高中化学通识教育之水下燃烧之谜*

代黎娜

化学是一门以实验为基础的学科，绝大多数化学定律都是在大量实验的基础上归纳总结出来的，化学实验对化学的发展和教学都起着极其重要的作用。在课堂上演示好化学实验，可以极大地帮助学生掌握化学实验的探究方法，更有助于学生深刻的理解所要研究的化学规律及本质，从而激发学生学习化学的浓厚兴趣，转变以往被动的知识灌输模式，让学生走向积极、主动的自主性学习，从而实现课堂的有效性、高效性。

燃烧几乎是日常生活中的“必需品”，家里做饭烧天然气，开车出行烧燃油，更令人惊讶的是有些物质竟然可以在水中燃烧。下面我们将揭开水下燃烧神秘的面纱，并演示“隔空点火”实验来激发学生学习的热情，让化学课堂变得更有活力、更加丰富。

一、燃烧的本质

1.燃烧

燃烧是一种发光发热的化学反应，光和热是燃烧过程中伴随的现象。图1所示为各种物质在空气中燃烧的现象。

图1 各种物质燃烧的现象

2.燃烧必备的3个条件

(1)可燃物：能与助燃物起剧烈反应的物质，可以是固体、液体和气体。

(2)助燃物：能支持和帮助可燃物燃烧的物质，可以是固体、液体和气体。

(3)火源：能引起可燃物燃烧的热能源都叫火源。

从燃烧的定义和燃烧的条件可以深层理解为只要可燃物与助燃物反应产生发光、发热的现象，都叫作燃烧，助燃物可以是氢气、氯气等，而不一定是氧气。如图2和图3所示，硫黄在不同气体中的燃烧现象。

图2 火山口硫黄在空气中燃烧

图3 硫黄在氯气中燃烧

二、水下燃烧之谜

有些物质在水中、土中亦可以燃烧(如图4所示)，这里面到底隐藏着什么奥秘呢？现在就让我们揭开水下燃烧之谜。

图4 燃烧棒从空气中到水中的燃烧过程

燃烧棒是通过特定的氧化剂和还原剂混合而成，燃烧棒中的主要成分有镁粉、铝粉、氯酸钾、石蜡、红磷、金属钠、甘油和二氧化硅，各种成分含量见表1。

表1 燃烧棒中各种物质所占质量百分比

根据燃烧的3个条件可知，必须有可燃物和助燃物才能燃烧，燃烧棒在水下燃烧，难道真的没有助燃物吗？不，肯定有！可燃物镁粉、石蜡、红磷、钠和甘油要想燃烧，必定需要助燃物，那么助燃物是什么呢？答案是：氧气。而氧气又是从哪里来的呢？可以通过下面的化学反应方程式[2]观赏。

其中，氯酸钾制氧气可选择的催化剂多种多样，此处催化剂为Al2O3，实验中常见的催化剂见表2[2]。

表2 各种催化剂对相同质量氯酸钾分解反应的影响

氯酸钾受热且在催化剂Al2O3的作用下，短时间内生成大量氧气，氧气聚集形成氧气泡[3](如图5所示)，燃烧棒内的可燃物在氧气泡里剧烈燃烧，发出光和热，这便是我们看到的水下燃烧之谜。

图5 燃烧棒端口氧气泡演变示意图

三、燃烧实验发散思维——“隔空点火”小实验

在课堂演示燃烧实验的过程中，除了广为人知的可燃物在空气中燃烧实验外，可以将燃烧棒在水下的燃烧现象展示给学生，激发学生探究自然规律的热情。除了常规演示实验外，还可以利用“非常规”实验，充分点燃学生学习的激情。

“隔空点火”演示实验具体操作方法为：首先，将一根蜡烛点燃，待蜡烛燃烧稳定后，将蜡烛熄灭，由于焰火熄灭而冒出一束烟雾(如图6b所示)；然后，在烟雾飞散前的2～3秒之内，将点燃的打火机或火柴靠近这束烟雾的末端，将烟雾点燃(如图6c所示)；最后，这束烟雾由上而下燃烧，并将蜡烛重新点燃(如图6d所示)。这就是所谓的隔空点火演示实验，其原理是石蜡蒸汽温度降低凝结成石蜡小颗粒，形成白烟，白烟有一定的温度，当火源靠近时，石蜡小颗粒达到着火点，重新复燃了。

图6 “隔空点火”实验演示过程

通过课堂演示隔空点火创新实验，不仅可以开阔学生的眼界，也可以让学生明白对于易燃易爆危险品，如汽油、天然气，远离火源的原因。为了加深学生的印象，可以演示另一个隔空点火实验——将燃烧稳定的酒精灯熄灭，然后将燃烧的火柴“靠近”灯芯，不需要接触，灯芯即可复燃。

四、结语

生活中的燃烧现象种类繁多，根据不同的用途，燃烧过程也不太一样。有表演型燃烧，有求生火种(wetf i re)可以水上燃烧，也有像燃烧棒水下燃烧等。

通过高中化学通识教育课程之水下燃烧之谜的研究，让学生亲自动手感受隔空点火、酒精灯复燃的神奇，培养学生的动手能力，激发学生学习化学的兴趣，激发学生对自然科学探究的热情。

参考文献

[1]王小庆.真正优化物理实验实现高效物理课堂[J].中学物理教学参考,2015(12):58-59.

[2]张允.氯酸钾制氧气的催化剂选择[J]. 实验教学与仪器,2004,21(9):27-27.

[3]欧阳的华,潘功配,关华.烟火药水下燃烧气泡的实验研究[J].实验力学,2009,24(4):347-352.