彭建君

【內(nèi)容摘要】“純凈的氫氣在空氣中安靜燃燒，發(fā)出淡藍(lán)色火焰。”這是初中化學(xué)教材中對氫氣燃燒火焰顏色的表述。但實際操作中，往往很難達(dá)到。為觀察到火焰的淡藍(lán)色 ，同時要使實驗簡單方便、安全可行，本文從反應(yīng)藥品、導(dǎo)出氣體的儀器以及裝置的安全性三個方面進行分析，最終設(shè)計出了一套能明顯觀察到氫氣燃燒發(fā)出淡藍(lán)色火焰的實驗裝置。

【關(guān)鍵詞】氫氣燃燒 火焰顏色 實驗裝置

一、實驗改進的目的

初中化學(xué)實驗“氫氣在空氣里燃燒”，教參上表述的火焰顏色為淡藍(lán)色。劉知新在《基礎(chǔ)化學(xué)實驗大全》中也認(rèn)為氫氣燃燒產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰[1]。而實際操作中，在帶尖嘴的導(dǎo)管口點燃純凈的氫氣，觀察到火焰的顏色是黃色。學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象后總會有一種“眼見不實”的疑惑。另一方面，氫氣為可燃性氣體，在點燃之前需要先驗純。為方便實驗操作，并且觀察到明顯的淡藍(lán)色火焰，筆者反復(fù)進行研究與嘗試，最終設(shè)計出了一套實驗裝置，操作簡單、現(xiàn)象明顯，教學(xué)效果良好。

二、實驗改進的思路

1.反應(yīng)藥品的選擇

為使實驗現(xiàn)象更加明顯，需要得到平穩(wěn)、持續(xù)且較大的氫氣流。經(jīng)過反復(fù)實驗，最終確定：

（1）使用濃度為1：4的稀硫酸。

（2）事先對鋅粒進行處理。用稀硫酸浸泡鋅粒，并向其中加入少量硫酸亞鐵，直至鋅粒表面變成黑色，再洗凈備用[2]。此操作目的在于除去表面的氧化膜，同時形成原電池， 從而能得到理想的氫氣流。

2.導(dǎo)出氣體的儀器選擇

對于“在帶尖嘴的玻璃導(dǎo)管口點燃純凈的氫氣”觀察到的黃色火焰，普遍的解釋為受玻璃中鈉元素焰色反應(yīng)的干擾。也有研究認(rèn)為是氫氣燃燒生成的水或者空氣中氮氣與氧氣生成的二氧化氮受熱輻射放出其他顏色的光，與氫氣的淡藍(lán)色光加和的結(jié)果[3]。還有研究認(rèn)為是氫氣燃燒過程產(chǎn)生了氫原子，不同能量的氫原子發(fā)射的光譜復(fù)合而成黃色[4]。究竟是哪一種因素或多種因素導(dǎo)致的，目前還沒有權(quán)威的解釋。但上述不同觀點有一個共同之處，就是火焰溫度達(dá)到一定的程度使得粒子被激發(fā)。因此，筆者猜測，通過改變導(dǎo)氣的方式和控制火焰溫度可排除黃色火焰的干擾。筆者嘗試在氫氣流強度相同（用等量的鋅粒等質(zhì)量等濃度的稀硫酸，相同的發(fā)生裝置）的情況下，分別用玻璃導(dǎo)管、不銹鋼管、玻璃尖嘴管、石英尖嘴管、圓珠筆和自動鉛筆的金屬頭以及漏斗來導(dǎo)出氣體并點燃，其中用玻璃導(dǎo)管和不銹鋼管幾乎看不到火焰;用玻璃尖嘴管和石英尖嘴管都產(chǎn)生黃色火焰，用圓珠筆和自動鉛筆的金屬頭，氫氣燃燒的火焰不大，能在火焰下部分觀察到一點點的藍(lán)色;而用漏斗導(dǎo)氣，在漏斗的玻璃管頂部能明顯地觀察到淡藍(lán)色火焰。

筆者分析認(rèn)為，一方面漏斗能使氫氣聚集而不至于立即逸散開來;另一方面漏斗的玻璃管直徑比尖嘴管大很多，這樣有較多的氫氣燃燒，火焰較大;第三方面漏斗口的喇叭狀能使空氣形成很好的對流，在散熱的同時又能及時補充新鮮空氣，這幾個因素都為更好地觀察氫氣的淡藍(lán)色火焰創(chuàng)造了條件。另外，筆者通過實驗還發(fā)現(xiàn)，由于生產(chǎn)工藝的不同，使用不同的漏斗實驗效果不一樣。選擇透光性強、斗體較薄且玻璃管和斗體之間接縫較小的漏斗，實驗現(xiàn)象更明顯。再者，在光線較暗的條件下或者在深色背景下，氫氣燃燒的淡藍(lán)色火焰也更加明顯。

3.裝置安全性的考慮

由于不純的氫氣點燃會發(fā)生爆炸，因此氫氣的發(fā)生裝置盡量選擇空間較小的，以便較快地排盡空氣;為了操作方便，選擇能實現(xiàn)固液分離型的?；谝陨蟽蓚€因素的考慮，本實驗使用簡易的啟普發(fā)生器。另外為了方便驗純和點燃，在導(dǎo)管處使用三通管，導(dǎo)出氣體并驗純后，在另一邊漏斗口就可以安全地點燃?xì)錃饬恕?/p>

三、實驗裝置及操作步驟

1.實驗裝置圖如下：

2.操作步驟：

（1）按上圖組裝好裝置，將處理過的鋅粒裝入簡易啟普發(fā)生器，塞好橡膠塞。

（2）向長頸漏斗內(nèi)加入適量的稀硫酸，關(guān)閉止水夾A，打開止水夾B，用試管收集氫氣并驗純。

（3）待氫氣純凈后，關(guān)閉止水夾B，打開止水夾A，點燃漏斗口內(nèi)的氫氣，即可觀察到氫氣燃燒的淡藍(lán)色火焰。若在漏斗后面放一張黑色的紙做背景，火焰的淡藍(lán)色更加明顯。

三、實驗改進的意義

1.改進后的裝置最大的優(yōu)點是實驗現(xiàn)象明顯。排除了其他因素的干擾，能明顯地觀察到氫氣燃燒時火焰呈淡藍(lán)色，較好地解決了“眼見不實”的問題。

2.改進后的裝置簡單方便、安全、易操作。

【參考文獻】

[1]劉知新.基礎(chǔ)化學(xué)實驗大全（上冊）[M].北京：北京教育出版社，1991：405.

[2]張娟，鮑正榮，黃治香.如何明顯觀察到氫氣燃燒的淡藍(lán)色火焰[J].實驗教學(xué)與儀器，2011，28（11）：29.

[3]陳云生，賴輝煌.氫氣燃燒火焰顏色的探討[J].化學(xué)教育，1987（3）：50-52.

[4]葉永庚.對氫氣燃燒實驗的探討[J].化學(xué)教學(xué)，1995（6）：41-42.

（作者單位：廣東省深圳市南山實驗教育集團南海中學(xué)）