燃烧条件演示实验的新设计

王立超

摘要：基于教科书中燃烧条件实验存在污染环境、安全隐患、热水中白磷难捕捉等不足，对燃烧条件实验从燃烧原理、环保、安全、简便、便于观察、实验现象明显等角度作系统探究。将教科书敞开实验改为封闭实验，防止污染并消除白磷燃烧产生飞溅的安全隐患；将铜片上白磷、红磷并列放置改为分列放置，避免白磷会引燃红磷的不足；将热水中的白磷散放改为聚放，解决白磷液珠分散难以捕捉的问题。实验装置一体化设计，組装简单，操作简便，现象明显，便于观察和移动展示且绿色环保，取得良好的教学效果。

关键词：燃烧条件；演示实验；离心管（锥形管）；实验改进与探究

文章编号：1005-6629（2018）1-0068-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

探究燃烧条件的实验是现行人教版初中化学教材第7单元课题1“燃烧和灭火”的一个重要的演示实验，做好这项实验是学生建构和理解燃烧条件知识的关键，也是引导学生学会利用控制变量、对比分析的思想设计实验探究，增强对化学学习的好奇心和探究欲，激发化学学习兴趣，培养科学素养的重要环节。但教材中实验7-1的实验装置是敞开体系，并注明“由教师演示，需在通风橱内或抽风设备下进行”，但在实际教学中，普通教室没有通风橱或抽风设施，教师在教室内进行实验演示，师生就要承受实验过程中产生大量白烟及有害物质带来的危害。若考虑到污染因素，只能以观看视频代替具体实验操作，因而教材实验设计不利于实验教学功能的实施。基于此，不少同仁作了改进，虽各具优点但仍有不足。笔者对燃烧条件实验从燃烧原理、环保、安全、简便、便于观察、实验现象明显等角度作深入研究，研究过程及改进设计概述如下。

1.教科书实验原型及不足之处

实验原型（图1-a）铜片上的白磷燃烧时会产生大量白烟，污染环境，危害师生健康，不利于环保；白磷熔化燃烧会产生飞溅引燃红磷，不利于控制实验，对前排学生带来安全隐患。铜片以上下对流方式传热，反应时间较长，只能固定在讲台上演示，不能来回移动演示展示。

图1-b白磷在热水中熔化成液态，通人氧气时白磷会形成小油珠四处游动，很难固定，实验时需不断捕捉白磷，使操作难以把握，耗时费力，由于与氧气接触不固定，燃烧持续时间短，有时只见火光一闪，白磷又移位了，实验现象极不明显，影响教学效果。另外，燃烧产生的没有被水吸收完全的白烟逸出水面，同样不环保。

2.对文献中某些实验改进方案的简要评述

图1-a铜片上白磷、红磷燃烧对比实验改进方法：将对流传热改为传导传热如图2-c，此法虽加快传热但不环保，白磷也会引燃红磷，很少用；从环保的角度加钟罩式改进方法如图2-d、e，要添加钟罩（大烧杯）、水槽（装水）等较重物品，不便携带，不受教师青睐。

图2-f是比较流行的环保而简便的改进方法，但此法白磷先缓慢氧化产生的白烟沉降聚集于管底，阻碍白磷与空气接触，很多时候观察到试管里白烟笼罩，少有剧烈燃烧的火焰产生，有些学生还误以为是白磷受热熔化形成蒸气造成的，即使有火光时也持续不长，燃烧的实验现象不是很理想。

图1-b往热水里的白磷通人氧气的改进方法：漏斗倒扣法，如图3-g，在导气管末端连接一倒置的漏斗，似乎能将熔化的白磷局限在漏斗内，但在实际操作中通人氧气难以排尽白磷周围的水，漏斗下形成的气室气压易把白磷液滴从漏斗口与烧杯底的缝隙中排出，实验效果也不佳。

试管倒扣法，如图3-h、i，先将倒立的型号与试管配套的橡胶塞的上端凿成一个小的圆形凹槽，便于放置和固定白磷，将装满氧气的试管轻轻倒扣在放有白磷的橡胶塞上，白磷燃烧现象明显。由于试管里较大的气室与白磷接触来引燃，与在空气中引燃差别不大，这会使学生忽略实验中热水所起的作用，对其认知造成干扰，同时弱化白磷在热水里遇氧气流水下燃烧显现的“神奇”效果。如此操作还需用手不断支撑试管，产生的白烟也会有一部分逸散到空气中带来污染。

试管正立聚磷法：如图3-i，用正立的试管控制白磷，将白磷控制在试管底部较小的空间，起到防止白磷四处游动的目的，使白磷更容易与空气（或氧气）接触，现象明显，也解决污染的问题。但由于管底是圆底凹槽，在气流的吹动下，分散成小液珠的白磷很难重新聚集成大液珠，实验并没有达到预期的效果。

3.燃烧条件实验的新设计

3.1设计思路

（1）将教科书敞开实验改为封闭实验，防止污染并消除白磷燃烧会飞溅的安全隐患；（2）将铜片上白磷、红磷并列放置改为分列放置避免白磷会引燃红磷的不足；（3）将热水中的白磷散放改为聚放，解决白磷液珠分散难以捕捉的问题；（4）装置一体化设计，美观，操作简便，现象明显。

3.2设计装置

依据设计思路，笔者设计了两种一体化、组装简单、操作简便、现象明显、成功率高并有效防止污染的实验方案，如图4、图5：

3.3买验用品

仪器：500mL集气瓶（或广口瓶）、双孔橡胶塞、离心管（锥形管）、长颈漏斗、棉花（或海绵）、锥形瓶、注射器、镊子、药匙

药品：10%过氧化氢溶液、二氧化锰、红磷、白磷、5%氢氧化钠溶液

3.4装置组装

方案1装置连接如图4，先将两个燃烧匙的长柄截短，插在带导管（要伸到锥形管底部能与白磷接触）和长颈漏斗的双孔橡胶塞上，长颈漏斗的下端要低于燃烧匙的边缘，以免加水时水滴到燃烧匙里，用小刀在双孔橡胶塞插有两个燃烧匙的中间切一小口，插上一小块铜片作为隔板，防止白磷燃烧飞溅引燃红磷。

方案2用2个30mL细口瓶或管径为25mm的半截大试管2支（用棉线蘸酒精缠绕试管切割处，引燃棉线片刻放人冷水中就能整齐裂开）按图5连接装置。采用大管径容器在广口瓶里可保持加水时能直立，稍有倾斜也不会倾倒，使白磷周围有足够多的空气，让白磷燃烧现象明显而持久。若用小管径试管则白磷缓慢氧化产生的白烟沉降聚集于管底，将阻碍白磷与空气接触，使实验现象不够明显。

3.5操作步骤

（1）装药品。先往锥形管里加入一半的热水和黄豆粒大小的一颗白磷，并放到大广口瓶里，再往如图4、5所示右边的容器（燃烧匙、细口瓶或大试管）加人少量红磷，往左边的容器加入用纸吸干表面水分的黄豆粒大小的白磷，把盛有药品的容器并列放到大集气瓶（或广口瓶）里，塞上双孔橡胶塞。

（2）加热水。从长颈漏斗口加人约80%的热水，方案1热水量加至接近燃烧匙底0.5cm或刚接触底部，方案2热水量加至容器的中部即可，并用镊子夹取氢氧化钠溶液润湿的棉花（或海绵）塞住长颈漏斗口（如图4、图5所示），观察对比左右燃烧匙（或细口瓶、大试管）里白磷和红磷，及左边燃烧匙（或细口瓶、大试管）里白磷与锥形管热水里白磷的变化情况。约1分钟左边燃烧匙（或细口瓶、大试管）里白磷迅速燃烧，产生火焰，放出大量白烟，而红磷和热水里的白磷都没有燃烧。

通过左右白磷、红磷的对比实验，说明“可燃物燃烧需要达到一定的温度，不同的可燃物燃烧时需要的温度不同，温度达到可燃物的着火点才能燃烧”；通过对比燃烧匙上的白磷和热水中的白磷实验现象，说明“温度达到着火点的同时，还必须与氧气接触才能燃烧。温度虽然达到着火点不跟氧气接触也不能燃烧”。

（3）通氧气。往锥形管里热水中的白磷通人氧气，白磷立刻燃烧，说明“可燃物温度达到着火点同时与氧气接触才能燃烧”。锥形管中热水里的白磷在氧气流吹动下变成小液珠滚动，不断沉降聚集管底与氧气接触，燃烧持续时间较长，又可重复操作，实验效果很好。

4.燃烧条件实验新设计的优点

（1）将教科书敞开实验改为封闭实验，防止了污染，消除了白磷燃烧会飞溅的安全隐患。

（2）将铜片上白磷、红磷并列放置改为分列放置避免白磷会引燃红磷的不足，用大管径容器（细口瓶或大试管）能使白磷周围提供足够多的空气，使白磷燃烧现象明显而持久。

（3）将热水中的白磷放置于离心管（锥形管）里以固定和聚集白磷，解决白磷液珠分散难以捕捉的问题，燃烧现象明显，持续时间长，并可重复操作演示。

（4）实验装置一体化设计，组装简单，操作简便，现象明显，常用玻璃仪器，便于观察，并能拿在手上在教室里来回移动演示展示，还可用于学生分组开展燃烧条件实验的探究。endprint