甘 磊 李德前 張 羿

江蘇省徐州市第33中學(xué)(221000) 江蘇省徐州市西苑中學(xué)(221000)

1 問題的由來

鐵的燃燒是初中化學(xué)教科書中驗(yàn)證氧氣化學(xué)性質(zhì)的重要實(shí)驗(yàn)，但也是成功率不高的一個(gè)課堂演示實(shí)驗(yàn)。如果使用普通的細(xì)鋼絲(一般取自破舊的石棉網(wǎng)、自行車閘線、鐵紗窗等)，必須將其繞成螺旋狀并在末端續(xù)接火柴、鎂帶或酒精棉等引燃物(見圖1)才能促進(jìn)鐵的順利燃燒。

圖1 教科書中鐵在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

對于鐵燃燒出現(xiàn)火星四射的原因，教師大多只是口頭解釋(鋼絲中的碳同時(shí)燃燒生成的二氧化碳?xì)怏w被包裹在鐵水中，二氧化碳?xì)馀菅杆匐浽斐闪髓F及鐵的氧化物向四周飛濺，于是呈現(xiàn)火星四射的現(xiàn)象)，很少有人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

但是，江蘇省徐州市初中化學(xué)李德前工作室的周良老師設(shè)計(jì)了在空氣中快速甩動(dòng)燃燒的鋼絲棉實(shí)驗(yàn)(見圖2)。該實(shí)驗(yàn)的效果令人震撼，因而在省內(nèi)外廣為流傳，但其最大的不足是存在安全隱患(四處飛濺的火星容易引燃可燃物，甚至?xí)茻浆F(xiàn)場的師生)。

圖2 在空氣中快速甩動(dòng)燃燒的鋼絲棉

我們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，基于“替換”思維，選用超細(xì)柔軟的鋼絲棉替換通常的細(xì)鋼絲進(jìn)行鐵的燃燒實(shí)驗(yàn)；又基于“逆向”思維，把“在空氣中快速甩動(dòng)燃燒的鋼絲棉”改為“將燃燒的鋼絲棉置于高速空氣流中”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐證明，這兩種改進(jìn)方案都非常成功。

2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的原理

表面積非常大的超細(xì)鋼絲棉其表面活性非常強(qiáng)，在氧氣濃度為21%的常態(tài)空氣中就能被點(diǎn)燃并持續(xù)燃燒，表現(xiàn)為紅熱的火星不斷向四周快速擴(kuò)散(火星沒有飛濺)；在氧氣濃度高于60%的空氣中，鋼絲棉劇烈燃燒，并且產(chǎn)生明顯的火星四射現(xiàn)象。

3 對實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

經(jīng)過反復(fù)思考與實(shí)驗(yàn)，筆者設(shè)計(jì)出如下兩種改進(jìn)方案。

3.1 將鋼絲棉點(diǎn)燃后直接伸入氧氣瓶中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

3.1.1 實(shí)驗(yàn)用品

氧氣、0號(hào)鋼絲棉(網(wǎng)購)、石灰水、250 mL集氣瓶、毛玻璃片、直角粗鋼絲、火柴、濕抹布等。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖3所示。

圖3 鋼絲棉在氧氣瓶中燃燒的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1.3 實(shí)驗(yàn)操作

(1)剪取大小合適的1塊鋼絲棉，將其整理為長約12 cm、直徑約15 mm的圓柱形；找1根長約25 cm、外徑約5 mm的粗鋼絲，并折成直角形狀，然后將鋼絲棉固定在直角粗鋼絲上(見圖3)。

(2)取1個(gè)250 mL集氣瓶，提前向集氣瓶中注入適量澄清的石灰水，然后用向上排空氣法收集1瓶氧氣。

(3)拉開氧氣瓶口的毛玻璃片(露出瓶口一半即可)，迅速將已經(jīng)引燃的鋼絲棉伸入氧氣瓶內(nèi)，立刻觀察到鋼絲棉在氧氣瓶內(nèi)劇烈燃燒，放出大量的熱，同時(shí)濃密的火星四處飛濺；燃燒結(jié)束，集氣瓶底部及瓶壁上留有很多細(xì)小的黑色固體；如果用磁鐵靠近黑色固體，發(fā)現(xiàn)它們能被完全吸引。

(4)等到集氣瓶冷卻到室溫后，輕輕振蕩瓶內(nèi)的澄清石灰水，石灰水很快變渾。

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理實(shí)驗(yàn)用品。

3.1.4 實(shí)驗(yàn)分析

(1)由于超細(xì)鋼絲棉的比表面積非常大，它與氧氣的接觸面也很大，因而鋼絲棉很容易在高濃度的氧氣里劇烈燃燒。

3.1.5 注意事項(xiàng)

(1)鋼絲棉伸入氧氣瓶時(shí)，要由上而下緩緩伸入，從而充分利用集氣瓶內(nèi)的氧氣。

(2)在觀察石灰水的變化時(shí)，必須等集氣瓶冷卻到室溫后再振蕩石灰水，以排除石灰水受熱出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象(析出氫氧化鈣)對實(shí)驗(yàn)的干擾。

(3)在使用普通細(xì)鋼絲做鐵的燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，若要驗(yàn)證二氧化碳?xì)怏w的存在，不能使用火柴桿、酒精棉等引燃物，以防止這些含碳的引燃物燃燒產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾。

3.1.6 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

(1)實(shí)驗(yàn)操作相對簡單，即便學(xué)生操作其成功率也非常高。

(2)石灰水的巧妙使用，不僅能防止集氣瓶底部炸裂，還驗(yàn)證了鐵燃燒時(shí)火星四射的原因。

(3)借助直角形狀的粗鋼絲固定燃燒的鋼絲棉，既便于將引燃后的鋼絲棉伸入氧氣瓶內(nèi)，又不會(huì)因?yàn)殍F的劇烈燃燒而灼燒操作者。

(4)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅開闊了學(xué)生的視野，也使鐵的燃燒實(shí)驗(yàn)更加豐滿。

在企業(yè)中，所有者與經(jīng)營者是關(guān)系最為密切的利益主體。所有者關(guān)心的是自己的資產(chǎn)能否保值和增值，而經(jīng)營者關(guān)心的是業(yè)績能否增加給自己帶來額外的經(jīng)濟(jì)收益。由于他們行為的目的性和經(jīng)濟(jì)性特征,存在著利益驅(qū)動(dòng),不可避免地帶來利益沖突。主要表現(xiàn)：一方面是激勵(lì)不夠，經(jīng)營者的貢獻(xiàn)在個(gè)人收入上往往不能得到很好的體現(xiàn)，這就使得一些經(jīng)營者設(shè)法獲取薪酬之外的額外收入，從而導(dǎo)致激勵(lì)機(jī)制被嚴(yán)重扭曲，經(jīng)營者道德風(fēng)險(xiǎn)也隨之加大；另一方面是激勵(lì)不當(dāng)，缺乏相應(yīng)的約束機(jī)制，造成部分經(jīng)營者為滿足自身利益，無視經(jīng)營責(zé)任，轉(zhuǎn)嫁經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)，直接參與提供虛假會(huì)計(jì)信息。

3.2 將鋼絲棉引燃后置于高速空氣流中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

3.2.1 實(shí)驗(yàn)用品

0號(hào)鋼絲棉(網(wǎng)購)、水、家用除塵鼓風(fēng)機(jī)或大功率的家用電吹風(fēng)、鐵架臺(tái)、火柴、濕抹布等。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖4所示。

圖4 鋼絲棉在高速空氣流中燃燒的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.2.3 實(shí)驗(yàn)操作

(1)準(zhǔn)備一個(gè)家用除塵鼓風(fēng)機(jī)(或大功率的家用電吹風(fēng))。

(2)剪下一塊較大的鋼絲棉，通過搓、揉、拉等操作，將其整理成30 cm×4 cm×3 cm，并將其一端固定到鐵架臺(tái)(或墻壁)上。

(4)收集鋼絲棉燃燒濺落到地面上的黑色固體，再將其加到足量的硫酸銅溶液里，充分?jǐn)嚢韬蠛谏腆w部分減少，并出現(xiàn)紅色固體。

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理實(shí)驗(yàn)用品。

3.2.4 實(shí)驗(yàn)分析

(1)鼓風(fēng)機(jī)(或電吹風(fēng))可以噴出高速空氣流，鋼絲棉處于高速空氣流中燃燒，在單位時(shí)間內(nèi)獲得了充足的氧氣，因而能充分、劇烈地燃燒。

3.2.5 注意事項(xiàng)

(1)整理后的鋼絲棉其長、寬、厚及疏松度要合適，使其既充分燃燒，又火星濃密。

(2)為了確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)場地不能有易燃物，并盡量將實(shí)驗(yàn)置于靠近墻壁的位置進(jìn)行；實(shí)驗(yàn)結(jié)束，殘留的鋼絲棉要及時(shí)浸入水中。

(3)鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口距離鋼絲棉100 cm左右較為合適，并且出風(fēng)口稍微向上傾斜10°左右；鼓風(fēng)機(jī)向著鋼絲棉鼓風(fēng)時(shí)，應(yīng)盡量使用中低檔鍵(因?yàn)檫@種鼓風(fēng)機(jī)功率大、風(fēng)速快)。

(4)如果使用電吹風(fēng)鼓風(fēng)，連續(xù)鼓風(fēng)時(shí)間不要過長，以防電熱絲溫度過高，出現(xiàn)停機(jī)情況。

(5)鋼絲棉屬于易燃物，在保存和使用時(shí)要符合安全要求。

3.2.6 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常壯觀，提高了實(shí)驗(yàn)的趣味性；鋼絲棉燃燒產(chǎn)生的大量火星僅向著一側(cè)飛濺，確保了實(shí)驗(yàn)的安全性。

(2)利用鼓風(fēng)機(jī)(或電吹風(fēng))提供高速空氣流，使鋼絲棉在空氣中的燃燒便于控制，只要鋼絲棉足夠多，燃燒就可以持續(xù)不斷地進(jìn)行下去，從而充分滿足學(xué)生觀察和探究實(shí)驗(yàn)的欲望。

(3)鋼絲棉在高速空氣流中劇烈燃燒的事實(shí)，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)完全燃燒的條件；鋼絲棉奇特的化學(xué)活性，能夠激發(fā)學(xué)生探究身邊化學(xué)物質(zhì)的欲望。

(4)本實(shí)驗(yàn)不僅可以作為演示實(shí)驗(yàn)，也可以在教師或家長指導(dǎo)下由學(xué)生進(jìn)行操作。

4 小結(jié)

總之，由于鋼絲棉的比表面積非常大，因而它在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生的有效碰撞幾率就高。我們利用鋼絲棉設(shè)計(jì)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(不限于鐵的燃燒，還有鐵生銹、鐵與硫反應(yīng)、鐵與酸或鹽溶液反應(yīng)等實(shí)驗(yàn))，不僅能明顯地提高化學(xué)反應(yīng)速率，甚至能產(chǎn)生意想不到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，因而豐富了中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，提高了化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。