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        “燃燒的條件”實(shí)驗(yàn)再改進(jìn)

        2023-11-03 12:47:12姜跟華
        化學(xué)教學(xué) 2023年9期

        姜跟華

        摘要: 針對“燃燒的條件”實(shí)驗(yàn)存在的不足,通過分析文獻(xiàn)和探索實(shí)踐,提出新的改進(jìn)方案。新方案遵循教材原型實(shí)驗(yàn)教學(xué)意圖,利用燃燒匙、集氣瓶、導(dǎo)管、氣球、橡膠塞等物品,進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)具有裝置簡約、操作簡便、效果顯著等優(yōu)點(diǎn),同時結(jié)合實(shí)際對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展探究,提出了比表面積、閃點(diǎn)等對物質(zhì)燃燒有影響的因素,以幫助學(xué)生提升對燃燒知識的認(rèn)識。

        關(guān)鍵詞: 燃燒條件; 實(shí)驗(yàn)改進(jìn); 實(shí)驗(yàn)拓展探究; 影響燃燒因素

        文章編號: 1005-6629(2023)09-0081-03???中圖分類號: G633.8???文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B

        1? 問題提出

        “燃燒的條件”是初中化學(xué)一個經(jīng)典的、非常重要的探究實(shí)驗(yàn)。人教版初中《化學(xué)》上冊128頁實(shí)驗(yàn)7-1(如圖1所示)如是描述:“在500mL燒杯中加入300mL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,銅片上一端放一小堆干燥的紅磷,另一端放一小塊已用濾紙吸去表面水分的白磷,觀察現(xiàn)象;用導(dǎo)管對準(zhǔn)上述燒杯中的白磷,通入少量氧氣,觀察現(xiàn)象?!痹搶?shí)驗(yàn)對幫助學(xué)生學(xué)習(xí)對比分析方法、領(lǐng)悟控制變量思想、轉(zhuǎn)變已有認(rèn)識等具有非常重要的意義。然而筆者在實(shí)際教學(xué)時卻發(fā)現(xiàn)了一些問題:(1)白磷燃燒產(chǎn)生大量白煙,釋放到環(huán)境中,會造成污染;(2)通入氧氣后水中白磷容易四處“游蕩”,操作難???以控制且現(xiàn)象會曇花一現(xiàn);(3)適合教師演示實(shí)驗(yàn),但不適用于學(xué)生的課堂探究活動。為此筆者決定對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),使之能更好地服務(wù)于教學(xué)。

        查閱相關(guān)文獻(xiàn)[1~5],很多一線教師對“燃燒的條件”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計與改進(jìn),在環(huán)保性、對比性和趣味性等方面取得了較好的效果,令人欣喜。但筆者依然發(fā)現(xiàn)有的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)存在操作繁瑣,不夠簡約,影響觀察;有的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論存在爭議(如紙張與木炭對比實(shí)驗(yàn)),影響其推廣使用;還有的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)違背原教材意圖,沒有很好地發(fā)揮原型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能等。筆者認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的主要關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)是裝置密封避免污染、白磷聚集避免“游蕩”等。為此筆者吸取上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn),不斷實(shí)踐與總結(jié),最終形成了如下的改進(jìn)方案。

        2? 實(shí)驗(yàn)部分

        2.1? 實(shí)驗(yàn)用品

        500mL集氣瓶(或廣口瓶)、橡膠塞、玻璃管、氣球、燃燒匙、鋼釘、小鐵錘、紅磷、白磷、約80℃的熱水(溶有適量氫氧化鈉)等

        2.2? 實(shí)驗(yàn)操作

        (1) 取一支燃燒匙,用小鐵錘敲擊銅質(zhì)小勺外側(cè)底部,使之形成一個向內(nèi)略凸的小平臺,然后使用鋼釘和小鐵錘在平臺四周打若干小孔(如圖2所示),備用。

        (2) 將打孔燃燒匙和未打孔燃燒匙插入帶有玻璃管(玻璃管上套氣球)的橡膠塞上。在打孔燃燒匙長柄鐵絲上涂抹少量凡士林,并將鐵絲末端做成彎曲狀。

        (3) 將橡膠塞塞緊集氣瓶,調(diào)節(jié)兩個燃燒匙高度并使打孔燃燒匙處于下方(如圖3所示)。

        (4) 取下橡膠塞,向集氣瓶中加入80℃左右的熱水(溶有適量氫氧化鈉)至標(biāo)記處。在上方燃燒匙中加入少量紅磷,將白磷放在打孔燃燒匙的平臺上,并伸入集氣瓶熱水中,塞緊橡膠塞,觀察到瓶中紅磷、白磷都沒有燃燒。

        (5) 將打孔燃燒匙輕輕向上提起,白磷露出水面,觀察到白磷燃燒,產(chǎn)生大量白煙。通過白磷前后現(xiàn)象對比可得出燃燒需要空氣(或氧氣),通過水面上的白磷與紅磷現(xiàn)象對比可得出燃燒需要溫度達(dá)到可燃物的著火點(diǎn)。

        (6) 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后整理、清洗實(shí)驗(yàn)用品。

        2.3? 幾點(diǎn)說明

        (1) 在燃燒匙上打孔和敲一個小平臺,目的是盡可能減少燃燒匙內(nèi)水的量,使白磷與空氣充分接觸,促使其能順利燃燒。在燃燒匙長柄鐵絲上涂抹凡士林和末端彎曲,目的是方便將燃燒匙提起或放下。

        (2) 500mL集氣瓶可以提供較多的空氣(相對于250mL),從而使白磷燃燒更持久、現(xiàn)象更明顯,學(xué)生觀察更清晰。

        (3) 橡膠塞上連接玻璃管與氣球,其不僅可以緩沖瓶內(nèi)氣壓,防止瓶塞被頂出,而且還可以形成密封裝置,防止白煙釋放到空氣中。

        (4) 在熱水中溶解適量氫氧化鈉,其目的是更快、更充分地吸收白煙,有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為:

        P2O5+6NaOH2Na3PO4+3H2O;

        如果還有少量白磷殘留,可以借助硫酸銅溶液或酸性高錳酸鉀進(jìn)行處理[6],有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為:

        11P+5CuSO4+24H2O5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4

        2P+3H2SO4+2KMnO4K2SO4+2H3PO4+2MnSO4

        2.4? 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

        (1) 裝置簡約,操作方便。使用實(shí)驗(yàn)室常見的儀器,搭建簡單的實(shí)驗(yàn)裝置,進(jìn)行便捷的實(shí)驗(yàn)操作,取得非常好的實(shí)驗(yàn)效果,同時繼承了原教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計簡單、裝置簡約、容易觀察等優(yōu)點(diǎn)。

        (2) 效果顯著,服務(wù)教學(xué)。經(jīng)過改進(jìn),實(shí)驗(yàn)效果非常顯著,不僅解決了原教材實(shí)驗(yàn)不環(huán)保、不可控、不嚴(yán)謹(jǐn)、不通用等問題,而且還具有安全可靠、現(xiàn)象明顯、節(jié)約時間、一次制作長期使用等優(yōu)點(diǎn),能很好地服務(wù)于教學(xué)。

        3? 拓展探究

        實(shí)驗(yàn)的成功改進(jìn)給了我們一定的驚喜與啟示,查閱高中與大學(xué)的化學(xué)教材,發(fā)現(xiàn)均無專門介紹燃燒學(xué)的知識內(nèi)容,也就是說初中關(guān)于燃燒學(xué)的內(nèi)容,既是開始也是“結(jié)束”。因此有必要呼吁應(yīng)對該實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)研究,以此引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。筆者提出:若燃燒的三個條件都滿足了,燃燒一定就能發(fā)生嗎?如果不能,還與哪些因素有關(guān)呢?基于此,我們設(shè)計了如下的拓展實(shí)驗(yàn)。

        3.1? “仙女散花”實(shí)驗(yàn)

        實(shí)驗(yàn)操作:灼燒粗鐵絲,發(fā)現(xiàn)鐵絲沒有燃燒。取少量鐵絲絨,平鋪開,用坩堝鉗夾住,放在酒精燈火焰上,發(fā)現(xiàn)鐵絲絨發(fā)生劇烈燃燒,火星四射,像“仙女散花”一般(如圖4所示)。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)論:像粗鐵絲這種“表面燃燒”的物質(zhì),除了要滿足基本條件外,還需要有合適的“比表面積”[7]。

        3.2? “一閃即滅”實(shí)驗(yàn)

        實(shí)驗(yàn)操作:分別用燃著的木條去加熱固態(tài)和液態(tài)石蠟,發(fā)現(xiàn)都沒有被點(diǎn)燃。用酒精燈加熱石蠟,使產(chǎn)生石蠟蒸氣,發(fā)現(xiàn)石蠟蒸氣能燃燒,但開始時會“一閃即滅”,此時引起閃燃時液體的最低溫度稱為閃點(diǎn)[8]。持續(xù)加熱石蠟,再點(diǎn)石蠟蒸氣,發(fā)現(xiàn)石蠟蒸氣能持續(xù)燃燒,此時引發(fā)可燃物蒸氣持續(xù)燃燒的最低溫度稱為著火點(diǎn)。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)論:像石蠟這種“蒸發(fā)燃燒”的物質(zhì),自身溫度只要超過了閃點(diǎn),就可被點(diǎn)燃。

        3.3? “推波助瀾”實(shí)驗(yàn)

        實(shí)驗(yàn)操作:使用坩堝鉗夾住方糖,放在酒精燈上灼燒,發(fā)現(xiàn)方糖熔化、變焦,但很難燃燒。另取一塊方糖,表面蘸一點(diǎn)二氧化錳,再放在酒精燈火焰上灼燒,發(fā)現(xiàn)能很快燃燒起來(如圖5所示)。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)論:像蔗糖這種“分解燃燒”的物質(zhì),除了與燃燒三要素有關(guān)外,還可能與某些金屬氧化物有關(guān)[9]。

        4? 結(jié)語

        本文從實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的真實(shí)問題出發(fā),對“燃燒的條件”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再改進(jìn),在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行拓展探究,幫助學(xué)生進(jìn)一步了解燃燒的條件和控制燃燒反應(yīng)有重要意義,同時也為其他化學(xué)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供新的參考。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張儀軒. “燃燒條件”探究實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計[J]. 化學(xué)教學(xué), 2016, (11): 76~77, 96.

        [2]李德前, 魏海, 張羿. 將白磷包裹在鐵絲絨內(nèi)進(jìn)行水中燃燒實(shí)驗(yàn)[J]. 化學(xué)教學(xué), 2021, (12): 72~74.

        [3][6]胡海銘. “燃燒條件”實(shí)驗(yàn)的綠色化改進(jìn)[J]. 化學(xué)教學(xué), 2015, (10): 71~72.

        [4]程明銀. “探究燃燒條件”的教學(xué)反思與創(chuàng)新設(shè)計[J]. 中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備, 2014, (5): 34~35.

        [5]王春. “燃燒條件”實(shí)驗(yàn)探究一體化創(chuàng)新設(shè)計[J]. 教育與裝備研究, 2019, (8): 31~33.

        [7][8]王程杰. 燃燒條件3+1[J]. 化學(xué)教學(xué), 2016,(1): 49~55.

        [9]劉立新. 燃燒條件之我見[J]. 化學(xué)教學(xué), 2017,(1): 87~92.

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