基于质量守恒的白磷燃烧演示实验的改进

向玉 万青青 周青 张聪杰

摘要：人教版初中化学教材质量守恒定律一节中，红磷燃烧实验存在白烟逸散、管口堵塞以及不易引燃等问题。与文献报道不同，作者通过注射器注入热水来引燃白磷的装置很好地改进了密闭体系中白磷燃烧实验，而且还增加了实验的趣味性。生成的产物五氧化二磷在密闭的环境中就得以处理，避免了空气污染。反应前后物质的质量差仅有0.02 g，很好地诠释了质量守恒定律。该改进实验具有成功率高、引燃快、气密性好、趣味性强等优点，提高了演示实验的效果。

关键词：质量守恒定律；白磷燃烧；实验改进

文章编号：1008-0546（2022）11-0096-02

中图分类号：G632.41

文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.022

在人民教育出版社2012年出版的九年级化学上册教材中，第五单元课题1“质量守恒定律”设计了在密闭体系中的红磷燃烧实验方案，用于探究反应前后物质的质量关系。这个实验可以让学生从已知实验出发，循序渐进地学习质量守恒定律。但教材中的实验方案还存在白烟逸散、管口堵塞以及不易引燃等问题，一线教师不能得到理想的教学效果。

一、教材中红磷燃烧实验存在的问题

1．白烟逸散，污染空气且引起误差

该实验需要在锥形瓶外加热套在橡胶塞上的玻璃管，然后用热玻璃管引燃锥形瓶中的红磷。由于很难迅速塞紧锥形瓶，导致大量白烟逸散，造成空气污染和反应前后称量结果不相等的问题。

2．管口易被细沙堵塞

当玻璃管加热后，需要快速將其与红磷接触。在这个过程中，若放红磷处的细沙堆积过多，就容易使玻璃管下端管口被细沙堵塞，进而使得瓶内气压不能及时缓冲，造成橡胶塞冲出或锥形瓶炸裂的问题。

3．不易引燃，浪费课堂时间

加热的玻璃管需要从锥形瓶外伸人瓶内，这个过程会使玻璃管温度降低。加之该内容上课时间一般在秋冬季节，玻璃管冷却速度就更快。而红磷的着火点为260℃，因此不易一次引燃。若重复多次，必然影响课堂教学效果。

4．处理有毒产物存在风险

反应结束后，需要对有毒的五氧化二磷进行处理。教材设计的实验需要先打开橡胶塞再进行处理，这会使部分五氧化二磷进入空气中，危害实验人员的健康以及污染环境。

二、白磷燃烧实验改进的方案

针对白烟逸散和管口堵塞的问题，已有研究给1出了以下的一些在密闭体系中引燃红磷或白磷等的解决方案：直接加热装有白磷的锥形瓶来引燃白磷[1，2]、使用电阻丝引燃红磷[3]、使用MCH陶瓷加热棒来引燃红磷[4]、使用聚光灯、放大镜聚焦热量来引燃白磷[5，6]等。

以上方法由于隔着锥形瓶引燃红磷（或白磷），时间都比较长。而且，实验结束后五氧化二磷是如何处理的，文献没有提及。与文献报道不同，我们通过注射器注入热水来引燃白磷的装置很好地改进了密闭体系中白磷燃烧实验，又增加了实验的趣味性。尤其是生成的产物五氧化二磷在密闭的环境中就得以处理，从而避免了空气污染。

三、实验过程

1．实验器材与药品

器材：锥形瓶（250 mL）、玻璃管、带针头的注射器（10 mL）、电子天平、单孔橡胶塞、气球。

药品：白磷、细沙、热水。

2．实验装置图

见图1。

3．实验步骤

（1）按照图1连接实验装置，并检查装置的气密性。

（2）向锥形瓶中加入适量细沙，铺满锥形瓶底部。取一块绿豆大小的白磷置于锥形瓶底部，使其恰好对准注射器针头（可以先在瓶口标记注射器的位置，再注入少量水在细沙上标记白磷的位置）。

（3）将注射器针筒取下，吸取2-3 mL热水，再接回到针头上，用电子天平称量反应前物质的总质量（ml）。

（4）迅速推动注射器，用热水引燃白磷。可观察到白磷燃烧，产生大量白烟，气球先变鼓后变瘪。

（5）反应结束后，待装置冷却至室温再次称量物质的总质量（m2）。

4．实验注意事项

（1）确保注射器针头对准白磷，以此来保证热水能与白磷接触，进而引燃白磷。

（2）确保热水的温度高于白磷的着火点，温度越接近沸水的温度效果越好。

（3）在开始反应前，将气球内空气尽量排尽。

5．实验结果

反应前后物质总质量相差0.02 g，非常接近，故可以认为反应前后质量未发生变化，重复5次实验均成功（见图2、图3）。

四、实验改进评价

1．提高了实验的趣味性

在学生的已有认知中，水是用来灭火的。本改进实验用热水引燃白磷，其滴水生火的现象提高了实验的趣味性，从而能激发学生的求知欲。同时，可以为学生学习第七单元燃烧的条件做铺垫。

2．提高了实验的安全性

本改进实验保证了实验始终在密闭体系中进行，有效避免了有毒的五氧化二磷逸散到空气中。同时本改进实验的玻璃管没有细沙堵塞的问题，保证了瓶内压强得以及时缓冲，避免了瓶塞冲出与锥形瓶炸裂的危险。

3．利于处理有毒产物

在实验结束后，可以用注射器向锥形瓶中注水或碱液，以此来吸收五氧化二磷，保证了五氧化二磷在密闭的环境中得以处理，从而避免了空气污染。

4．提高了课堂教学的效率

本改进实验能将白磷一次性地、快速地引燃，成功率高，缩短了教师演示实验的时间，提高了课堂教学的效率。

参考文献

[1]赵红，质量守恒定律演示实验的改进[J]．中学化学教学参考，2003（3）：30．

[2]朱丽娜．质量守恒定律实验改进二则[J]．教学仪器与实验，2014，30（4）：41．

[3]何文杰．“红磷燃烧前后质量的测定”实验的改进[J]．实验教学与仪器，2019，36（3）：26．

[4]庄鑫．密闭装置中点燃红磷的实验改进[J]．化学教与学，2020（2）：83-84．

[5]白乙拉，刘景林，白海泉，浅谈质量守恒定律实验的改进[J]．实验教学与仪器，2003（9）：10-11．

[6]张理达．质量守恒定律探究实验的改进[J]．教学仪器与实验，2006（8）：30．

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