燃烧条件探究实验的改进

江苏省宜兴市行知实验学校(214262) 薛 昊

1 教材中的实验

教材中的实验是：“在500 mL的烧杯中注入400 mL热水，并放入用硬纸圈圈住的一小块白磷。在烧杯上盖一片薄铜片，铜片上一端放一堆干燥的红磷，另一端放一小块已用滤纸吸取表面上水的白磷”，用导管对准上述烧杯中的白磷，通入少量氧气(或空气)”(见图1)。

图1 教材中的实验装置

2 教材中实验的不足

2.1 不适于在教室中进行

由于白磷、红磷的燃烧产物对人的呼吸道有强烈的刺激，此实验应在通风橱中或抽风设备下进行，而教室中并没有此类设施，所以在教学中此实验往往由演示实验变为教师口头描述。

2.2 操作不便且现象不明显

用导管对准烧杯中的白磷通入氧气时，白磷易被氧气流吹得到处乱跑，不仅给操作带来不便，而且由于不便对准白磷，使得白磷的燃烧现象不明显。

2.3 不便于处理实验用具和实验残余物，存在安全隐患

白磷具有毒性，且极易燃烧，为安全起见，取用白磷的镊子要在通风厨中用酒精灯灼烧；吸干白磷表面的水的滤纸也要在通风厨中烧掉；实验中用过的水槽要冲洗数遍。按教材上实验的做法，白磷必须在教室中从试剂瓶中取出，则使用的镊子、滤纸和实验后铜片上的残余物不便于处理，从而带来一定的安全隐患。

3 实验改进方案

为了解决这些问题，笔者进行了改进，实验装置图见图2。

图2 改进实验装置1

实验过程及现象：将白磷和红磷置于硬质玻璃管中(红磷置于通入氧气的一端，避免白磷燃烧产生的热气流引燃红磷)，两者相距约5 cm，一端用弹簧夹密封，另一端利用烧杯中的溶液密封。在硬质玻璃管下方距离约1.5 cm处垫一张石棉网，石棉网下用酒精灯加热(酒精灯位于白磷和红磷之间，偏向于红磷，这样可让学生直观地感受到红磷受到的温度高于白磷受到的温度)，石棉网上的空气温度升高，再通过受热的空气给硬质玻璃管中的白磷和红磷加热。白磷微微受热便燃烧起来，产生大量白烟；红磷不燃烧。一段时间后，白磷熄灭。打开弹簧夹，向硬质玻璃管中通入氧气，白磷又重新燃烧起来，且燃烧更旺。烧杯中盛放NaOH溶液，以吸收五氧化二磷。为了防止水倒吸，在硬质玻璃管与尾气吸收装置之间放置安全瓶。

笔者用加热高锰酸钾的方法制取氧气，为了多次通入氧气，让白磷重复出现燃烧、熄灭的现象，可将发生装置连一个三通管，一端与硬质玻璃管相通，另一端与大气相通，如图3所示。需向硬质玻璃管内通入氧气时，关闭与大气相通处的弹簧夹，打开与玻璃管相连处的弹簧夹；停止通入氧气时，关闭与玻璃管相通处的弹簧夹，打开与大气相连处的弹簧夹，防止氧气将试管口的橡皮塞冲开。

图3 改进实验装置2

4 改进后实验的优点

4.1 适宜在教室中进行，安全环保

将实验装置换成密封装置，并利用尾气处理装置，将五氧化二磷吸收，避免了对人体的危害，使此实验适宜在教室中进行。

4.2 用空气浴加热取代用热水加热，缩短加热时间

由于密封装置为玻璃仪器，而玻璃的导热性远差于铜片，用热水加热引燃白磷所需时间较长，而用空气浴加热缩短了加热时间。

4.3 便于处理实验用具和实验残余物，消除了安全隐患

改用硬质玻璃管作为反应容器，利用装置的密封性，可以事先在实验室中将药品装好，实验后的残余物也可带回实验室处理、清洗。解决了镊子、滤纸等不便处理的问题，消除了安全隐患。

4.4 现象明显，便于学生观察

通过实验可以让学生明确地感知到燃烧的条件是：可燃物、达到着火点、与空气或氧气接触，而且三者缺一不可；也为灭火等知识的学习提供了铺垫。

5 改进后实验装置的温度测定

用空气浴给药品加热，能否使温度达到白磷的着火点而低于红磷的着火点？笔者对实验中的温度进行了测定。

5.1 测定用空气浴加热时硬质玻璃管内的温度

在硬质玻璃管下一定距离垫石棉网，用酒精灯加热，将两支温度计的水银球分别置于酒精灯正上方的A处和距其约4 cm的B处(见图4)，实验中药品所处的位置正好在A、B两点之间，所以药品的温度会介于A、B两点的温度之间。

图4 测定用空气浴加热时硬质玻璃管内的温度

(1)实验一：室温22 ℃，硬质玻璃管与石棉网之间的距离1 cm。实验数据见表1。

表1 实验一数据

(2)实验二：室温22 ℃，硬质玻璃管与石棉网之间的距离3 cm。实验数据见表2。

表2 实验二数据

我们知道，红磷的着火点是260 ℃,白磷的着火点是40 ℃。可以看出，用空气浴加热，硬质玻璃管与石棉网之间的距离为1～3 cm时，管内的温度可引燃白磷，却不会引燃红磷。经大量实验发现，当硬质玻璃管与石棉网之间的距离约为1.5 cm时，加热使白磷燃烧的时间较短，又可确保加热效果。

5.2 测定白磷燃烧放出热量与酒精灯共同作用会不会引燃红磷

在硬质玻璃管内的一端放一小堆干燥的红磷，另一端放一小块已用滤纸吸取表面上水的白磷，两者之间相距约5 cm，硬质玻璃管下约1.5 cm处垫一张石棉网，用酒精灯加热，将两支温度计的水银球分别置于白磷与红磷之间的中点A处和红磷下方的B处(见图5)。

图5 测定白磷燃烧放出热量与酒精灯共同作用会不会引燃红磷

(1)实验三：室温22 ℃，白磷在空气中燃烧。实验数据见表3。

表3 实验三数据

由于氧气被消耗完，白磷燃烧约2 min后熄灭。

(2)实验四：室温22℃，白磷在氧气中燃烧。实验数据见表4。

表4 实验四数据

表中空白部分，是由于白磷已燃尽，故没有测定。可以看出即使是处在更靠近酒精灯A处的温度也没有达到红磷的着火点，反应过程中不会将红磷引燃。