燃烧定义的深层次剖析

但世辉陈莉莉

燃烧定义的深层次剖析

但世辉陈莉莉

（襄阳市东风中学湖北襄阳441004）

燃烧的定义在中学阶段不同版本的教材中多次出现并不断演化。文中分析了各种物质燃烧的过程，得出了燃烧的必备条件，就此总结出了更为准确的燃烧定义并进行了扩展。

燃烧；过程；条件；定义

一、问题的提出

人教版《义务教育课程标准实验教科书·化学》（九年级上册）第125页对“燃烧”作了如下定义：可燃物与氧气发生的一种发光、放热的剧烈的氧化反应叫做燃烧［1］。人教版《全日制普通高级中学教科书（必修）·化学》（第一册）第66页对“燃烧”又进行了如下补充说明：燃烧不一定要有氧气参加，任何发光、发热的剧烈的化学反应都可以叫做燃烧［2］。而人教版《普通高中课程标准实验教科书·化学》（必修1）中并没有对燃烧进行一个准确的界定，只是将其放置在“思考与交流”一栏中：通过H2在Cl2中燃烧的实验，你对燃烧的条件及其本质有什么新的认识［3］？三种教材内容上的编排自然有其合理的出发点，但我们不禁要问：必修1中问题的答案到底该如何统一？毕竟从目前的教学来看，许多同行对此问题看法不一，甚至失之偏颇。为此，笔者做出了以下探究。

二、燃烧的过程

要弄清楚燃烧的定义或者本质，我们必须从燃烧的过程出发。物质可以粗略分为气体、液体、固体三种，可燃物的状态不同，其燃烧过程也不完全相同，伴随着燃烧各阶段的温度也不一样（图1）。

图1 物质的燃烧过程

从上图可知，任何可燃物质的燃烧都要经历氧化分解、着火、燃烧等阶段。对于固体和液体而言，燃烧过程中多了“蒸发或分解”这一初始阶段，其相应温度为T初，即为可燃物质开始加热的温度，此时加热的大部分热量用于可燃物的熔化蒸发或分解，温度上升比较缓慢；当温度上升至T氧时，可燃物质开始氧化，但此时氧化速度不快，氧化产生的热量尚不足以抵消向外界的散热，若此阶段停止加热，则不会引起燃烧，因此需要继续加热，温度才能继续升高；当温度达到T着，可燃物剧烈氧化并开始着火，放出大量的热，即使停止加热温度也能升高，到达时可燃物继续燃烧，温度继续升高，仍然放出大量的热。

以木材燃烧为例，可分为四个阶段［4］：

（1）干燥阶段：T初＜150℃，蒸发的气体主要是水蒸气，为吸热过程；

（2）预炭化阶段：T氧在150～275℃，木材缓慢氧化，析出CO、CO2和少量有机挥发物，仍为吸热阶段；

（3）炭化阶段：T着在275～450℃，木材剧烈氧化，放出大量CO、CH4、木焦油等可燃性物质，同时产生木炭。此时可燃物质剧烈燃烧，为放热过程，产生大量的热，是木材燃烧时最危险的阶段；

（4）煅烧阶段：T燃在450～1500℃，木材热分解结束，木炭剧烈燃烧，继续放出热量。

三、燃烧的条件

从燃烧过程可以看出，引发燃烧最重要的一步是燃烧过程中的二、三阶段能使温度上升至T着。此阶段的能量情况可用下图表示（图2）。

图2 燃烧的能量转化示意图

因此，从能量角度来说燃烧的条件为：必须使可燃物获得的热量大于其散失的热量，这样才能保证可燃物具有一定的能量使温度升至着火点。具体而言，要实现这种能量的转化必须具备以下条件：

其一：燃烧初始阶段必须持续对可燃物进行加热。由于此时还未到氧化阶段，可燃物本身尚不能产生热量，必须借助外界供热，倘若停止加热，温度便不能上升至T着，可燃物不能燃烧。以木材燃烧为例，干燥阶段和预炭化阶段均为吸热反应，吸收的热量必须源于外界供热，否则便不能进入炭化阶段和煅烧阶段，不能燃烧。

其二：燃烧第二、三阶段必须发生氧化反应且氧化速度很快。外界停止供热之后，支持升温的热量便只能源于氧化反应产生的热量，倘若氧化速度过慢，放出的热量不足以抵消外界散失的热量则燃烧便会停止。以带火星的木条为例，放在空气中只会发光发热且易熄灭，而放在氧气中便可剧烈燃烧，原因便是空气中O2浓度太小，氧化速度过慢的缘故。

四、燃烧的定义及解释

由燃烧的过程及其条件可以给燃烧下一个较之教材更为准确的定义：任何发光、发热且氧化速率较快的化学反应都可以称之为燃烧。对其解释如下：

“发光、发热”是燃烧过程的一种外在表现。从能量角度分析，燃烧进入第二、三阶段之后，可燃物放出的热量远远大于散失的热量，此时多余的热量便以光和热的形式传播出去，呈现“发光、发热”的现象。

“氧化速率较快”用以替换了人教版化学第一册68页定义中“剧烈”一词，替换之后更为准确。由于“氧化速率较快”才能保证温度的上升进而达到着火点并开始燃烧，但从外在表现来看“氧化速率较快”不一定就“剧烈”，以H2在Cl2中燃烧为例，受H2流速等因素的影响反应并不剧烈只是安静的燃烧，而从内部分析来看其氧化速率还是比较快的，足以保证燃烧的进行。

综上：从内部分析，燃烧所引起的氧化反应速率较快，从外部来看，氧化过程产生的多余能量以光和热的形式散失。

五、燃烧现象的扩展

由燃烧的定义可知：燃烧本身是一个速率较快的氧化反应，因此在平时分析某种物质是否能够燃烧或者是否能够助燃时一定要将分析对象及其所处化学环境搭配起来共同分析，常见分析误区如下：

1.燃烧的蜡烛在CO2中熄灭，因此CO2不能助燃

此种结论将分析对象与化学环境（CO2）孤立开来。蜡烛不能在CO2中燃烧是由于蜡烛成分（主要为碳氢化合物）不能和CO2发生速率较快的氧化还原反应，自然不能燃烧；据此说CO2不能助燃便很片面。CO2对绝大多数可燃物是良好的灭火剂，而对K、Ca、Na、Mg等失电子能力强的可燃物则是助燃剂，以Mg在CO2中燃烧为例，发生反应燃烧便十分剧烈。

除CO2之外，中学阶段常见气体如NO2、SO2等均可用作助燃剂［5］，比如Mg便可在这两种气体中燃烧，发生的反应为：

2.燃烧一定要在气体中进行

常见的燃烧过程都有气体的参与，但并不代表全部，因为固体之间也可发生氧化速率较快的化学反应并且发光、发热，也可称之为燃烧，以铝热反应为例：2Al+此反应迅速放出大量的热，使得产生的单质铁呈液态，也可称之为燃烧。

［1］中学化学国家课程研制组.义务教育课程标准实验教科书·化学(九年级上册)［M］.北京：人民教育出版社，2006：15

［2］人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书·化学(第一册)［M］.北京：人民教育出版社，2003：66

［3］宋心琦.普通高中课程标准实验教科书·化学：必修1［M］.北京：人民教育出版社，2007：83

［4］崔会旺，杜官本.木材阻燃研究进展［J］.世界林业研究，2008，(3)：43-45

［5］张海发.二氧化氮的助燃性［J］.化学教学，1996，(5)：42-43

1008-0546（2012）01-0073-02

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2012.01.034