燃烧不能太剧烈，易熄灭；实验装置简洁，制作容易，能够推广；实验操作简单、方便，对比性强、成功率高；实验过程安全、无危险。

二、实验研究的过程

我们曾将125 mL的小集气瓶固定在250 mL的烧杯里，在集气瓶和烧杯之间注入用饱和食盐水制作的冰水，让小集气瓶里的气温为-3 ℃，将点燃的生日小蜡烛慢慢伸入集气瓶里，几分钟也不熄灭。我们用点燃的两块小木炭，一块伸入气温为-3 ℃的小集气瓶里，一块伸入室温的小集气瓶里，小木炭燃烧后再进行对比，但对比性不好，不能说明问题。至此，这个实验制作设计宣告失败，只能暂停实验。

冬天，我们在对“硫在空气中燃烧”的实验进行改进时，在燃烧匙里放入了过多的硫粉，实验过程中为了让燃烧的硫熄灭掉，就把燃烧匙伸到了冷水槽中，在燃烧匙底接触水面的瞬间，发出了“哧”的声音，燃烧匙边也出现了许多水雾，燃烧匙上的火焰减弱，一会儿就熄灭了。由此，我们的“降温灭火实验设计”在“踏破铁鞋无觅处”时，通过硫燃烧的熄灭，迎来了“柳暗花明又一村”的设计新思路。

三、实验装置的制作

取一个容积为2 L的圆柱形透明塑料瓶，把上面小的部位切掉，用记号笔在瓶子两边画线使之一分为二。从两边沿画线剪下，保留完整瓶底，被剪掉的瓶子的一边瓶底最低保留2.5 cm的高度，使瓶子仍能放置平稳且不变形，取名“透明塑料半瓶”。在“透明塑料半瓶”的外面贴上一张红纸（对此问题，我们在另外一篇文章《硫在空气与氧气中燃烧实验创新设计》已做了对比实验和讨论），以得到“贴红塑料半瓶”。取一个燃烧匙，选择一个广口瓶玻璃盖，使它倒放时凹槽口能容下四分之三左右的燃烧匙底部，确保燃烧匙边高于凹槽瓶盖边（如图3所示）。把适宜的广口瓶玻璃盖倒放在“贴红塑料半瓶”底部中间，再放上一个燃烧匙，就组成实验装置了（如图1、图2所示）。如找不到适宜的广口瓶玻璃盖，可以用适当大小的金属瓶盖或者塑料瓶盖，只是轻的盖子要用万能胶黏贴在“贴红塑料半瓶”的底部中间，要固定好，防止在放入燃烧匙时碰翻。

四、实验操作方法

在“贴红塑料半瓶”底部的广口瓶玻璃盖的凹槽里注满0 ℃左右的冰水，将硫黄粉放入燃烧匙里约三分之一匙，把装有硫黄粉的燃烧匙放在酒精灯火焰上加热，点燃硫黄，迅速移动硫黄被点燃了的燃烧匙到“贴红塑料半瓶”瓶盖上方，观察硫黄燃烧的现象（如图4所示），再把燃烧匙放到下面装有冰水的瓶盖上按住，观察其产生的现象（如图5、图6所示）。

五、实验现象与结果

1.实验产生的主要现象

在红色纸背景的衬托下，硫在空气中燃烧所产生的淡蓝色火焰非常清晰。把附着硫黄的燃烧匙放在装满冰水的瓶盖上，会听到“哧”“哧”的声音，燃烧匙边会产生少许水雾，燃烧匙上的火焰变小，火焰熄灭后燃烧匙中间的上方会短暂出现少许黄烟。

2.实验结果与讨论

硫黄的熔点因为结晶状态不同而有所差异，在106.8 ℃～114.6 ℃之间，沸点是444.6 ℃。硫黄受热先熔化后燃烧，其着火点是190 ℃，产生火焰是因为硫蒸汽在燃烧。硫的燃烧热是296.83 kJ·mol-1，比碳的燃烧热393.51 kJ·mol-1要低得多，也就是说硫的燃烧放热要相对少一些。当附着硫黄的燃烧匙底部浸入冰水中，由于燃烧匙的热传导作用，使正在熔化燃烧的硫黄产生的热量不足以对抗冰水吸收的热量，使温度急速下降而凝固，温度低于硫黄的着火点而停止燃烧。这个实验设计可以作为中学实验教学中“降温灭火”的良好实例。

“降温灭火”原理早已在实践中有所应用，效果较好。例如，我国于1987年3月利用液氮（在1.01×105 Pa下温度为-196 ℃）在大连港成功扑救新加坡籍“电气石海皇”轮鱼粉自燃酿成的火灾；2013年我国生产出一种新型的灭火产品DSPA-5火场快速降温弹（灭火弹），它能够在大约30秒钟将150 m3室内的火场温度从1000 ℃降至100 ℃左右，并保持45～60分钟的控温时间，从而达到灭火目的，它是一种室内和密闭空间火灾高效节能灭火的新方式。

六、实验设计的优点

本实验设计的优点主要是：

（1）为学生学习“降温灭火”原理提供了真实而生动的情境，通过实验学化学，让学生在循序渐进中加深对知识的理解。同时，教师还可以结合现实应用情况进一步向学生介绍化学知识，拓宽学生视野。

（2）实验用品中的透明塑料瓶、金属瓶盖、塑料瓶盖等，很便宜，可以有效利用废物。

（3）实验装置简单易做，没有难度，学生都能操作成功。

（4）实验操作简单、安全、无危险。药品用量少、污染小。

（5）实验过程简洁明了，成功率高，效果好。

（6）实验既可以作为教师的演示实验，也可以作为学生的探究实验活动。无论是城市学校，还是乡村学校都可以应用。

参考文献：

[1]王晶，郑长龙.义务教育教科书·化学·九年级·上册[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2]沈怡文，陈德余.义务教育教科书·化学·九年级·上册[M].北京：科学普及出版社，2012.

[3]王祖浩，王磊.义务教育教科书·化学·九年级·上册[M].上海：上海教育出版社，2012.

[4]江琳才.义务教育教科书·化学·九年级·上册[M].北京：科学出版社，广州：广东教育出版社，2012.