“燃烧条件”探究实验的创新设计

2017-01-05张仪轩

化学教学 2016年11期

张仪轩

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、探究能力的突破口。在实验过程中，学生可以通过观察、思考来获取知识，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，感受到化学学习的乐趣。因此，教师要致力于教材经典实验的改进，使实验更易操作、更易观察到现象，使学生更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

“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。

在进行上述实验时，存在以下问题：

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，教师通常采用讲授与多媒体视频相结合的方式，弱化了这一经典实验的教学效果。

第二，白磷固体遇热水熔化，用导气管通入氧气后，熔化的白磷会在气流的作用下，四处游动，使氧气不能和白磷充分接触，实验成功率较低[1]。

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，白磷在水下燃烧通入的是氧气，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，已有不同角度的改进方案[2～6]，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，通入氧气的量不易控制，若通入的氧气不足，无法排尽白磷表面的水，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，该实验的简约性、可操作性、环保性、科学性等方面仍存在改进空间。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℃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。

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磷放置在橡胶塞上。此时，水中的白磷不燃烧（如图4）。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，白磷虽然接触空气中的氧气，但因温度没有达到着火点，冷水中的白磷不能燃烧。

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”这两个条件缺一不可。

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[9]，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，随通入的氧气流四处游动，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。

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。

成功的实验设计是体现化学教学魅力的有效手段，它能化枯燥为生动，化抽象为具体，化平淡为神奇，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。

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。

参考文献：

[1]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[J].化学教育，2014，（17）：54～55.

[3]郭群生.对白磷燃烧实验装置的几种改进[J].新课程（教研版），2010，（4）：171～172.

[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探究实验的改进[J].中小学实验与装备，2015，（5）：47.

[7]郭强，支维洲，杨嵘，赵越.“白磷在水下燃烧实验”的再改进[J].化学教学，2011，（11）：39～40.