铁丝在氧气中燃烧实验的简约化改

陆丽萍 姜跟华

关键词：铁在氧气中燃烧;简约化;实验改进

1问题提出

“铁丝在氧气中燃烧”是关于氧气化学性质的重要实验，也是初中化学经典实验之一。人教版九年级化学上册第34页实验2-4如是描述：“把两根光亮的细铁丝分别盘成螺旋状。取一根在酒精灯上烧至红热，观察现象;另取一根，在下端系一根火柴，点燃火柴，待火柴快燃尽时，插入盛有氧气的集气瓶中，观察现象”。该实验对帮助学生认识氧气化学性质、燃烧剧烈程度与氧气浓度有关等知识有很好的作用。然而笔者在实验教学中发现如下一些问题，例如：（1）难以把握“待火柴快燃尽时，插入盛有氧气的集气瓶中”的时机，操作上有点无所适从;（2）实验时铁丝经常不能燃烧，或燃烧时间非常短，成功率不高，影响学生观察;（3）铁丝燃烧后期，坩埚钳难以将剩余的铁丝继续向下伸入，影响继续燃烧等。为此决定对该实验作改进研究，以期能提高实验教学效果。

2已有改进

针对该实验存在的问题，以“铁燃烧”“铁丝燃烧”等关键词分别在中国知网、百度学术等数据库进行检索，发现许多研究者提出了不少改进方案，归纳起来有以下几种方法。

2.1铁丝直径改进

将铁丝的直径缩小，这样铁与氧气接触面积增大，微粒的碰撞几率就增多，物质就容易发生反应，从而提高实验成功率。例如刘敬华和何志民用砂纸将直径小于0.18mm的细铁丝打磨光亮，在酒精灯或蜡烛火焰上加热至红热后，伸入氧气中进行燃烧;时颖和李德前将铁丝绒整理成长约15 cm、粗细如铅笔的一束，用坩埚钳夹住铁丝绒的一端，点燃，然后将铁丝绒缓缓伸入氧气瓶内;姚亮发等将内装1g左右铁粉的小药瓶斜拿，轻轻地振摇，将铁粉像撒胡椒粉那样撒在酒精灯火焰上。

2.2引燃方法改进

教材中根据火柴的燃烧程度来把握伸入铁丝的时机，成为实验成功的关键，为此很多作者對这方面做了改进。谭祥中和涂红梅将螺旋状的一端铁丝蘸满无水乙醇，然后在酒精灯上点燃，迅速伸入到充满氧气的集气瓶中;陈红梅用1cm长的镁带去引燃铁丝，即使粗一点的铁丝也能引燃。

2.3燃烧方向改进

传统的操作是将铁丝从瓶口伸入，让铁丝从下往上燃烧，大部分的实验改进都遵循这样的思路，然而有些作者突破思维定势，让铁丝从上往下燃烧。例如李德前将螺旋状的铁丝一端系一根火柴，另一端固定在海绵上，将海绵放入集气瓶底，调节铁丝高度，使火柴头刚好在瓶口处，向瓶内注水使海绵湿润，用向上排空气法在此瓶中收集满氧气后，点燃火柴以引燃铁丝（见图1）;饶志权则将螺旋状细铁丝的一端不系火柴梗，而是系上一小团棉花，实验时在棉花上滴1滴无水酒精，然后也让其从上往下燃烧。

2.4持续通气改进

氧气的多少直接影响铁丝是否能燃烧或燃烧的时间，为此提供充足的氧气也成为研究者的改进思路。王善利则在集气瓶中加入少量二氧化锰，然后倒入适量的过氧化氢，把细铁丝连接的餐巾纸蘸取少量无水酒精，点燃，待铁丝红热时，迅速放进集有氧气的集气瓶里（见图2）。

对比教材中的实验与上述实验改进方案，不难看出教材中的实验设计简单、操作简便，可惜成功率低;已有的实验改进方案虽然在提高实验成功率方面有所改善，但还是存在一些问题：（1）有的改进方案装置复杂、操作繁琐、不利于学生操作;（2）有的改进实验成功率还是偏低;（3）有的改进实验违背了人教版的实验内容（铁丝在空气中不燃烧而能在氧气中燃烧），不适合被借用，如用能在空气中燃烧的铁粉或铁丝绒来做实验等。为此笔者吸取这些改进实验的经验，经过实践与探究，最终形成如下简约化的实验改进方案。

3简约化改进方案

3.1实验用品

高锰酸钾、铁丝（0.34 mm）、铁架台、试管、酒精灯、集气瓶（250 mL）、水槽、小木条、火柴等

3.2实验操作

（1）取一个250ml集气瓶，用排水法收集一瓶氧气（瓶底留点水），在水下用玻璃片盖住集气瓶口，取出后正放在桌面上，备用。

（2）取一根火柴，从火柴头端截取整根火柴的三分之一。再取一根长约25 cm的细铁丝，将细铁丝直接绕在火柴上，大约绕5至8圈即可（图3），再将细铁丝另一头绕在小木条上固定好。

（3）点燃酒精灯，将细铁丝横放，水平方向缓慢地将有火柴的一端铁丝伸入到火焰中（图4），当火柴头被引燃时，轻轻拉开玻璃片（留出集气瓶口一半），迅速将铁丝伸人到集气瓶口，然后缓慢地往下伸入，观察到铁丝剧烈燃烧，火星四射。

3.3改进说明

（1）250mL集气瓶除了能提供更多的氧气外，还具有较好的“纵深”（相对于125 mL），便于将铁丝向下伸入，相对延长铁丝燃烧时间。

（2）将1/3长度的火柴横放，然后缓慢伸入酒精灯火焰中，目的是让引燃火柴梗和火柴头有点时问差，这样可以先燃烧掉一点火柴梗，防止后面火柴燃烧消耗过多氧气，同时便于找到铁丝伸入氧气中的时机。

（3）由于火柴梗与火柴头燃烧的现象不同，笔者截取带火柴头的一段火柴，利用火柴头燃烧时发出的声音，来提示铁丝伸入氧气中的时机。

（4）将铁丝直接绕在火柴上，操作方便，便于引燃铁丝。但绕螺旋状时切不可将铁丝叠加在一起（见图5），否则容易造成铁丝刚燃烧一会就断开而掉人瓶底，使实验失败。

3.4改进优点

（1）装置简约，操作简单。改进实验完美继承原实验装置设计简单、操作简便等优点，只是增加了一个小木条，使伸入和取出操作很方便，且可以重复使用。

（2）效果明显。实验虽然只进行了简约化改进，但由于比较注重细节，能很好地解决了原实验中存在的问题（如铁丝伸入时机难把握、火柴燃烧消耗较多氧气、铁丝燃烧时间短等），极大地提高了实验的成功率，不仅适合教师演示实验，也适合学生分组实验。

4实验改进后的思考

无论是原教材实验，还是各文献中的改进实验，都是将铁丝绕成螺旋状，笔者就有了疑问：如果铁丝不绕成螺旋状，实验能成功吗？为此笔者取一根铁丝，在前端系一段火柴（只绕一圈来固定），进行实验，发现实验竟然也能成功（笔者做了五次同样如此）;笔者又分别用木炭、镁条、酒精作引燃物，同样不绕螺旋状进行实验，只发现用酒精作引燃物的实验失败了（原因是单位体积内铁丝上的酒精量太少，只在酒精灯上燃烧极短时间，无法支撑到集气瓶口），而用木炭或镁条引燃的实验依然能成功。既然铁丝不绕成螺旋状实验也能成功，那绕螺旋状的目的到底是什么呢？早先曾以为是增大与氧气的接触面积，后来在接受培训和听公开课时又陆续有教师提出：增大受热面积、聚热、对未燃烧部分进行预热等等。到底是哪一个呢？还是都有呢？笔者查阅教参，教参中对该问题也没有明确描述，只是指出“铁丝的粗细和螺旋的紧密程度对实验有影响”。为此笔者又通过中国知网进行查询，发现陆春华和李奇对该问题做过研究，其中陆春华借助铁丝燃烧方向不同，设计了五个实验进行对比，最后提出“把铁丝绕成螺旋状与增大反应物的接触面积无关，而是为了对未燃烧部分的铁丝进行预热”;而李奇根据铁丝燃烧速度的不同，又提出了新的解释：“防止火焰因剧烈燃烧迅速上升到集气瓶内氧气低浓度区而熄灭，利于操作和观察”。为此笔者感觉迷茫，设计了一些对比实验进行研究但未果。希冀有读者对此问题也感兴趣，愿意和您一起探索真知而努力。