实验研究 “燃烧条件＂探究实验的创新设计 张仪轩 （济南舜文中学，山东济南２５０００２） 摘要：通过分析教材“燃烧条件”探究实验存在的不足之处，在教学实践中对原实验进行了改进设计。以白磷作为燃烧物， 通过改变水温、有无空气两个变量，对比分析实验结果，得出了燃烧的条件。实验无需制取氧气，且白磷是在密闭装置内燃烧。 改进后的实验兼具简约性、环保性、科学性和趣味性。 关键词：燃烧条件；白磷燃烧；探究实验；改进设计 文章编号：１００５ ６６２９（２０１６）１１ ００７６—０３ 中图分类号：Ｇ６３３．８ 文献标识码：Ｂ 实验教学是初中化学教学的重要组成部分， 强化实验教学是提高学生学科素养、探究能力的 来获取知识，使实验结论与探究过程有机地融合 起来，使知识与能力得到和谐发展，感受到化学学 生健康，所以该实验需要在通风橱中操作。由于不 便在课堂上演示该实验，实际教学中，教师通常采 经典实验的教学效果。 突破口。在实验过程中，学生可以通过观察、思考 用讲授与多媒体视频相结合的方式，弱化了这一 第二，白磷固体遇热水熔化，用导气管通入氧 习的乐趣。因此，教师要致力于教材经典实验的改 气后，熔化的白磷会在气流的作用下’四处游动， 进，使实验更易操作、更易观察到现象，使学生更 使氧气不能和白磷充分接触，实验成功率较低…。能体会到实验的趣味，同时能科学地推演结论。 本文以“燃烧条件”探究实验为例，浅谈笔者在教 学实践中对经典实验的创新设计。 １问题的提出 第三，实验结束后，水中残留的白磷有剧毒， 须小心进行后续处理，否则会引起白磷自燃或中毒 等安全隐患。 第四，白磷在水下燃烧通人的是氧气，和白磷 在空气中的燃烧对比，没有严格地控制变量，实验 缺乏严谨性和科学性。 经查阅文献，发现针对上述问题，已有不同角 “燃烧与灭火”是人教版《化学》（九年级上 册）第七单元的课题，为引导学生理解可燃物的燃 烧必须同时具备“与氧气充分接触”和“温度达到 可燃物着火点”的条件，教材设计了如下的演示实 验，见图１ 氧气 度的改进方案【２曲】，例如图２，甲实验在密闭装置 中进行，解决了白烟逸散造成污染的问题。乙实验 在导气管末端连接一倒置的漏斗，能将熔化的白 磷局限在漏斗内，但在实际操作中发现，通人氧气 热水 白磷 甲 乙 玻璃管 的量不易控制，若通人的氧气不足，无法排尽白磷 瘪气球 玻璃管 氧气 图１燃烧条件的实验 热水 ６０％热水 红磷 白磷 甲 乙 在进行上述实验时，存在以下问题： 白 第一，实验甲（见图１）中白磷和红磷均处在敞 口开放体系，铜片上的白磷燃烧会产生大量白烟， 白烟主要成分为五氧化二磷，逸散到空气中，易与 空气中的水蒸气结合，生成有毒的偏磷酸，危害师 通讯联系人，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｙｉｘｕａｎａｙｕｍｉ＠１６３．ｃｏｍ。 图２燃烧条件的实验改进方案 ・７６・ 化学教学 ２０１６年第ｌ１期 实验研究 表面的水，氧气和白磷不能充分接触；若通入的氧 气过量，由于漏斗内压强过大，氧气从漏斗下端逸 出，实验效果仍不佳。 源于教学的创新应永无止境，该实验的简约 程式为Ｐ２０５＋６ＮａＯＨ￣２Ｎａ３ＰＯ４＋３Ｈ２０）。 ２．２．２实验二 在５００ｍＬ烧杯中加入３００ｍＬ冷水，将橡胶 塞倒置于烧杯内，用长镊子将一绿豆粒大小的白 图４）。在注射器中预留２０ｍＬ空气，将球型干燥 管插人水中，倒扣在橡胶塞上方。推动注射器，缓 缓鼓人空气，白磷虽然接触空气中的氧气，但因温 性、可操作性、环保性、科学性等方面仍存在改进 磷放置在橡胶塞上。此时，水中的白磷不燃烧（如 空间。在尊重教材原实验的教学意图的前提下＇力 求尽可能采用简单的装置或方法，用较少的实验 步骤和药品，在较短的时间内能观察到明显的现 象。经过反复实验，对该实验进行了创新设计，取 度没有达到着火点，冷水中的白磷不能燃烧。 得了良好的实验效果。直接通过注射器抽取空气， 使用注射器、球型干燥管和橡胶塞，利用反应前 后压强的变化，使白磷的燃烧发生在密闭装置内， 大大提高了实验的安全性和可操作性。无需红磷 作对照，仅用白磷这一可燃物，学生即可通过对两 组对比实验的归纳分析，科学地得出燃烧的条件。 ２实验的改进 ２．１实验仪器和试剂 ５００ｍＬ烧杯两个、注射器两支、球型干燥管两 支、橡胶塞两枚（大小与球型干燥管口径相匹配）、 镊子、胶皮管、白磷、８０℃左右的热水、冷水、５％ 氢氧化钠溶液 ２．２实验操作方法及现象 ２．２．１实验一 在５００ｍＬ烧杯中加入３００ｍＬ ８０￣Ｃ左右的热 水，将橡胶塞倒置于烧杯内，用长镊子将一绿豆 粒大小的白磷放置在橡胶塞上。此时，温度虽达 到白磷的着火点以上，但浸没在水中的白磷不燃烧 （如图３）。用胶皮管连接注射器和球型干燥管， 拉动注射器活塞，在注射器中预留２０ｍＬ空气，将 球型干燥管插入水中，倒扣在橡胶塞上方。推动注 射器，缓缓鼓入空气，热水从球型干燥管和橡胶 塞的缝隙中流出，轻轻下压，使球型干燥管和橡胶 塞之间形成一气室，白磷和空气中的氧气充分接 触，立即可以观察到白磷燃烧，发出火光，并产生 浓厚的白烟（如图３），实验现象十分明显【７】。由于 白磷燃烧消耗氧气，装置内气压减小，在大气压的 作用下，球型干燥管和橡胶塞紧密连接在一起，形 成密闭装置，直至白磷燃烧结束，整个过程白烟都 不会逸散到空气中。 待冷却后，取下注射器，由球型干燥管小口端 向其内部加入少量５％的氢氧化钠溶液，振荡，使 其与装置内的残留物充分反应【８ （发生的反应方 化学教学 ２０１６年第１１期 一 鬣 囱３实验一（热水｝ 图４实验二（冷水 ２．３实验结果分析 表１实验一和实验二的实验结果对比分析 实验序号 水温 是否通入空气 白磷是否燃烧 １ 热水 否 否 ２ 热水 是 是 ３ 冷水 否 否 ４ 冷水 是 否 观察到实验现象并不是最终目的，通过现象 分析，探究出燃烧必需的条件才是实验的根本所 在。教师应引导学生对实验结果进行剖析（见表 １），学生可以清晰地得出结论：可燃物要发生燃 烧，“与氧气充分接触”和“温度达到着火点”这两 个条件缺—不可。 ３改进后实验的优点 第一，利用反应前后装置内压强的变化，使热 水中的白磷燃烧发生在密闭装置内，避免了白烟逸 散造成的污染，提高了实验的安全性，不仅可以实 现课堂演示，还可以在教师指导下开展学生分组 实验。实验过程中，白磷燃烧充分，几乎无残留；若 有残留，在使用氢氧化钠溶液处理生成物五氧化 二磷后，再加入适量硫酸铜溶液消除可能存在的 微量的白磷液滴 ，体现了实验的环保性，教师也 可适时利用该实验对学生进行环保教育。 第二，改进前，白磷在热水中熔化，随通人的 氧气流四处游动，偶尔看见火光一闪，白磷又跑开 了，较低的实验成功率降低了学生观察实验的积 极性。改进后，白磷被局限在球型干燥管内，不会 （下转第９６页） ．７７・ 【教学参考卜—————————————一、、＝＝日－＿Ｅ＝＝＝＝％＝＿＝ｊ＝＝＝≈ ， 【１１１３】铁丽云，王成刚．用气态质子亲和能表示物质的固 有酸碱性Ｕ】．高等函授学报，１９９７，（４）：４７￣５１． 在稀水溶液中，卤化氢将提供质子给水分子， 酸性按照ＨＦ、ＨＣ１、ＨＢｒ、ＨＩ的顺序依次增强。其 中ＨＦ之所以酸性特别弱，并非其提供质子的能力 弱，而是由于形成了难解离的离子对［Ｈ，Ｏ …Ｆ－］， 【２周毅．氢卤酸的强度规律及其理论解释Ｕ】２］．阴山学刊， １９９５，１２（３）：９７￣１０１． 绝大多数Ｈ ０ 受到束缚无法自由移动。而ＨＣ１、 ＨＢｒ、ＨＩ三者尽管电离常数Ｋ 、表观电离度确实 存在大小差异，但“外观上”难以区分，它们的酸性 Ｉ４Ｊ胡缙昌．谈Ｈａｍｍｅｔｔ酸度函数ＵＪ．建材高教理论与 实践，１９９６，（３）：５０￣５１． 【５】【７】黄元乔．几种状态下ＨＦ的酸性强度性质及结构特 性【Ｊ】．湖北教育学院学报，２００２，１９（５）：１０～儿． ［６】夏懋，林德昌．Ｆ—Ｈ…Ｆ是最强的氢键吗Ｕ】．科教文 汇，２０１０，（８）：７３￣７４． 需要借助接受质子能力弱于水的溶剂才能较好地 分别。 上述内容并非高中学生需要掌握的知识，但 教师若要向学生解释它们酸性的强弱，要注意区 分不同环境下的卤化氢酸性的特殊性和度量方法， 尤其需要关注常见的情况一一稀水溶液状态下卤 化氢的酸性定量衡量问题，尽量避免出现张冠李 戴的不科学解释。 参考文献： 【上接第７７页】 【８】林紫荣，刘榕芳，刘德发，范兴．计算氢卤酸强度的三 个经验公式【Ｉ１．扬州师院学报，１９９５，１５（１）：４２￣４５． 【９１余文．氢卤酸强度与卤素离子的大小Ｌ玎．玉林师专学报， １９９４，１５（３）：７９￣８１ 【１０】汪战彪．浅谈氢卤酸酸性递变规律Ｕ】．重庆工业高 等专科学校学报，２００３，１８（２）：２４￣２５，２９． Ｉ１１］［１２１姜斌，傅春华，刘俊宁．氢卤酸酸Ｊ｝生递变规律探 究ＩＪＪ＿教育教学论坛，２０１１，（３４）：１７２￣１７４． 四处游动，而且能与空气充分接触，学生能明显地 观察到热水中的白磷发生燃烧，增强了实验感受， 体会到实验的乐趣。待冷却后，教师还可引导学生 观察生成物五氧化二磷的颜色和状态，从而增强 学生的感性认识。 教师只有在日常教学中，时刻以优化课堂效 果、提高学生科学素养为目标，促进教师深耕教 材、不断探究，继而在探究中发现问题、解决问题， 才能不断提高教师的专业素养，让课堂多一些精 彩。 第三，改进前，实验时需组装氧气的制取装 置，不仅占用了有限的课堂时间，而且操作步骤繁 参考文献： …刘信友．“白磷在水下燃烧实验”的微量化设计【Ｊ］．化 学教学，２０１５，（３）：５４． ［２】刘松伟，王雪瑞．“燃烧条件的实验”改进ｆＪ】．化学教 育，２０１４，（１７）：５４￣５５． 琐。改进后，直接利用注射器抽取空气，使实验步 骤简洁明了．同时实验仪器简单易得，无需进行特 殊处理，提高了实验的可操作性。 第四，改进前，铜片上的白磷和水中的白磷燃 烧实验，对比不明显，学生得出结论有一定的困难。 改进后，仅用白磷一种可燃物，就实现了燃烧条件 ｆ３】郭群生．时白磷燃烧实验装置的几种改进Ｕ】．新课程 （教研版），２０１０，（４）：１７１￣１７２． 的探究，通过改变水温、有无空气两个因素，体现 了实验设计中的“控制变量”的思想，提高了实验 的科学性。冷水和热水中的两组实验同时进行，更 加有利于学生理解燃烧的条件。 【４］林师龙，潘祥泰可燃物燃烧条件实验的改进与创新 【Ｊ］．实验教学与仪器，２０１５，（７）：５７． 【５］王克林．利用试管控制白磷在水中燃烧【Ｊ】．化学教育， ２０１５，（１７）：６８￣６９． 【６］毛艳平，王胤琪，陈开烈．利用套管装置对燃烧条件 成功的实验设计是体现化学教学魅力的有效 探究实验的改进叶中小学实验与装备，２０１５，（５）：４７． 手段，它能化枯燥为生动，化抽象为具体，化平淡 【７］郭强，支维洲，杨嵘，赵越．“白磷在水下燃烧实验” 为神奇，既提高了课堂效率，也让学生对化学学习 保持着浓厚的兴趣。在实验过程中，教师应引导学 生积极开展思维活动，启发他们对现象进行分析， 经过总结和归纳，使学生的思维从表象到本质，从 感性认识上升到理性认识。 的再改进［Ｊ】＿化学教学，２０１１，（１１）：３９￣４０． 【８】胡海铭．“燃烧条件”实验的绿色化改进Ｕｌ＿．化学教 学，２０１５，１０：７１－－－７２． 【９】吴国权．白磷水下燃烧演示实验的再研究ＬＪ】．化学教 育，２０１５，（３）：５８ ５９． 化学教学 ２０ｌ６年第１１期
