石英玻璃燃烧匙的应用案例

朱玉忠 李德前 张羿

摘要： 用石英玻璃管制作燃烧匙，巧妙地将玻璃导管与玻璃匙融为一体。利用这种新型燃烧匙做木炭、硫磺、面粉等物质的燃烧实验，可以产生更加明显、持久、精彩的实验现象。该实验仪器提高了实验效果，开阔了学生的视野，丰富了中学化学实验的仪器装备。

关键词： 石英玻璃燃烧匙; 木炭燃烧; 硫燃烧; 面粉燃烧; 实验改进

文章编号： 1005-6629（2019）8-0071-04            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

1  问题的提出

我国现行各版本《义务教育教科书·化学》中都编排了有关氧气的几个燃烧实验，通常是把木炭、硫磺等物质在空气中引燃后再放入充满氧气的集气瓶中[1～2]，通过燃烧现象的比较，引导学生认识到“氧气的化学性质比较活泼”。在上述实验中，由于集气瓶中氧气的量有限，使燃烧时间较为短暂，燃烧现象不够精彩。

另外，现行上海教育出版社、人民教育出版社等出版的《义务教育教科书·化学》中安排了“面粉爆炸”实验[3～4]，借此说明“可燃性粉尘在一定条件下容易发生爆炸”。但是，教科书上没有编排“面粉燃烧”实验，而学生在日常生活中也很难见到面粉燃烧现象，因而不少学生对“面粉爆炸”实验的原理（在有限空间里急速燃烧）难以理解。

我们在实验教学中采用“缺点列举法”和“组合法”等创新技法[5]，巧妙利用石英玻璃管设计了一款新型的玻璃燃烧匙，通过燃烧匙的柄通入氧气，促进玻璃匙中的可燃物剧烈燃烧，从而很好地解决了教科书中上述实验设计及教材编排中的不足。

2  仪器的制作

石英玻璃燃烧匙是用外径约9mm的石英玻璃管加工而成的，它的柄是玻璃导管，该导管与燃烧匙的玻璃匙直接相通（见图1）。

鉴于石英玻璃材质具有熔点高、硬度大、耐高温与低温、能承受温度的骤然升降等特点，因此该燃烧匙采用了吹制与打磨相结合的方法。

取一根外直径约9mm、长30cm的石英玻璃管，一端用高温火焰加热，使管口封闭并至红软状，离开火焰后迅速在另一端吹气，使加热端鼓起一个直径约1.5～2cm的玻璃球。冷却后，把导管与玻璃球相连部分加热至红热状态，用镊子将其弯曲呈90°左右，冷却。然后固定并用微型打磨机将玻璃球顶部磨去约1/3的球冠，形成凹匙状，最后进行高温熔光即可。

3  仪器的应用

我们利用石英玻璃燃烧匙进行下述实验，取得了显著的实验效果。

3.1  实验用品

主要有石英玻璃燃烧匙，氧气罐（或氧气发生装置），250mL集气瓶（含配套的橡皮塞），酒精灯，镊子，药匙，火柴，脱脂棉等;木炭，硫粉（或硫磺颗粒），面粉，澄清石灰水，烧碱溶液等

3.2  木炭燃烧实验

（1） 将石英玻璃燃烧匙的柄与供氧装置的导管连接好，待用。

（2） 用镊子夹取一小块木炭放入燃烧匙的玻璃匙中，利用酒精灯外焰将其加热至红热状态（随后移走酒精灯），观察到木炭在空气中燃烧没有火焰，发出红光。

（3） 打开氧气罐上的旋塞，缓慢通入氧气，立即观察到木炭剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热。再关闭氧气罐上的旋塞（停止通入氧气），木炭又恢复至红热状态;再次打开氧气罐上的旋塞（继续通入氧气），木炭又剧烈燃烧而发出白光。如此反复2～3次[6]，实验现象令学生兴奋不已。

（4） 待木炭还剩很少一点时，将燃烧匙伸入盛有澄清石灰水的集气瓶中（见图2），至木炭完全燃烧后停止通入氧气。

（5） 取出燃烧匙，轻轻振荡集气瓶内的澄清石灰水，立即观察到石灰水变浑浊，证明木炭燃烧生成二氧化碳气体（有关的化学方程式是C+O2点燃CO2）。

（6） 实验结束，师生整理实验药品，并布置学生完成有关的实验报告。

3.3  硫燃燒实验

（1） 取一个跟250mL集气瓶的口径相配套的单孔橡皮塞，在橡皮塞的中部打一个粗孔（使其与石英玻璃燃烧匙的柄配套），在橡皮塞的边缘处打一个细孔（用于透气）;然后按图3连接好，备用。

（2） 用药匙小端取少量的硫粉（或用镊子夹取一小块硫磺颗粒）放入燃烧匙的玻璃匙中，利用酒精灯的外焰加热硫粉至熔化、燃烧（随后移

开酒精灯），观察到硫在空气中燃烧发出微弱的淡蓝色火焰，产生刺激性气味的气体。上述实验现象初步说明，硫燃烧生成二氧化硫气体（有关的化学方程式是S+O2点燃SO2）。

（3） 立即将燃烧匙伸入盛有适量烧碱溶液的集气瓶中，同时塞紧橡皮塞，并将一团浸有烧碱溶液的脱脂棉盖住透气孔（见图4）;再迅速打开氧气罐上的旋塞，缓缓通入氧气，观察到硫磺剧烈燃烧起来，发出明亮的漂亮的蓝紫色火焰。

（4） 待硫粉燃烧完毕，关闭氧气罐上的旋塞，停止通入氧气。然后轻轻振荡集气瓶内的烧碱溶液，以充分吸收硫燃烧产生的二氧化硫气体，从而最大限度地减轻二氧化硫对大气的污染。

（5） 实验结束，师生整理实验药品，并布置学生完成有关的实验报告。

3.4  面粉燃烧实验

（1） 将石英玻璃燃烧匙的柄与供氧装置的导管连接好，待用。

（2） 用药匙取适量干燥的面粉放入燃烧匙的玻璃匙中，利用酒精灯外焰将面粉加热至焦黄状（随后移走酒精灯）;然后缓慢通入氧气，观察到面粉立即燃烧起来，一开始产生黄色火焰，随着氧气流量的加大，面粉剧烈燃烧并产生白色火焰（发出白光）。如果控制氧气流量的大小，面粉燃烧的火焰就会出现“红色→白色”的起伏变化。

（3） 待面粉还剩少许时，将燃烧匙伸入干冷的集气瓶中（见图5），观察到面粉继续燃烧，集气瓶内壁出现明显的水雾。

（4） 待面粉完全燃烧后，停止通入氧气，拿出燃烧匙。稍后，向集气瓶里倾倒少量澄清的石灰水，轻轻振荡，石灰水立即变浑浊。上述实验现象说明，面粉可以燃烧，燃烧的产物有水和二氧化碳气体（进而说明面粉中含有碳元素、氢元素）。

（5） 实验结束，师生整理实验药品，并布置学生完成有关的实验报告。

4  注意事项

（1） 在木炭燃烧实验中，木炭需提前处理一下，使其刚好能放入燃烧匙里;木炭不能太小，否则很快烧完。另外，木炭燃烧对环境没有不良影响，为便于学生欣赏精彩的实验现象，待木炭还剩很少时才移入盛有石灰水的集气瓶里继续燃烧（用于检验燃烧产物）。

（2） 在硫的燃烧实验中，难免会有少量二氧化硫气体散逸到空气中，此时注意引导学生用正确的方法闻一下二氧化硫气体的气味，从而在感官上增强学生对二氧化硫是大气污染物的认识。

（3） 在面粉燃烧实验中，尽量选用干燥的淀粉或低蛋白的面粉，以减少氮、硫元素及水蒸气的污染与干扰。另外，面粉在集气瓶内的燃烧时间不宜过长，以免集气瓶内壁过热，不利于水蒸气液化;在倒入石灰水检验二氧化碳时，应在集气瓶恢复至室温后进行。

（4） 在实验过程中，通入氧气要由慢到快，这样实验现象的变化更具层次感。当然，氧气的通入也不能过快，防止氧气流将可燃物吹出玻璃匙。

5  仪器的优点

（1） 该实验仪器巧妙地将玻璃导管与玻璃匙融为一体，解决了由于氧气不足造成的实验现象不明显、实验难以持续的问题，并能真实地呈现木炭、硫磺等物质燃烧的标准实验现象。

（2） 石英玻璃燃燒匙小巧透明，用其在开放的空间里进行燃烧实验，更方便学生观察实验现象，而且实验现象持久、有趣，对学生具有震撼作用，能很好地激发学生学习化学的兴趣。

（3） 该仪器的玻璃匙为切割掉1/3球冠剩下的球体，可燃物放在里面不会掉落，也不会被轻易吹出。利用该仪器进行实验所需的药品少，且能够完全燃尽，既延长了燃烧时间又节约了药品。

（4） 该仪器构造简单，设计巧妙，易于操作，便于控制，而且可以随时重复，让精彩再现。仪器的材质是石英玻璃，能够承受住温度的骤然升降。因此，石英玻璃燃烧匙具有良好的实用性和推广性。

6  两点说明

（1） 钠、镁等活泼金属在氯气或二氧化碳气体中的燃烧，也可以借助石英玻璃燃烧匙进行。

（2） 如果没有石英玻璃燃烧匙，可以在普通燃烧匙的铁柄内侧（铜匙上方），捆扎一根外径9mm左右的金属管或玻璃管，并使导管末端适度弯曲伸进燃烧匙的铜匙里（见图6-A）。还可以将玻璃管更换为细铜管，从而做成一个全铜质的燃烧匙（见图6-B）。

参考文献：

[1][3]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， 2015： 34， 128.

[2][4]中学化学国家课程标准研制组. 义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2017： 31， 95.