劉立新+杜衛(wèi)民+劉苒筠+戰(zhàn)金玲+劉靜

摘要：針對(duì)酒精燈加熱所采用的火焰部位存在爭議，設(shè)計(jì)了酒精燈直接加熱幾種不同角度試管的效率的探究實(shí)驗(yàn)，分別采用酒精燈焰心、內(nèi)焰、外焰進(jìn)行加熱。結(jié)果表明，用酒精燈內(nèi)焰加熱試管的效率最高，能減少酒精的用量以及燃燒帶來的污染。分析指出，酒精燈的加熱效率還與火焰對(duì)被加熱儀器形成的加熱面積以及火焰的穩(wěn)定性有關(guān)。

關(guān)鍵詞：酒精燈火焰；加熱試管；加熱效率；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)：1005–6629（2014）9–0059–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

酒精燈加熱是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的常規(guī)操作，盡管每次加熱實(shí)驗(yàn)酒精的消耗量不是很大，但是每年全國化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用酒精的總量還是很大的，由此帶來的碳排放也不容忽視。因此國內(nèi)近年來對(duì)酒精燈進(jìn)行加熱操作時(shí)采用內(nèi)焰加熱還是外焰加熱存在爭議。

王立平等曾做了使用酒精燈對(duì)豎直試管和向上傾斜45℃試管進(jìn)行加熱的效率的研究[1]，分析認(rèn)為當(dāng)試管遇到火焰時(shí)，火焰被試管“劈開”，既加大了火焰和空氣的接觸面積，也加大了火焰與試管的接觸面積；并得出加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

在此研究基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行了更深入細(xì)致的研究。首先，我們將王立平老師的一組固定裝置的研究，改為三組固定裝置的平行實(shí)驗(yàn)，這樣可以消除環(huán)境溫度、風(fēng)向等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來的影響；其次我們對(duì)王立平老師提出的“給試管加熱的最佳操作方法”[2]存有異議，設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；此外我們還設(shè)計(jì)了水平試管加熱的實(shí)驗(yàn)，這樣可以為得出“使用酒精燈對(duì)任意角度試管加熱的最佳火焰部位”的結(jié)論提供更有力的依據(jù)，同時(shí)也為實(shí)驗(yàn)室其他和試管形狀相似的儀器（如還原氧化銅的玻璃管等）進(jìn)行直接加熱時(shí)火焰的選擇提供依據(jù)。

1 加熱效率探究實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

1.1消除其他因素影響的措施

為了消除其他因素的影響。我們每次同時(shí)做三組實(shí)驗(yàn)，分別進(jìn)行焰心、內(nèi)焰、外焰加熱容器內(nèi)等量水用時(shí)的測定。每一類實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次（如表1所示）。

此外還采取以下措施：實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉門窗以消除風(fēng)的影響；每次加熱用水均從同一個(gè)大型的容器中，由3人使用吸量管同時(shí)吸取等量的水；同時(shí)使用酒精燈進(jìn)行加熱并計(jì)時(shí)；3組實(shí)驗(yàn)溫度計(jì)均在受熱水的中部并處于同一水平線；使用的三個(gè)溫度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)；酒精燈燈芯每次實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行修剪，并重新添加等量酒精。

1.2 試管放置角度的選擇

試管加熱一般為向上或向下傾斜放置。加熱豎直放置或水平放置試管操作很少，但是為了探究一般性規(guī)律，我們分別選取了0℃、45℃、90℃三個(gè)角度研究，如果三個(gè)角度結(jié)論相同，那么可以得出任意角度也應(yīng)該有相同的規(guī)律。

試管向下傾斜時(shí)使火焰產(chǎn)生變形的情況，與試管向上傾斜時(shí)使火焰產(chǎn)生變形的情況互為對(duì)稱，因此只研究試管向上傾斜時(shí)加熱效率即可。

1.3 試管規(guī)格的選擇

規(guī)格太小試管容積小，加熱時(shí)間短，容易使實(shí)驗(yàn)的計(jì)時(shí)誤差過大。因此在實(shí)驗(yàn)室較常用的試管中，選取規(guī)格適中的φ18×180mm試管。

2 加熱豎直試管實(shí)驗(yàn)

2.1 加熱豎直試管時(shí)火焰分布

在對(duì)所使用酒精燈火焰分析的基礎(chǔ)上，我們分別選取火焰不同部位對(duì)豎直試管進(jìn)行加熱，當(dāng)使用酒精燈加熱豎直試管時(shí)，酒精燈火焰產(chǎn)生變形（見圖1）。

盡管不同裝置用時(shí)存在差別，但是無論是從每次實(shí)驗(yàn)比較，還是從每組裝置比較都可以得出相同結(jié)論。加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

3 加熱傾斜45℃試管實(shí)驗(yàn)

3.1 加熱傾斜45℃試管的兩種方案

王立平等進(jìn)行的研究認(rèn)為：當(dāng)對(duì)試管進(jìn)行加熱時(shí)，加熱效率最高的操作為“傾斜試管約45℃，讓試管底部在火焰中部加熱”（圖2）[3]。

我們分析認(rèn)為：采取這樣的加熱方式，左側(cè)火焰并未用于對(duì)試管加熱，而是將熱量散失在空氣中。因此我們設(shè)計(jì)了加熱傾斜45℃試管的兩種方案，一種方案與文獻(xiàn)相同；另一種方案我們將加熱部位上移，讓火焰全部用于試管加熱。

3.2 試管傾斜45℃，試管底部在火焰中部加熱時(shí)火焰分布

試管底部在火焰中部加熱時(shí)，酒精燈火焰產(chǎn)生變形（見圖4）。

與豎直試管加熱相同，使用焰心加熱，火焰以溫度較低的淡藍(lán)色為主。只有最左側(cè)與空氣接觸充分的部分火焰為紫色。變形火焰與試管接觸面積較大，火焰沿試管底部及兩側(cè)向上延伸，包住試管底部。

使用內(nèi)焰加熱，內(nèi)焰在試管底部產(chǎn)生明顯變形，內(nèi)焰半徑明顯變大。同時(shí)內(nèi)焰周圍有較明顯的外焰部分。變形火焰與試管接觸面積比焰心還要大，底部及兩側(cè)向上延伸，基本包住試管底部。

使用外焰加熱，焰心和內(nèi)焰基本沒有產(chǎn)生變形，外焰部分直徑略有變大，火焰僅接觸試管底部少部分，接觸面積明顯小于內(nèi)焰和焰心。

焰心加熱時(shí)火焰較穩(wěn)定。外焰和內(nèi)焰加熱時(shí)，火焰有上下跳動(dòng)和擺動(dòng)現(xiàn)象，外焰較明顯。

3.3 試管傾斜45℃，試管底部在火焰中部加熱時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

仍采用三人同時(shí)實(shí)驗(yàn)，用稱量管從同一容器中吸取30mL自來水加入試管，其余操作同豎直試管實(shí)驗(yàn)。結(jié)果記錄見表3。

得到與加熱豎直試管相同結(jié)論，加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

3.4 試管傾斜45℃，試管中下部在火焰中加熱時(shí)火焰分布

試管中下部在火焰中加熱時(shí)，酒精燈火焰產(chǎn)生變形（見圖5）。

與豎直試管加熱相同，使用焰心加熱，火焰以溫度較低的淡藍(lán)色為主。只有最右側(cè)少部分火焰由于空氣量稍大，火焰略顯明亮。變形火焰與試管接觸面積較大，火焰沿試管兩側(cè)向上延伸5mm左右。

使用內(nèi)焰加熱，內(nèi)焰產(chǎn)生明顯變形，內(nèi)焰半徑明顯變大。同時(shí)內(nèi)焰周圍有較明顯的外焰部分。變形火焰與試管接觸面積較大，火焰沿試管兩側(cè)向上延伸5mm左右。

使用外焰加熱，焰心和內(nèi)焰基本沒有產(chǎn)生變形，外焰部分直徑略有變大?；鹧嫜卦嚬軆蓚?cè)略向上延伸，接觸面積明顯小于內(nèi)焰和焰心。

焰心加熱時(shí)火焰較穩(wěn)定。外焰和內(nèi)焰加熱時(shí)，火焰有上下跳動(dòng)和擺動(dòng)現(xiàn)象，外焰較明顯。

3.5 試管傾斜45℃，試管中下部在火焰中加熱時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

除加熱部位不同以外，其余實(shí)驗(yàn)操作步驟同本文3.3。結(jié)果記錄見表4。

得到與前文相同結(jié)論，加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

此外對(duì)照兩種加熱傾斜45℃方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將火焰整體用于試管加熱，其效率明顯大于“讓試管底部在火焰中部加熱”的方案。

另外，筆者還對(duì)水平試管的加熱進(jìn)行了相同測試，酒精燈火焰變形情況與上述相同。測試結(jié)論也相同，即加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰（具體數(shù)據(jù)略）。

4 討論

4.1 影響加熱效率的主要因素

在對(duì)試管加熱時(shí)，影響加熱效率主要有兩個(gè)因素：火焰與被加熱儀器接觸部位的溫度；火焰對(duì)被加熱儀器形成的加熱面積。兩個(gè)因素共同作用對(duì)加熱效率產(chǎn)生影響。正是在這兩種因素綜合作用下，才使得內(nèi)焰的加熱效率最高。

4.2 火焰的穩(wěn)定性的影響

我們在實(shí)驗(yàn)時(shí)采取了關(guān)閉門窗等措施，但是有時(shí)由于實(shí)驗(yàn)人員走動(dòng)以及暖氣（北方冬季管道供暖）造成的空氣流動(dòng)，對(duì)酒精燈火焰還是產(chǎn)生細(xì)微影響，主要表現(xiàn)為火焰左右擺動(dòng)，而影響最大的就是外焰，也就是說外焰加熱最不穩(wěn)定。

另外，我們推測可能是局部缺氧的緣故，火焰會(huì)出現(xiàn)上下擺動(dòng)的情況。

火焰的不穩(wěn)定對(duì)外焰加熱影響很大，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)火焰偏離試管的現(xiàn)象，導(dǎo)致外焰加熱效率降低。

4.3 結(jié)語

通過對(duì)水平、45℃、豎直試管的加熱效率探究都表明內(nèi)焰加熱效率最高。由此，我們推測試管呈現(xiàn)其他角度傾斜時(shí)，也應(yīng)該是內(nèi)焰效率最高。過去所提倡的外焰加熱，由于與試管接觸面積小，火焰不穩(wěn)定，散失到周圍空氣的熱量多，因此使用酒精燈加熱應(yīng)該用內(nèi)焰。

在實(shí)驗(yàn)室有時(shí)還需要對(duì)與試管形狀類似的儀器進(jìn)行加熱，例如氫氣還原氧化銅的玻璃管等，也應(yīng)該采用內(nèi)焰加熱。

在一般試管加熱操作時(shí)，應(yīng)該使試管傾斜，火焰接近試管底部但要保證火焰全部用于加熱試管，同時(shí)注意用內(nèi)焰加熱。

參考文獻(xiàn)：

[1][2][3]王立平，盧玉妹，王詠梅等.酒精燈加熱效率的實(shí)驗(yàn)探究[J].化學(xué)教育，2009，30（11）：63～64.

焰心加熱時(shí)火焰較穩(wěn)定。外焰和內(nèi)焰加熱時(shí)，火焰有上下跳動(dòng)和擺動(dòng)現(xiàn)象，外焰較明顯。

3.5 試管傾斜45℃，試管中下部在火焰中加熱時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

除加熱部位不同以外，其余實(shí)驗(yàn)操作步驟同本文3.3。結(jié)果記錄見表4。

得到與前文相同結(jié)論，加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

此外對(duì)照兩種加熱傾斜45℃方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將火焰整體用于試管加熱，其效率明顯大于“讓試管底部在火焰中部加熱”的方案。

另外，筆者還對(duì)水平試管的加熱進(jìn)行了相同測試，酒精燈火焰變形情況與上述相同。測試結(jié)論也相同，即加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰（具體數(shù)據(jù)略）。

4 討論

4.1 影響加熱效率的主要因素

在對(duì)試管加熱時(shí)，影響加熱效率主要有兩個(gè)因素：火焰與被加熱儀器接觸部位的溫度；火焰對(duì)被加熱儀器形成的加熱面積。兩個(gè)因素共同作用對(duì)加熱效率產(chǎn)生影響。正是在這兩種因素綜合作用下，才使得內(nèi)焰的加熱效率最高。

4.2 火焰的穩(wěn)定性的影響

我們在實(shí)驗(yàn)時(shí)采取了關(guān)閉門窗等措施，但是有時(shí)由于實(shí)驗(yàn)人員走動(dòng)以及暖氣（北方冬季管道供暖）造成的空氣流動(dòng)，對(duì)酒精燈火焰還是產(chǎn)生細(xì)微影響，主要表現(xiàn)為火焰左右擺動(dòng)，而影響最大的就是外焰，也就是說外焰加熱最不穩(wěn)定。

另外，我們推測可能是局部缺氧的緣故，火焰會(huì)出現(xiàn)上下擺動(dòng)的情況。

火焰的不穩(wěn)定對(duì)外焰加熱影響很大，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)火焰偏離試管的現(xiàn)象，導(dǎo)致外焰加熱效率降低。

4.3 結(jié)語

通過對(duì)水平、45℃、豎直試管的加熱效率探究都表明內(nèi)焰加熱效率最高。由此，我們推測試管呈現(xiàn)其他角度傾斜時(shí)，也應(yīng)該是內(nèi)焰效率最高。過去所提倡的外焰加熱，由于與試管接觸面積小，火焰不穩(wěn)定，散失到周圍空氣的熱量多，因此使用酒精燈加熱應(yīng)該用內(nèi)焰。

在實(shí)驗(yàn)室有時(shí)還需要對(duì)與試管形狀類似的儀器進(jìn)行加熱，例如氫氣還原氧化銅的玻璃管等，也應(yīng)該采用內(nèi)焰加熱。

在一般試管加熱操作時(shí)，應(yīng)該使試管傾斜，火焰接近試管底部但要保證火焰全部用于加熱試管，同時(shí)注意用內(nèi)焰加熱。

參考文獻(xiàn)：

[1][2][3]王立平，盧玉妹，王詠梅等.酒精燈加熱效率的實(shí)驗(yàn)探究[J].化學(xué)教育，2009，30（11）：63～64.

焰心加熱時(shí)火焰較穩(wěn)定。外焰和內(nèi)焰加熱時(shí)，火焰有上下跳動(dòng)和擺動(dòng)現(xiàn)象，外焰較明顯。

3.5 試管傾斜45℃，試管中下部在火焰中加熱時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

除加熱部位不同以外，其余實(shí)驗(yàn)操作步驟同本文3.3。結(jié)果記錄見表4。

得到與前文相同結(jié)論，加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰。

此外對(duì)照兩種加熱傾斜45℃方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將火焰整體用于試管加熱，其效率明顯大于“讓試管底部在火焰中部加熱”的方案。

另外，筆者還對(duì)水平試管的加熱進(jìn)行了相同測試，酒精燈火焰變形情況與上述相同。測試結(jié)論也相同，即加熱效率：內(nèi)焰>焰心>外焰（具體數(shù)據(jù)略）。

4 討論

4.1 影響加熱效率的主要因素

在對(duì)試管加熱時(shí)，影響加熱效率主要有兩個(gè)因素：火焰與被加熱儀器接觸部位的溫度；火焰對(duì)被加熱儀器形成的加熱面積。兩個(gè)因素共同作用對(duì)加熱效率產(chǎn)生影響。正是在這兩種因素綜合作用下，才使得內(nèi)焰的加熱效率最高。

4.2 火焰的穩(wěn)定性的影響

我們在實(shí)驗(yàn)時(shí)采取了關(guān)閉門窗等措施，但是有時(shí)由于實(shí)驗(yàn)人員走動(dòng)以及暖氣（北方冬季管道供暖）造成的空氣流動(dòng)，對(duì)酒精燈火焰還是產(chǎn)生細(xì)微影響，主要表現(xiàn)為火焰左右擺動(dòng)，而影響最大的就是外焰，也就是說外焰加熱最不穩(wěn)定。

另外，我們推測可能是局部缺氧的緣故，火焰會(huì)出現(xiàn)上下擺動(dòng)的情況。

火焰的不穩(wěn)定對(duì)外焰加熱影響很大，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)火焰偏離試管的現(xiàn)象，導(dǎo)致外焰加熱效率降低。

4.3 結(jié)語

通過對(duì)水平、45℃、豎直試管的加熱效率探究都表明內(nèi)焰加熱效率最高。由此，我們推測試管呈現(xiàn)其他角度傾斜時(shí)，也應(yīng)該是內(nèi)焰效率最高。過去所提倡的外焰加熱，由于與試管接觸面積小，火焰不穩(wěn)定，散失到周圍空氣的熱量多，因此使用酒精燈加熱應(yīng)該用內(nèi)焰。

在實(shí)驗(yàn)室有時(shí)還需要對(duì)與試管形狀類似的儀器進(jìn)行加熱，例如氫氣還原氧化銅的玻璃管等，也應(yīng)該采用內(nèi)焰加熱。

在一般試管加熱操作時(shí)，應(yīng)該使試管傾斜，火焰接近試管底部但要保證火焰全部用于加熱試管，同時(shí)注意用內(nèi)焰加熱。

參考文獻(xiàn)：

[1][2][3]王立平，盧玉妹，王詠梅等.酒精燈加熱效率的實(shí)驗(yàn)探究[J].化學(xué)教育，2009，30（11）：63～64.