“水火相容”——白磷在水中燃烧的新设计

牛大学周广

（铜山区伊庄镇中心中学江苏徐州221128）

“水火相容”
——白磷在水中燃烧的新设计

牛大学周广

（铜山区伊庄镇中心中学江苏徐州221128）

实验创新不仅指实验装置的创新，还应包括实验内容的创新等，我们化学组以此为出发点，利用分液漏斗、锥形瓶、输液管、输液瓶等改进了白磷在水中燃烧的实验设计，改进后的实验绿色环保，便于学生观察白磷在水下持续燃烧这个神奇的现象，帮助他们深刻理解燃烧的条件。

白磷；持续燃烧；水火相容；二氧化锰丸；注射器；输液管；输液瓶

化学是一门以实验为基础的自然科学，实验在化学课堂教学过程中所起到的作用，是任何其他教学方法所无法比拟的。作为一名化学教师，在课堂教学过程中做好演示实验尤其重要。一个设计合理的成功的演示实验，既可以帮助学生深刻理解化学概念，又有利于突破教学重难点，更有利于激发学生学习的兴趣和探究化学新知的欲望。

一、实验改进意图

人教版九年级化学（2012年6月第1版）上册129页图7-5“燃烧条件的实验”（如下图所示）。

在探究燃烧需要的条件时，大部分老师都是按教材内容安排进行实验探究的。

图1 教材中实验

教材中的探究实验简单易行，现象明显直观。变量条件（温度、可燃物、氧气）控制得好，对比性强，这一实验很好地说明了物质燃烧必须同时具备可燃物（白磷）、温度（热水）达到着火点、与氧气（或空气）接触三个条件，缺一不可。在分析讨论过程中容易让学生抓住问题的实质，便于后面开展关于燃烧条件的讨论。但我们认为此实验还有以下几点美中不足的地方。

（1）如上述图实验1装置处于敞开体系，铜片上白磷燃烧的产物会污染环境，教材里特别注明要在通风橱或在抽风设备下进行实验，但教室里一般都是没有通风橱设备的，甚至我们一些条件落后的实验室里也没有通风橱设备，给老师们在课堂上演示该实验带来了不便，该实验不符合绿色化学实验理念。我们在演示实验时，有时还会发现铜片上的白磷燃烧会溅出火花引燃红磷，这种“城门失火殃及池鱼”的现象会干扰学生对实验结论的分析判断。

（2）如上述图实验2装置通入氧气（或空气）使水下的白磷燃烧，利用导气管口对准白磷不断地通入氧气,氧气气流使水中熔化的白磷漂浮不定,到处“乱跑”,出现不易引燃和燃烧不稳定、不持续的情况。有时部分白磷的颗粒还会漂浮到水面着火燃烧，不便于学生很好地观察到白磷“水火相容”实验现象。如用漏斗倒扣在白磷上再通入氧气，我们经多次实验发现效果也不理想。

在实际的教学中大部分化学教师已经认识到此类问题，也针对该实验进行了改进。如下图所示是老师们常用的改进实验。

图2 常见改进实验

我们在教学中发现，这些改进后的实验，白磷在水中燃烧仍然不够持续壮观，实验中白磷虽能在密闭的体系中燃烧，体现绿色化学理念，但可观性并不是太强，白磷燃烧仍然不够持续。我们改进后的实验只用一小块白磷，既能证明可燃物燃烧需要与氧气接触同时温度达到着火点。改进后的实验绿色环保，满足学生较长时间的观察白磷在水下燃烧这个神奇的现象，使他们悟出只要满足条件，一切皆有可能。

二、具体实验

1.实验仪器和药品

锥形瓶（配双孔橡皮塞）、分液漏斗、20mL注射器、输液软管、止水夹、铁架台（带铁夹）、气球、输液瓶、二氧化锰丸、15%双氧水、白磷、镊子、小刀、铁丝网、冷热水、烧杯（50mL）、废弃水笔笔芯、浓氢氧化钠溶液、酚酞试液。

2.改进后的实验装置图

图3 笔者改进实验装置图

改进后的实验主要有制储氧装置、燃烧装置、尾气吸收装置三部分组成。制储氧装置主要利用15%的过氧化氢溶液和二氧化锰丸在锥形瓶中反应制取氧气，并借助气球用来储存氧气和缓冲压强。燃烧装置主要在分液漏斗中发生，我们在分液漏斗中盛放白磷有利于白磷和氧气充分接触，利用分液漏斗的活塞开关可以控制通入或停止通入氧气。将白磷置于球形漏斗中燃烧便于学生观察白磷在水中燃烧，为了有效地防止熔化的白磷被气流冲到水面上来，我们又将自制鸟巢状的铁丝网放入分液漏斗中。尾气吸收主要利用输液管、输液瓶、水笔笔芯制作了尾气净化吸收装置，在输液瓶和“滴斗”中分别加入氢氧化钠浓溶液进行二次充分吸收反应生成的五氧化二磷。在“滴斗”中预先滴入几滴酚酞试液，通过溶液颜色的变化就可以明确地知道什么时候该重新更换输液瓶中的氢氧化钠溶液。

三、实验仪器制作主要过程

1.将双孔橡皮塞中分别插入分液漏斗和从输液管上剪下的“三通”部分。

2.在“三通”的一端连接气球，另一端连接注射器方便注入过氧化氢溶液。

3.取废弃的水笔笔芯，在热水中烫过后迅速弯成90°的弯管和U型弯管，并和“滴斗”、输液瓶、输液管连接起来即可制作（如图3所示）二次净化吸收装置。

四、实验操作步骤及产生的现象

1.检查气密性，用注射器向锥形瓶内推入一定量的空气使气球膨胀起来，静置气球不变化，说明气密性良好。

2.加入药品，用镊子夹取6粒二氧化锰丸放入锥形瓶中，塞上带分液漏斗的双孔橡皮塞，然后用20mL的注射器向锥形瓶内加入10 mL15%的过氧化氢溶液，此时关闭分液漏斗活塞，气球逐渐变大。

3.用镊子夹取铁丝网放入分液漏斗中，再向分液漏斗中注入10mL冷水，然后再用镊子将一块绿豆大小的白磷放入冷水中。

4.打开分液漏斗的活塞，通入氧气，观察到此时白磷和氧气接触但不燃烧。

5.关闭分液漏斗的活塞，向分液漏斗中注入40mL 80℃以上的热水，此时白磷逐渐熔化并不燃烧。

6.连接好尾气处理装置，打开分液漏斗的活塞，通入氧气，水下白磷持续燃烧，放出火花，现象十分明显。

五、实验改进后的主要优点

1.节约药品，用一块白磷即可完成探究燃烧的条件。

2.对尾气进行二次净化处理，充分吸收五氧化二磷，绿色环保。

3.该套装置借助输液管连接，制作简单方便，部分材料取材于生活，增添了实验的趣味性。

4.整个实验置于密闭透明的体系进行，便于学生观察白磷在水下持续燃烧的这个神奇的现象，帮助他们深刻理解燃烧的条件：（1）需要与氧气接触;（2）温度必须达到着火点。

六、实验反思

使用改进后的装置进行实验，再向热水中通入氧气时要注意控制好通入氧气的气体流速，防止因气体流速过快而导致熔化后的白磷被冲到水面上燃烧起来，如果通入氧气的流速过慢，不能保证白磷和氧气持续的接触，燃烧就会断断续续，时有时无，现象不明显，不能充分地激发学生探究欲望。所以本实验控制好通入氧气的速率是保证热水中的白磷能持续燃烧的关键所在。我们多次实验研究发现生成的五氧化二磷不能被水完全吸收，故实验中还应注意对燃烧产生的尾气进行多次吸收处理。

［1］王晶，郑长龙.义务教育教科书（化学九年级上册）［M］.北京:人民教育出版社,2012，6

［2］钱胜，冯红霞.对“白磷在水下燃烧实验”的多种改进［J］.化学教学，2011（3）

［3］谭文生.对“白磷在水下燃烧实验”的趣味性设计［J］.化学教学,2011（12）

［4］褚衍伟.对“水火相容”实验的改进——白磷在水中燃烧实验改进［J］.中学生数理化（教与学）,2011（6）

1008-0546（2017）09-0087-02

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