義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教課書《化學(xué)》九年級(上冊)第26頁在介紹二百多年前,法國化學(xué)家拉瓦錫用定量的方法研究空氣的組成后發(fā)現(xiàn):空氣的組成為氮氣和氧氣。
1774年法國的化學(xué)家拉瓦錫提出燃燒的氧化學(xué)說,否定了燃素學(xué)說。拉瓦錫在進(jìn)行鉛、汞等金屬的燃燒實驗過程中,發(fā)現(xiàn)有一部分金屬變?yōu)橛猩姆勰?,空氣在鐘罩?nèi)體積減小了■,剩余的空氣不能支持燃燒,動物在其中會窒息。他把剩下的■氣體叫做氮氣(原文意思是不支持生命),在他證明了普利斯特里和舍勒從氧化汞分解制備出來的氣體是氧氣以后,空氣的組成才確定為氮氣和氧氣。這對二百多年前的拉瓦錫來講,是一個偉大的發(fā)現(xiàn),但對我們今天的人來講,這只是空氣組成發(fā)現(xiàn)的初級階段。筆者這里要討論的是氮氣能不能支持燃燒的問題。在拉瓦錫那個時代,他得出“氮氣既不能供給呼吸,也不能支持燃燒”的結(jié)論是可以理解的,因為那時的活潑金屬的單質(zhì)還沒有發(fā)現(xiàn)和制備出來,況且,氮氣的拉丁文命名的原意是“不能維持生命”,而不是“不能支持燃燒”。但是,在課本的第29頁討論版塊中又寫到:
“在測定空氣中氧氣含量的實驗中,集氣瓶內(nèi)剩下的氣體主要是氮氣。結(jié)合實驗和日常生活經(jīng)驗討論:
燃燒著的紅磷熄滅了,這種現(xiàn)象說明氮氣能不能支持燃燒?……”
那么,這時教師是把學(xué)生向能支持燃燒方面引導(dǎo)呢,還是向不能支持燃燒方面引導(dǎo)呢?向能支持燃燒方面引導(dǎo)吧,與課本前面的敘述相矛盾;向不能支持燃燒方面引導(dǎo)吧,又與事實不相吻合。因為氮氣能支持金屬鎂等活潑金屬的燃燒,這在后續(xù)課程高中教材(蘇教版必修Ⅰ第56頁)要討論。從本質(zhì)上講,氮氣中氮元素的化合價是0價,氮元素的化合價有+5、+4、+3、+2、+1、0、-3等,0價的氮可以得到電子化合價降低發(fā)生還原反應(yīng),具有氧化性。所以筆者認(rèn)為:為了避免學(xué)生的誤解,完全可以將此討論題刪去,由學(xué)生自己去領(lǐng)悟,由后續(xù)課程去討論。如果有學(xué)生問起,可作適當(dāng)解釋。也可采用實驗進(jìn)行協(xié)助,進(jìn)行科學(xué)討論:
首先,我們?nèi)私贪娼炭茣系膶嶒瀮?nèi)容設(shè)計了如下所示的實驗:
探索實驗:氮氣到底能不能支持燃燒
實驗器材:水槽、鐘罩、燃燒匙、橡膠塞、酒精燈、火柴、膠布、紅磷
實驗原理:紅磷與鐘罩內(nèi)空氣中的氧氣反應(yīng),生成五氧化二磷固體,使鐘罩內(nèi)剩下的氣體主要為氮氣(雖然仍然有其它雜質(zhì)氣體,但不影響后續(xù)實驗),這時鐘罩內(nèi)的氣體壓強減小,水面上升;如果此時打開鐘罩頂部鐘罩口的橡皮塞,則外界空氣將進(jìn)入鐘罩內(nèi),從而使鐘罩內(nèi)的氧氣濃度增大,進(jìn)而影響后續(xù)實驗。為了避免這種情況的發(fā)生,我們采用了先向鐘罩外的水槽內(nèi)注水,使鐘罩內(nèi)外的水平面一樣高,從而使鐘罩內(nèi)外的壓強基本相等,這樣我們就制取了可供后續(xù)實驗使用的氮氣,木條、紅磷等不能在氮氣中燃燒,但鎂、鈉等活潑金屬可在氮氣中燃燒。
操作步驟:
(1)如圖1所示,連接實驗裝置
(2)在燃燒匙內(nèi)放入紅磷,加熱至燃燒后,伸入鐘罩內(nèi),并立即塞緊塞子,可以觀察到鐘罩內(nèi)有大量白煙生成。待反應(yīng)結(jié)束后,白煙逐漸消失,鐘罩內(nèi)水面上升,鐘罩外水面下降,待恢復(fù)至原來溫度后(如圖2所示)向鐘罩外的水槽內(nèi)注水,使鐘罩內(nèi)外的水面一樣高。(如圖3所示)
(3)打開鐘罩頂部的橡皮塞,將燃著的木條伸入鐘罩內(nèi),注意觀察實驗現(xiàn)象。(燃著的木條在氮氣中熄滅,說明木條在氮氣中不能燃燒)
(4)打開鐘罩頂部的橡皮塞,將燃著的紅磷伸入鐘罩內(nèi),注意觀察實驗現(xiàn)象。(燃著的紅磷在氮氣中熄滅,說明紅磷在氮氣中不能燃燒)
(5)打開鐘罩頂部的橡皮塞,將燃著的鎂條伸入鐘罩內(nèi),注意觀察實驗現(xiàn)象。(燃著的鎂條在氮氣中能繼續(xù)燃燒,說明氮氣能支持鎂條的燃燒)
(6)打開鐘罩頂部的橡皮塞,將燃著的金屬鈉伸入鐘罩內(nèi),注意觀察實驗現(xiàn)象。(燃著的金屬鈉能在氮氣中繼續(xù)燃燒,說明氮氣能支持金屬鈉的燃燒)
由此,我們可以得出結(jié)論:氮氣不能支持木條、紅磷等物質(zhì)的燃燒,但可以支持金屬鈉、金屬鎂等物質(zhì)的燃燒,而不是氮氣不能支持燃燒的結(jié)論。
(作者單位 江蘇省東臺市實驗中學(xué))