牛大學(xué)周廣

（銅山區(qū)伊莊鎮(zhèn)中心中學(xué)江蘇徐州221128）

“水火相容”
——白磷在水中燃燒的新設(shè)計(jì)

牛大學(xué)周廣

（銅山區(qū)伊莊鎮(zhèn)中心中學(xué)江蘇徐州221128）

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新不僅指實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新，還應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新等，我們化學(xué)組以此為出發(fā)點(diǎn)，利用分液漏斗、錐形瓶、輸液管、輸液瓶等改進(jìn)了白磷在水中燃燒的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)綠色環(huán)保，便于學(xué)生觀察白磷在水下持續(xù)燃燒這個神奇的現(xiàn)象，幫助他們深刻理解燃燒的條件。

白磷；持續(xù)燃燒；水火相容；二氧化錳丸；注射器；輸液管；輸液瓶

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)在化學(xué)課堂教學(xué)過程中所起到的作用，是任何其他教學(xué)方法所無法比擬的。作為一名化學(xué)教師，在課堂教學(xué)過程中做好演示實(shí)驗(yàn)尤其重要。一個設(shè)計(jì)合理的成功的演示實(shí)驗(yàn)，既可以幫助學(xué)生深刻理解化學(xué)概念，又有利于突破教學(xué)重難點(diǎn)，更有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探究化學(xué)新知的欲望。

一、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)意圖

人教版九年級化學(xué)（2012年6月第1版）上冊129頁圖7-5“燃燒條件的實(shí)驗(yàn)”（如下圖所示）。

在探究燃燒需要的條件時，大部分老師都是按教材內(nèi)容安排進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的。

圖1 教材中實(shí)驗(yàn)

教材中的探究實(shí)驗(yàn)簡單易行，現(xiàn)象明顯直觀。變量條件（溫度、可燃物、氧氣）控制得好，對比性強(qiáng)，這一實(shí)驗(yàn)很好地說明了物質(zhì)燃燒必須同時具備可燃物（白磷）、溫度（熱水）達(dá)到著火點(diǎn)、與氧氣（或空氣）接觸三個條件，缺一不可。在分析討論過程中容易讓學(xué)生抓住問題的實(shí)質(zhì)，便于后面開展關(guān)于燃燒條件的討論。但我們認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)還有以下幾點(diǎn)美中不足的地方。

（1）如上述圖實(shí)驗(yàn)1裝置處于敞開體系，銅片上白磷燃燒的產(chǎn)物會污染環(huán)境，教材里特別注明要在通風(fēng)櫥或在抽風(fēng)設(shè)備下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但教室里一般都是沒有通風(fēng)櫥設(shè)備的，甚至我們一些條件落后的實(shí)驗(yàn)室里也沒有通風(fēng)櫥設(shè)備，給老師們在課堂上演示該實(shí)驗(yàn)帶來了不便，該實(shí)驗(yàn)不符合綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)理念。我們在演示實(shí)驗(yàn)時，有時還會發(fā)現(xiàn)銅片上的白磷燃燒會濺出火花引燃紅磷，這種“城門失火殃及池魚”的現(xiàn)象會干擾學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)論的分析判斷。

（2）如上述圖實(shí)驗(yàn)2裝置通入氧氣（或空氣）使水下的白磷燃燒，利用導(dǎo)氣管口對準(zhǔn)白磷不斷地通入氧氣,氧氣氣流使水中熔化的白磷漂浮不定,到處“亂跑”,出現(xiàn)不易引燃和燃燒不穩(wěn)定、不持續(xù)的情況。有時部分白磷的顆粒還會漂浮到水面著火燃燒，不便于學(xué)生很好地觀察到白磷“水火相容”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。如用漏斗倒扣在白磷上再通入氧氣，我們經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)效果也不理想。

在實(shí)際的教學(xué)中大部分化學(xué)教師已經(jīng)認(rèn)識到此類問題，也針對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。如下圖所示是老師們常用的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

圖2 常見改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

我們在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，這些改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，白磷在水中燃燒仍然不夠持續(xù)壯觀，實(shí)驗(yàn)中白磷雖能在密閉的體系中燃燒，體現(xiàn)綠色化學(xué)理念，但可觀性并不是太強(qiáng)，白磷燃燒仍然不夠持續(xù)。我們改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)只用一小塊白磷，既能證明可燃物燃燒需要與氧氣接觸同時溫度達(dá)到著火點(diǎn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)綠色環(huán)保，滿足學(xué)生較長時間的觀察白磷在水下燃燒這個神奇的現(xiàn)象，使他們悟出只要滿足條件，一切皆有可能。

二、具體實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

錐形瓶（配雙孔橡皮塞）、分液漏斗、20mL注射器、輸液軟管、止水夾、鐵架臺（帶鐵夾）、氣球、輸液瓶、二氧化錳丸、15%雙氧水、白磷、鑷子、小刀、鐵絲網(wǎng)、冷熱水、燒杯（50mL）、廢棄水筆筆芯、濃氫氧化鈉溶液、酚酞試液。

2.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖3 筆者改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置圖

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)主要有制儲氧裝置、燃燒裝置、尾氣吸收裝置三部分組成。制儲氧裝置主要利用15%的過氧化氫溶液和二氧化錳丸在錐形瓶中反應(yīng)制取氧氣，并借助氣球用來儲存氧氣和緩沖壓強(qiáng)。燃燒裝置主要在分液漏斗中發(fā)生，我們在分液漏斗中盛放白磷有利于白磷和氧氣充分接觸，利用分液漏斗的活塞開關(guān)可以控制通入或停止通入氧氣。將白磷置于球形漏斗中燃燒便于學(xué)生觀察白磷在水中燃燒，為了有效地防止熔化的白磷被氣流沖到水面上來，我們又將自制鳥巢狀的鐵絲網(wǎng)放入分液漏斗中。尾氣吸收主要利用輸液管、輸液瓶、水筆筆芯制作了尾氣凈化吸收裝置，在輸液瓶和“滴斗”中分別加入氫氧化鈉濃溶液進(jìn)行二次充分吸收反應(yīng)生成的五氧化二磷。在“滴斗”中預(yù)先滴入幾滴酚酞試液，通過溶液顏色的變化就可以明確地知道什么時候該重新更換輸液瓶中的氫氧化鈉溶液。

三、實(shí)驗(yàn)儀器制作主要過程

1.將雙孔橡皮塞中分別插入分液漏斗和從輸液管上剪下的“三通”部分。

2.在“三通”的一端連接氣球，另一端連接注射器方便注入過氧化氫溶液。

3.取廢棄的水筆筆芯，在熱水中燙過后迅速彎成90°的彎管和U型彎管，并和“滴斗”、輸液瓶、輸液管連接起來即可制作（如圖3所示）二次凈化吸收裝置。

四、實(shí)驗(yàn)操作步驟及產(chǎn)生的現(xiàn)象

1.檢查氣密性，用注射器向錐形瓶內(nèi)推入一定量的空氣使氣球膨脹起來，靜置氣球不變化，說明氣密性良好。

2.加入藥品，用鑷子夾取6粒二氧化錳丸放入錐形瓶中，塞上帶分液漏斗的雙孔橡皮塞，然后用20mL的注射器向錐形瓶內(nèi)加入10 mL15%的過氧化氫溶液，此時關(guān)閉分液漏斗活塞，氣球逐漸變大。

3.用鑷子夾取鐵絲網(wǎng)放入分液漏斗中，再向分液漏斗中注入10mL冷水，然后再用鑷子將一塊綠豆大小的白磷放入冷水中。

4.打開分液漏斗的活塞，通入氧氣，觀察到此時白磷和氧氣接觸但不燃燒。

5.關(guān)閉分液漏斗的活塞，向分液漏斗中注入40mL 80℃以上的熱水，此時白磷逐漸熔化并不燃燒。

6.連接好尾氣處理裝置，打開分液漏斗的活塞，通入氧氣，水下白磷持續(xù)燃燒，放出火花，現(xiàn)象十分明顯。

五、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的主要優(yōu)點(diǎn)

1.節(jié)約藥品，用一塊白磷即可完成探究燃燒的條件。

2.對尾氣進(jìn)行二次凈化處理，充分吸收五氧化二磷，綠色環(huán)保。

3.該套裝置借助輸液管連接，制作簡單方便，部分材料取材于生活，增添了實(shí)驗(yàn)的趣味性。

4.整個實(shí)驗(yàn)置于密閉透明的體系進(jìn)行，便于學(xué)生觀察白磷在水下持續(xù)燃燒的這個神奇的現(xiàn)象，幫助他們深刻理解燃燒的條件：（1）需要與氧氣接觸;（2）溫度必須達(dá)到著火點(diǎn)。

六、實(shí)驗(yàn)反思

使用改進(jìn)后的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，再向熱水中通入氧氣時要注意控制好通入氧氣的氣體流速，防止因氣體流速過快而導(dǎo)致熔化后的白磷被沖到水面上燃燒起來，如果通入氧氣的流速過慢，不能保證白磷和氧氣持續(xù)的接觸，燃燒就會斷斷續(xù)續(xù)，時有時無，現(xiàn)象不明顯，不能充分地激發(fā)學(xué)生探究欲望。所以本實(shí)驗(yàn)控制好通入氧氣的速率是保證熱水中的白磷能持續(xù)燃燒的關(guān)鍵所在。我們多次實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)生成的五氧化二磷不能被水完全吸收，故實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)注意對燃燒產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行多次吸收處理。

［1］王晶，鄭長龍.義務(wù)教育教科書（化學(xué)九年級上冊）［M］.北京:人民教育出版社,2012，6

［2］錢勝，馮紅霞.對“白磷在水下燃燒實(shí)驗(yàn)”的多種改進(jìn)［J］.化學(xué)教學(xué)，2011（3）

［3］譚文生.對“白磷在水下燃燒實(shí)驗(yàn)”的趣味性設(shè)計(jì)［J］.化學(xué)教學(xué),2011（12）

［4］褚衍偉.對“水火相容”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)——白磷在水中燃燒實(shí)驗(yàn)改進(jìn)［J］.中學(xué)生數(shù)理化（教與學(xué)）,2011（6）

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