“燃烧条件”实验的改进

摘 要： 针对“燃烧条件”探究实验在安全、成功率及实验效果上存在的不足，提出了改进方案：首先，选用无毒环保的蜡烛与火柴替代白磷和红磷，确保实验过程的安全；其次，引入燃烧匙作为燃烧平台，巧妙地将火柴头和火柴梗分隔于两个燃烧匙中，优化燃烧效果；最后，用传感器监测记录氧气含量与温度变化的数据，并以图表的形式呈现出来。

关键词： 燃烧条件； 蜡烛燃烧； 氧气传感器； 实验改进

文章编号： 10056629（2024）12006903

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 问题提出

燃烧条件探究是《义务教育化学课程标准（2022年版）》中学生八大必做实验之一［1］。人教版九年级上册化学教材中采用白磷和红磷作为可燃物，运用控制变量法设计实验方案［2］，旨在帮助学生深入理解燃烧三要素，即可燃物、氧气（或空气）、达到燃烧所需的最低温度（着火点）。尽管目前已涌现出众多针对本实验的优化案例［3］，但多数方案仍未能全面解决以下三个核心问题：一是安全性。这些方案普遍继续沿用有毒且易燃的白磷作为实验材料，无论是在教师演示还是学生实验中，都潜藏着不容忽视的安全风险；二是环保性。即便采取将实验体系密封或使用碱液吸收等措施，燃烧过程中产生的有毒物质仍难以确保被完全吸收，不可避免地释放至大气中；三是成功率。由于氧气供应气流的不稳定以及白磷难以固定，使实验常出现“一闪即灭”现象，使实验成功率及效果极差。

浙教版八年级下册科学教材中采用蜡烛和火柴作为可燃物进行燃烧条件的探究［4］。实验1：点燃一支蜡烛，观察到其在空气中稳定燃烧。然后将一个玻璃杯倒扣在蜡烛上，蜡烛火焰逐渐减弱并最终熄灭。通过这个实验，说明氧气是燃烧的必备条件之一。实验2：将一根火柴折断，分成火柴头和火柴梗两部分，并将它们分别置于铜板的两端。随后，用酒精灯对铜板进行加热，观察到火柴头先于火柴梗燃烧。通过这个实验，说明只有温度达到可燃物的着火点时，燃烧才会发生。相较于人教版化学教材中的实验设计，本实验在选材上体现了绿色环保优势。然而，经过多次教学实践的细致观察与评估，发现该实验仍存在以下需改进之处：（1）可视性不足；（2）成功率受限。为此，本研究提出如下改进方案。

2 实验改进

2.1 设计思路

在综合分析各类设计方案的优劣后，本实验选取无

毒无害且环境友好的蜡烛和火柴作为可燃物，旨在营造一个绿色、安全的实验环境；为优化实验效果，采用表面积更小的燃烧匙替代铜板，此举有效减少热量散失，实现燃烧区域快速升温，确保火柴头和火柴梗燃烧时都能产生明显的火焰；针对火柴头和火柴梗燃烧时易相互引燃，采取分隔策略，将火柴头和火柴梗分别置于两个燃烧匙中；此外，本实验还采用氧气传感器和温度传感器，对实验体系内的氧气含量及温度变化进行监测与记录，为学生提供直观的实验数据，帮助学生深入理解燃烧三要素。

2.2 实验用品

带孔玻璃罩1个、氧气传感器1台、双探头热电偶测温仪1台、燃烧匙、铁架台、铁夹、试管夹、酒精灯、打火机、镊子、蜡烛、火柴

2.3 实验过程

2.3.1 燃烧条件探究实验一

将氧气传感器探头插入玻璃罩上的圆孔中，确保探头完全进入且密封性良好，无漏气现象，连接传感器至数据采集系统。打开传感器和数据采集系统，开始记录数据。点燃蜡烛并迅速而平稳地盖上玻璃罩，尽量减少空气扰动，如图1所示。

观察蜡烛燃烧情况，同时注意传感器实时显示的氧气含量数据。待蜡烛自然熄灭，期间持续记录氧气含量数据。实验结束后，利用数据采集软件将氧气含量数据整理成表格，并绘制成随时间变化的曲线图（见图2）。

从图中清晰地看到，随着蜡烛的燃烧，氧气含量从最初的20.7%开始逐渐下降，直至蜡烛熄灭时，氧气含量降至16.4%。这一现象深刻揭示了燃烧的必备条件之一：充足的氧气。在燃烧过程中，氧气作为助燃物与可燃物（蜡烛）发生反应，当氧气含量降低到一定程度时，燃烧无法继续维持，从而导致蜡烛熄灭。

2.3.2 燃烧条件探究实验二

使用铁夹和试管夹稳固地将燃烧匙固定在铁架台上，确保其稳定不晃动。在燃烧匙正下方安全距离内放置酒精灯，特别注意调整酒精灯位置，确保酒精灯的外焰不会直接接触到燃烧匙或上方的火柴，以防意外引燃。将热电偶测温仪的金属探头精确连接至燃烧匙，以便准确测量燃烧过程中的温度变化。向两个燃烧匙中分别放入火柴头和火柴梗，确保两者处于相同或相近的初始条件下，如图3所示。

打开测温仪，确保其处于正常工作状态。点燃酒精灯，同时开始密切观察测温仪示数及火柴头和火柴梗的燃烧情况。随着测温仪示数逐渐增大，首先观察

到火柴头开始燃烧，此时迅速记录测温仪示数T1，此值可视为火柴头的着火点温度。随后，待温度继续升高，火柴梗也开始燃烧，此时再次记录测温仪示数T2，此值则反映了火柴梗的着火点温度。熄灭酒精灯，并等待燃烧匙及测温仪的温度降至初始状态，进行重复实验以减小实验误差，将每次实验的数据记录在表1中。

通过对实验数据的分析，我们可以明晰得出燃烧的必备条件之一：达到燃烧所需的最低温度（着火点）。此外，不同可燃物的着火点存在显著差异，这一发现加深了对“燃烧需要达到一定温度”的理解。

3 实验改进的优点

（1） 实验现象清晰可见。通过采用表面积更小的燃烧匙替代铜板，显著减少了实验过程中的热量散失，从而加速了升温过程。这一改进确保了火柴头和火柴梗均能在较短的时间内达到其燃烧所需温度，产生更为明亮持久的火焰，实验现象更加鲜明。

（2） 实验成功率提高。将火柴头和火柴梗巧妙地分隔放置于两个燃烧匙中，这一改进设计解决了火柴头可能意外引燃火柴梗的问题。从而大大提高了实验的成功率。

（3） 传感器实时测量。将原本难以捕捉的氧气含量和温度变化以数据和图表的形式直观地呈现出来，丰富了教学手段，提升了学生的学习体验。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2022年版）［S］. 北京： 北京师范大学出版社， 2022： 79～80.

［2］王晶， 郑长龙主编. 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： 128～129.

［3］王立超. 燃烧条件演示实验的新设计［J］. 化学教学， 2018， （1）： 68～70，95.

［4］朱清时主编. 义务教育教科书·科学（八年级下册）［M］. 杭州： 浙江教育出版社， 2013： 18～82.