江蘇省宜興市行知實(shí)驗(yàn)學(xué)校(214262) 薛 昊

1 教材中的實(shí)驗(yàn)

教材中的實(shí)驗(yàn)是：“在500 mL的燒杯中注入400 mL熱水，并放入用硬紙圈圈住的一小塊白磷。在燒杯上蓋一片薄銅片，銅片上一端放一堆干燥的紅磷，另一端放一小塊已用濾紙吸取表面上水的白磷”，用導(dǎo)管對(duì)準(zhǔn)上述燒杯中的白磷，通入少量氧氣(或空氣)”(見圖1)。

圖1 教材中的實(shí)驗(yàn)裝置

2 教材中實(shí)驗(yàn)的不足

2.1 不適于在教室中進(jìn)行

由于白磷、紅磷的燃燒產(chǎn)物對(duì)人的呼吸道有強(qiáng)烈的刺激，此實(shí)驗(yàn)應(yīng)在通風(fēng)櫥中或抽風(fēng)設(shè)備下進(jìn)行，而教室中并沒有此類設(shè)施，所以在教學(xué)中此實(shí)驗(yàn)往往由演示實(shí)驗(yàn)變?yōu)榻處熆陬^描述。

2.2 操作不便且現(xiàn)象不明顯

用導(dǎo)管對(duì)準(zhǔn)燒杯中的白磷通入氧氣時(shí)，白磷易被氧氣流吹得到處亂跑，不僅給操作帶來(lái)不便，而且由于不便對(duì)準(zhǔn)白磷，使得白磷的燃燒現(xiàn)象不明顯。

2.3 不便于處理實(shí)驗(yàn)用具和實(shí)驗(yàn)殘余物，存在安全隱患

白磷具有毒性，且極易燃燒，為安全起見，取用白磷的鑷子要在通風(fēng)廚中用酒精燈灼燒；吸干白磷表面的水的濾紙也要在通風(fēng)廚中燒掉；實(shí)驗(yàn)中用過的水槽要沖洗數(shù)遍。按教材上實(shí)驗(yàn)的做法，白磷必須在教室中從試劑瓶中取出，則使用的鑷子、濾紙和實(shí)驗(yàn)后銅片上的殘余物不便于處理，從而帶來(lái)一定的安全隱患。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

為了解決這些問題，筆者進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)裝置圖見圖2。

圖2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置1

實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象：將白磷和紅磷置于硬質(zhì)玻璃管中(紅磷置于通入氧氣的一端，避免白磷燃燒產(chǎn)生的熱氣流引燃紅磷)，兩者相距約5 cm，一端用彈簧夾密封，另一端利用燒杯中的溶液密封。在硬質(zhì)玻璃管下方距離約1.5 cm處墊一張石棉網(wǎng)，石棉網(wǎng)下用酒精燈加熱(酒精燈位于白磷和紅磷之間，偏向于紅磷，這樣可讓學(xué)生直觀地感受到紅磷受到的溫度高于白磷受到的溫度)，石棉網(wǎng)上的空氣溫度升高，再通過受熱的空氣給硬質(zhì)玻璃管中的白磷和紅磷加熱。白磷微微受熱便燃燒起來(lái)，產(chǎn)生大量白煙；紅磷不燃燒。一段時(shí)間后，白磷熄滅。打開彈簧夾，向硬質(zhì)玻璃管中通入氧氣，白磷又重新燃燒起來(lái)，且燃燒更旺。燒杯中盛放NaOH溶液，以吸收五氧化二磷。為了防止水倒吸，在硬質(zhì)玻璃管與尾氣吸收裝置之間放置安全瓶。

筆者用加熱高錳酸鉀的方法制取氧氣，為了多次通入氧氣，讓白磷重復(fù)出現(xiàn)燃燒、熄滅的現(xiàn)象，可將發(fā)生裝置連一個(gè)三通管，一端與硬質(zhì)玻璃管相通，另一端與大氣相通，如圖3所示。需向硬質(zhì)玻璃管內(nèi)通入氧氣時(shí)，關(guān)閉與大氣相通處的彈簧夾，打開與玻璃管相連處的彈簧夾；停止通入氧氣時(shí)，關(guān)閉與玻璃管相通處的彈簧夾，打開與大氣相連處的彈簧夾，防止氧氣將試管口的橡皮塞沖開。

圖3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置2

4 改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

4.1 適宜在教室中進(jìn)行，安全環(huán)保

將實(shí)驗(yàn)裝置換成密封裝置，并利用尾氣處理裝置，將五氧化二磷吸收，避免了對(duì)人體的危害，使此實(shí)驗(yàn)適宜在教室中進(jìn)行。

4.2 用空氣浴加熱取代用熱水加熱，縮短加熱時(shí)間

由于密封裝置為玻璃儀器，而玻璃的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)差于銅片，用熱水加熱引燃白磷所需時(shí)間較長(zhǎng)，而用空氣浴加熱縮短了加熱時(shí)間。

4.3 便于處理實(shí)驗(yàn)用具和實(shí)驗(yàn)殘余物，消除了安全隱患

改用硬質(zhì)玻璃管作為反應(yīng)容器，利用裝置的密封性，可以事先在實(shí)驗(yàn)室中將藥品裝好，實(shí)驗(yàn)后的殘余物也可帶回實(shí)驗(yàn)室處理、清洗。解決了鑷子、濾紙等不便處理的問題，消除了安全隱患。

4.4 現(xiàn)象明顯，便于學(xué)生觀察

通過實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生明確地感知到燃燒的條件是：可燃物、達(dá)到著火點(diǎn)、與空氣或氧氣接觸，而且三者缺一不可；也為滅火等知識(shí)的學(xué)習(xí)提供了鋪墊。

5 改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置的溫度測(cè)定

用空氣浴給藥品加熱，能否使溫度達(dá)到白磷的著火點(diǎn)而低于紅磷的著火點(diǎn)？筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)中的溫度進(jìn)行了測(cè)定。

5.1 測(cè)定用空氣浴加熱時(shí)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)的溫度

在硬質(zhì)玻璃管下一定距離墊石棉網(wǎng)，用酒精燈加熱，將兩支溫度計(jì)的水銀球分別置于酒精燈正上方的A處和距其約4 cm的B處(見圖4)，實(shí)驗(yàn)中藥品所處的位置正好在A、B兩點(diǎn)之間，所以藥品的溫度會(huì)介于A、B兩點(diǎn)的溫度之間。

圖4 測(cè)定用空氣浴加熱時(shí)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)的溫度

(1)實(shí)驗(yàn)一：室溫22 ℃，硬質(zhì)玻璃管與石棉網(wǎng)之間的距離1 cm。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)一數(shù)據(jù)

(2)實(shí)驗(yàn)二：室溫22 ℃，硬質(zhì)玻璃管與石棉網(wǎng)之間的距離3 cm。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)二數(shù)據(jù)

我們知道，紅磷的著火點(diǎn)是260 ℃,白磷的著火點(diǎn)是40 ℃。可以看出，用空氣浴加熱，硬質(zhì)玻璃管與石棉網(wǎng)之間的距離為1～3 cm時(shí)，管內(nèi)的溫度可引燃白磷，卻不會(huì)引燃紅磷。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硬質(zhì)玻璃管與石棉網(wǎng)之間的距離約為1.5 cm時(shí)，加熱使白磷燃燒的時(shí)間較短，又可確保加熱效果。

5.2 測(cè)定白磷燃燒放出熱量與酒精燈共同作用會(huì)不會(huì)引燃紅磷

在硬質(zhì)玻璃管內(nèi)的一端放一小堆干燥的紅磷，另一端放一小塊已用濾紙吸取表面上水的白磷，兩者之間相距約5 cm，硬質(zhì)玻璃管下約1.5 cm處墊一張石棉網(wǎng)，用酒精燈加熱，將兩支溫度計(jì)的水銀球分別置于白磷與紅磷之間的中點(diǎn)A處和紅磷下方的B處(見圖5)。

圖5 測(cè)定白磷燃燒放出熱量與酒精燈共同作用會(huì)不會(huì)引燃紅磷

(1)實(shí)驗(yàn)三：室溫22 ℃，白磷在空氣中燃燒。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 實(shí)驗(yàn)三數(shù)據(jù)

由于氧氣被消耗完，白磷燃燒約2 min后熄滅。

(2)實(shí)驗(yàn)四：室溫22℃，白磷在氧氣中燃燒。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 實(shí)驗(yàn)四數(shù)據(jù)

表中空白部分，是由于白磷已燃盡，故沒有測(cè)定?？梢钥闯黾词故翘幵诟拷凭珶鬉處的溫度也沒有達(dá)到紅磷的著火點(diǎn)，反應(yīng)過程中不會(huì)將紅磷引燃。