铁燃烧实验的烟花教具制作

杨宇 万香琴 廖运文 高和军

摘要： 利用比表面积较大的钢丝棉、铁粉，实验室常见的铁丝、洗耳球、蒸发皿等创作“烟花棒”和“喷粉烟花”两个实验教具，使铁在空气中燃烧，并将铁燃烧火星四射的实验现象以烟花绽放的形式呈现，使铁燃烧反应的条件、原理、现象和应用等相关理论知识具体化和趣味化。该实验教具仪器易得、制作步骤简单、实验现象明显、观赏性强、操作安全性高，且不需要在纯氧中进行。

关键词： 铁燃烧; 实验改进; 教具制作; 初中化学

文章编号： 10056629（2022）02006403

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 问题的提出

铁燃烧实验是初中化学的一个经典实验，其美观的实验现象有助于激发学生学习化学的兴趣和积极性。人教版九年级化学教科书中的铁燃烧实验操作是： 取一根干净铁丝，将其盘成螺旋状，在下端系一根火柴并点燃，待火柴快燃尽时，插进集满氧气的集气瓶中（瓶底覆盖有水）。实验现象为火星四射，生成黑色固体。但在进行此实验时，发现以下几个问题： （1）实验需预先制备氧气;（2）集气瓶偶尔会发生炸裂。

针对实验中出现的问题，不少教师进行了实验改进[1～4]： 周良、甘磊等人将铁丝换为钢丝棉;蔡玲、齐岗等人将铁丝换成铁粉，改变铁的比表面积，增加和氧气的接触，使铁易在空气中燃烧。这些改进方法在实验成功率、观赏性和可操作性上有很大提升，但仍有不宜在室内演示、演示场地受限、安全性不足等弊端，详见表1。

本实验将书本知识与生活化学有效融合，基于体验性、趣味性、安全性和科普性原则创作了两个实验教具。该教具既可以在任意场合操作演示，又取材于生活，弥补了已有改进方法的不足。

2 教具制作

铁燃烧实验是铁和氧气在点燃的条件下发生氧化反应，基于这一化学本质，从操作简单、现象明显、成功率高等目标出发，创作了“烟花棒”和“喷粉烟花”两个实验教具，提高了实验的体验感和趣味性。

2.1 体验式教具——烟花棒

2.1.1 實验仪器和药品

直径1～2mm铁丝、0000号超细钢丝棉（简称钢丝棉）、还原铁粉（简称铁粉）、打火枪、水

2.1.2 教具装置图

烟花棒教具装置图，如图1所示。烟花棒教具实验效果图，如图2所示。

2.1.3 教具制作与实验步骤

（1） 将铁丝做成喜欢的形状（本文做的烟花棒常见形状——桃心型），高和宽各为10cm，铁丝的手柄长度为20cm左右。

（2） 取一块钢丝棉裁成条状，宽度约1cm，长度约40cm。把铁粉铺在上面，将附有铁粉的钢丝棉缠绕在桃心型铁丝上面。钢丝棉缠绕在铁丝上面需要疏松多孔，以增加铁与氧气的接触面。

（3） 使用打火枪引燃烟花棒。烟花棒燃烧时火星四射，实验效果如图2所示。冷却的火星形成黑色固体，可用磁铁吸引。

（4） 当没有火星产生时，表明铁粉快燃尽，钢丝棉快熄灭，应立即将剩有钢丝棉的烟花棒伸入水中熄灭。

（5） 实验结束，整理实验用品。

2.1.4 几点说明

（1） 钢丝棉是由超细的铁丝构成，自身比表面积大，与空气充分接触，在空气中可点燃，点燃后有火星产生但不会四处飞溅，短暂燃烧后熄灭（生成的不可燃烧物四氧化三铁附着在表面，隔绝氧气，导致燃烧终止），不会产生烟花绽放的现象。若钢丝棉燃烧过程中快速旋转或鼓风[9，10]，四氧化三铁掉落，呈现火星飞溅的壮观现象，但因圆周运动过快，火星溅射范围和速度不可控，使实验安全性较低。因此，仅用钢丝棉缠绕在铁丝上不能完成安全性高且现象明显的烟花棒的制作。

（2） 铁粉自身比表面积更大，可在空气中点燃。燃烧现象为火星四射，生成黑色固体，与教材中描述的铁燃烧实验现象完全一致。但铁粉难以制作烟花棒，需要将铁粉附着在铁丝上面。

（3） 钢丝棉像棉花一样疏松多孔，能够起附着铁粉的作用。棉花燃烧是分解燃烧，有火焰产生;铁燃烧是表面燃烧，无火焰产生。为了不干扰学生对铁燃烧实验现象的观察，最终选择质地是铁的钢丝棉作为附着铁粉的载体。

（4） 铁丝在该实验中主要起固定形状的支撑作用。铁丝比表面积小，在空气中不可燃烧，与铁粉、钢丝棉共同起对照作用，证明燃烧反应不仅和教材中的3项条件相关，还与“比表面积有关”，增加了燃烧反应的新知识及其探究性。

（5） 在操作过程中可适当挥动烟花棒，使生成的黑色固体掉落，促进钢丝棉的燃烧，观赏效果更佳。

（6） 制作烟花棒应保证手柄有足够的长度，约为铁丝形状高度的两倍。这样制作的烟花棒观赏性强且安全度高。钢丝棉缠绕在铁丝上面时要注重疏松度： 一是增大钢丝棉和氧气的接触面，延长钢丝棉燃烧的时间;二是让铁粉燃烧产生的火星飞溅出来。

2.1.5 教具优点

烟花棒实验操作简单，现象明显，易观察。在帮助学生巩固知识点的同时，使学生体验到实验的乐趣，激发学生的探究欲望，提高学生的动手操作能力。

（1） 该教具可以在学习完铁燃烧实验后使用，教师指导学生分小组合作，自制完成一个烟花棒，培养同学间的协同合作精神。

（2） 增强学生体验感。学生根据自己意愿制作一个生活中真实可见的烟花棒，强化了对课本知识的理解和应用。学生在燃放自制烟花棒的过程中切实体会到化学的神奇与魅力，增强了化学实验的体验感。

（3） 铁粉和钢丝棉在空气中燃烧时，铁丝发热，没有燃烧，通过对比得出结论： 铁自身的比表面积越大，与氧气的接触面就越大，燃烧现象就越明显、剧烈。

2.2 趣味型教具——喷粉烟花

2.2.1 实验仪器和药品

铁粉、洗耳球、剪刀、小型普通漏斗（简称漏斗）、橡胶管、蒸发皿、乙醇溶液、打火枪、白色托盘、湿抹布

2.2.2 教具装置图

喷粉烟花教具装置图，如图3所示。喷粉烟花教具实验效果图，如图4所示。

2.2.3 教具制作与实验步骤

（1） 用剪刀将洗耳球从尖嘴部约1.5cm处剪断。

（2） 将漏斗插进洗耳球球体部分。通过漏斗将铁粉装进洗耳球中。

（3） 剪一小节（约2cm）橡胶管，利用橡胶管和洗耳球之间的摩擦力将洗耳球剪下的两个部分连接起来（教具制作步骤图，见图5）。

（4） 将蒸发皿放在白色托盘上，向蒸发皿中加入蒸发皿容积1/3的乙醇溶液，并用打火枪点燃。

（5） 用改装的内装有铁粉的洗耳球朝上述点燃的火焰的外焰喷铁粉，可见到火星四射的灿烂烟花。

（6） 用湿抹布盖灭火焰，整理实验用品。

2.2.4 注意事项

制作该教具时，剪断洗耳球尖端的长度，不宜过长，也不宜过短。过长造成口径太大，不好封口;过短造成口径太小，装不进铁粉。

2.2.5 教具用途多样化

该教具还可用于焰色反应实验。將钾、钠、钡、锶等7种金属盐粉末，按上述步骤分别装进7个改装过的洗耳球中。点燃蒸发皿中的乙醇溶液，依次用上述洗耳球朝蒸发皿的外焰喷粉。

2.2.6 教具优点

（1）可用于教师演示实验，也可用于学生分组实验;（2）制作简单;（3）该教具产生的实验现象壮观，璀璨夺目，让学生在实验过程中更好地接受知识，强化理解，深化学习;（4）白色托盘和生成的黑色固体形成强烈色差，便于学生观察实验现象和检验产物。托盘可接住生成物，保持桌面整洁。

3 总结与反思

实验改进不是一蹴而就，而是不断试错，不断优化。烟花棒教具最初使用棉花作为铁粉的载体，但棉花燃烧是分解燃烧，有干扰。查阅资料后将棉花和铁粉的组合改为钢丝棉，但钢丝棉燃烧较为安静，没有火星四射的现象出现，与教材描述的内容不符，且实验现象观赏性不强。于是又尝试改为钢丝棉和铁粉组合，这样既排除了棉花的火焰干扰，又能呈现烟花盛宴。利用洗耳球创作喷粉烟花时，最初是在洗耳球球体划开一条口，利用漏斗装铁粉，用透明胶封口，多次挤压洗耳球后就会有铁粉漏出，密封性不好。经多次改进后想到，橡胶管和洗耳球尖端有较强的摩擦力，增强了喷粉球的密封性，最终创作出了喷粉烟花实验。

参考文献：

[1][9]周良， 魏海， 王会， 李德前. 以超细钢丝棉替代铁改进两个化学实验[J]. 化学教学， 2018， （6）： 76～79.

[2][5][10]甘磊， 李德前， 张羿. 铁燃烧实验的两种新改进[J]. 中小学实验与装备， 2019， 29（4）： 29～31.

[3][6]蔡玲. 巧用铁粉改进“铁的性质”实验[J]. 实验教学与仪器， 2020， 37（10）： 30～32.

[4][7]齐岗. 设计对比实验探究促进燃烧的方法——以“铁粉的燃烧”为例[J]. 中学化学教学参考， 2019， （16）： 56.

[8]刘蕊， 丁伟. “固体燃烧”相关问题释疑——从“铁燃烧”实验说起[J]. 化学教学， 2010， （2）： 75～77.