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        基于氧化還原理論的自制煙花的研究

        2019-04-28 23:52:08汪瀅瀅葛宇超
        化學(xué)教與學(xué) 2019年3期
        關(guān)鍵詞:煙花

        汪瀅瀅 葛宇超

        摘要:通過自制煙花,進(jìn)行學(xué)生小課題的研究,引導(dǎo)學(xué)生基于氧化還原的本質(zhì),以黑火藥的配制為基礎(chǔ)一步一步改進(jìn)實驗試劑,最終期望得到效果較佳的自制煙花。在這個過程中,讓學(xué)生真正走進(jìn)化學(xué)實驗,體驗學(xué)習(xí)的過程,感知化學(xué)的魅力,促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

        關(guān)鍵詞:氧化還原;黑火藥;煙花

        文章編號:1008-0546(2019)03-0089-03 中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.029

        《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》倡導(dǎo)教師要重視培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng),教師不僅應(yīng)關(guān)注學(xué)生知識與技能方面的獲得,更重要的是需要創(chuàng)設(shè)一個真實的、合適的、有價值的實際問題,在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生體驗學(xué)習(xí)的過程,并進(jìn)一步使學(xué)生的社會責(zé)任感、價值觀得到全面提升,側(cè)重學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展。高中化學(xué)核心素養(yǎng)力求讓高中生具有宏觀觀察與微觀探索、科學(xué)精神與社會責(zé)任等能力,將已有知識轉(zhuǎn)化為能夠解決學(xué)習(xí)、生活中相關(guān)問題的能力。所以作為教師,我們必須立足教材,并充分整合學(xué)科內(nèi)容,通過一定方式,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、合作探究的能力。

        氧化還原的知識是滬教版化學(xué)高一教材上冊第二章的內(nèi)容,這一內(nèi)容是認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)、分析化學(xué)變化的重要視角,它從電子層面揭示了化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì),在生活生產(chǎn)中有著十分重要的作用。在教學(xué)中,教師不僅應(yīng)幫助學(xué)生建立有關(guān)氧化還原反應(yīng)的知識體系,還要進(jìn)一步讓學(xué)生感受氧化還原在生活生產(chǎn)上的重要應(yīng)用,提升對化學(xué)知識應(yīng)用價值的認(rèn)識,形成對立統(tǒng)一的哲學(xué)觀念。故在講解好該內(nèi)容后,教師可帶領(lǐng)學(xué)生走出課堂,在課外開展與其相關(guān)的研究性學(xué)習(xí),讓學(xué)生自己動手做實驗,進(jìn)一步感知氧化還原的魅力。

        一、原始實驗

        黑火藥的成分配比從古至今變化不大,研究小組成員在第一次制作黑火藥實驗時,按照該反應(yīng)方程式中各試劑的物質(zhì)的量之比進(jìn)行實驗,S、KNO3和C的質(zhì)量比大致為2:15:3。將各物質(zhì)按比例稱量好后混合均勻,取適量在空曠場地點燃即可。

        在首次實驗中,由于黑火藥燃燒時有K2S產(chǎn)生,往往會釋放出很多濃黑煙,影響整體實驗效果的美感。同時木炭品種不同,效果相差較大,只有極細(xì)的粉末在混合后效果較佳。

        二、改進(jìn)實驗

        那如何才能減少K2s的生成,改善燃燒時的濃煙,同時減小木炭對實驗效果的影響呢?在這樣的問題驅(qū)動下,小組成員開始進(jìn)一步查閱資料,進(jìn)行改進(jìn)煙花原料配比的研究。同學(xué)們發(fā)現(xiàn)KMnO4作為一種強(qiáng)氧化劑也可以代替反應(yīng)中的KNO3,KMnO4在燃燒時同樣可以放出O2,提供其他還原劑燃燒所需的O2。他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)用蔗糖代替木炭進(jìn)行燃燒效果也較佳,這樣可減少木炭種類、純度、顆粒大小對整體實驗的影響。KMn04用量的選擇上以能夠讓蔗糖完全燃燒所需O2的量為準(zhǔn)。通過計算,KMnO4與蔗糖的質(zhì)量比大致為11:1。將KMnO4與蔗糖按比例混合均勻后加入塑料吸管中,點燃混合物上端即可。

        第二次改進(jìn)實驗過程中的燃燒現(xiàn)象與之前大致相似,但試劑的用量已減少,大大降低了實驗成本,但燃燒時的現(xiàn)象與煙花還有一些差距,例如沒有耀眼光亮、沒有特殊顏色等。同學(xué)們回顧初中的知識后想到鎂條燃燒時可發(fā)出耀眼白光,在接下來的改進(jìn)實驗中進(jìn)一步加入適量鎂粉后點燃,觀察現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)燃燒時光亮已非常明顯。

        在這幾次實驗中,研究小組成員都是直接接觸混合物進(jìn)行點燃,燃燒后需迅速移開雙手,否則會造成較大傷害。基于這一問題,參考爆竹引線的結(jié)構(gòu),研究小組成員也自制了浸有KCIO3溶液的脫脂棉,揉成長條形,插入混合物中。在實驗時,只需點燃脫脂棉即可,也給同學(xué)留出了充足的遠(yuǎn)離時間。

        最后同學(xué)們通過實驗得出結(jié)論,KCIO3與蔗糖的質(zhì)量比大致為3:1,并與適量鎂粉混合,用浸有KCIO3溶液的脫脂棉做引線,可得到效果較好的煙花實驗。

        三、拓展實驗

        在進(jìn)行該小課題研究時,筆者對研究小組的同學(xué)提出進(jìn)一步要求,希望他們在此煙花的基礎(chǔ)上增加豐富的顏色。小組成員利用焰色反應(yīng)原理圓滿完成了該任務(wù),在已有實驗試劑基礎(chǔ)上加入不同的金屬化合物,可呈現(xiàn)出特征的顏色效果。

        四、學(xué)生感想

        須同學(xué):這次研究性學(xué)習(xí)讓我認(rèn)識到,在做實驗前,一定要將書本上最基礎(chǔ)的內(nèi)容掌握,這是做化學(xué)實驗的根本,否則連實驗原理都不清楚的話,就更沒辦法理解不同物質(zhì)配比產(chǎn)生的現(xiàn)象了。

        賈同學(xué):通過這次自制煙花的實驗,使我學(xué)到了不少實用的知識,也通過查閱資料和親自做實驗了解到了火藥、焰火的原理,同時在煙花燃放過程中會產(chǎn)生大量氣體,有時也會產(chǎn)生污染空氣的氣體和粉塵,所以我們還是要盡量減少煙花爆竹的燃放。

        胡同學(xué):在本次改進(jìn)實驗和拓展實驗中,我學(xué)到了很多書本上沒有的知識,提升了我的動手能力,也培養(yǎng)了我與同學(xué)們共同完成任務(wù)的團(tuán)隊合作能力,尤其是寫實驗報告時,一定要實事求是地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和描述現(xiàn)象。

        江同學(xué):通過這次的研究性學(xué)習(xí),我不僅對關(guān)于氧化還原的理論知識有了更深入的了解,對實驗過程中的實際操作也掌握了許多。希望今后老師們可以開展更多的類似這樣有趣、有意義的實驗,可以讓我們得到更多更好的鍛煉。

        五、補(bǔ)充說明

        1.在該反應(yīng)中,KcIO2的含量要足量或稍過量,才能使得燃燒反應(yīng)完全而釋放出高熱量。

        2.KCIO3屬強(qiáng)氧化劑,受撞擊即猛烈爆炸,故取用和混合試劑時須小心,不可用力研磨和混合。

        3.在將實驗藥品加入塑料吸管時,應(yīng)盡量壓實藥品。

        4.該實驗較危險,學(xué)生實驗時務(wù)必注意安全,亦須通風(fēng)。

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