粉尘爆炸实验的创新设计

2017-04-04王发应邓明非周凤顶王英

化学教学 2017年2期

王发应+邓明非+周凤顶+王英

摘要：已有对粉尘爆炸实验的研究成果，多存在粉尘不连续、浓度不均匀、实验成功率不高、重复性差的问题。为此，我们通过大量的探索试验，设计了新的粉尘爆炸试验装置。利用玩具风扇对装置内进行鼓气，可在装置中形成连续、均匀的粉尘，点火后可获得很好的实验效果。该装置易加工、制作简单、成本低廉、容易推广。

关键词：粉尘爆炸实验；装置设计；点火系统；实验创新

文章编号：1005–6629（2017）2–0059–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 研究背景

现行人教版九年义务教育课程标准实验教科书《化学》（九年级上册）第138页[实验7-3]粉尘爆炸实验装置和实验方法，以及目前绝大多数教师对该实验的改进[1～5]中，都是用气囊或打气筒对装置进行鼓气，用硬纸板密封装置，点燃的蜡烛引爆。这些实验方法在装置中产生的粉尘不连续、浓度不均匀，实验成功率不高；当爆炸发生时，用来密封的硬纸板乱飞，存在一定的安全隐患；粉尘飞溅，污染实验环境；这种实验方法产生的爆炸现象具有一定的偶然性，实验的重复性差。为此，我们通过大量的试验，利用玩具小风扇向装置内进行鼓气，在装置中获得连续、均匀的粉尘；用半固定在塑料筒上口的汽车轮胎橡胶皮来密封装置，避免了密封盖乱飞所造成的安全隐患和捡拾的麻烦；在爆炸后，半固定的汽车轮胎橡胶皮又能自动复位，重新封闭塑料筒，简化了实验操作；用丁烷打火机或电子打火枪进行点火引爆，并用一漏斗将火焰保护在其中，提高了实验的成功率。

2 实验装置

装置各部分的功用说明：

橡胶皮：由废弃的汽车内胎切割而成，用于密封塑料筒。半固定在塑料筒上口，爆炸后能被弹开，又能自动复位而重新密封塑料筒，避免了其被炸飞而造成的安全隐患和捡拾的麻烦。

塑料筒：通过上口的橡胶皮和下口底座进行密封，为粉尘的爆炸创造有限的密闭空间。

塑料漏斗：由塑料饮料瓶的颈部切割而成，固定在底座上。将针管和导线罩在其内，避免点火时风扇产生的风力将火焰吹灭。

底座：用于承载和固定打火机（或电子打火枪）、玩具风扇和塑料筒。

丁烷打火机：作点火的气源。

固定铁丝：用于固定塑料筒和底座。

玩具风扇：为塑料筒提供持续稳定的风力，能将堆放在底座上的面粉扬起，在塑料筒内形成连续、均匀的粉尘，从而提高引爆粉尘的成功率。

3 制作材料

长30cm φ10cm左右的硬质塑料筒（糖果瓶、酒盒等）1个，φ15cm左右的塑料糖果瓶盖1个，丁烷打火机1个，输液器头皮针1颗，玩具小风扇1个，260mL圆柱形矿泉水瓶1个，汽车轮胎橡胶皮，502胶水。

4 制作方法

4.1 底座的制作

在φ15cm左右的塑料糖果瓶盖中央钻一个与矿泉水瓶盖外径大小相当的孔，在矿泉水瓶盖中央钻一个小孔，将矿泉水瓶盖塞入塑料糖果瓶盖中央的孔中，用胶水粘牢固定（如果孔太大，可在空隙间填少许棉花，再滴入胶水进行粘接，如图2a所示）；然后截取一个260mL矿泉水瓶颈部（高约5cm），拧紧在矿泉水瓶盖上即成（如图2b所示）。

4.2 点火系统的装配

取出丁烷打火机的压电器，将两根细导线的两端除去绝缘皮后，分别与打火机压电器上的导线和下端的金属体相连（如图3a所示），然后将压电器装回打火机原位；将一次性输液器头皮针剪去针头帽，将细塑料管套在打火机的气门柱上，用少许胶水粘牢密封固定（如图3b所示）；将压电器上引出的一根导线破头去掉绝缘皮后缠在头皮针金属针管上，再将头皮针金属针管和另一根破头去掉绝缘皮后的细导线并排着（细导线去掉绝缘皮部分和金属针管不接触）插入底座中央的小孔中，调节细导线头与头皮针金属针管出口相距0.5㎝左右，用胶水将两者与底座粘牢密封固定（如果孔太大，可在空隙间填少许棉花，再滴入胶水进行粘接固定）；在底座边沿切开一个与气体打火机罐体大小相当的缺口，将打火机气罐插入缺口中固定，边调节打火机气体阀门边进行点火试验，直至能够正常燃烧并形成2cm高左右的火焰为止（如图3c所示）。

4.3 硬质塑料筒的加工

取长30cm φ10cm左右的硬质塑料筒，在其一端（下端）切一个2cm×2cm的缺口，另钻三个间距相等的小孔；再在其另一端（上端）侧壁上相距5cm钻两个小孔后，放上一块厚度适中、φ15cm左右弹性好的汽车轮胎橡胶皮，用细铁丝与小孔连接固定，细铁丝与塑料筒接触处用胶水密封（如果孔太大，可在空隙间填少许棉花，再滴入胶水进行粘接）即成（如图4所示）。

4.4 装置的组装及完善

将加工好的硬质塑料筒放在装好点火系统的底座上（缺口与打火机气罐错开成90°左右），再在对应塑料筒边沿上小孔的位置的底座上各打一个小孔，用细铁丝将硬质塑料筒和底座连接固定在一起；在底座边沿上对准硬质塑料筒下端缺口位置切一个缺口，将一个玩具小风扇的扇叶对准硬质塑料筒下端缺口，插入底座边沿的缺口中，用胶水固定即成（如图1所示）。

5 使用方法

掀开塑料筒上口的橡胶片，向装置内加入约20g干燥的面粉，使其平铺在底座上（漏斗外），打开玩具小风扇电源，只需几秒钟，在塑料筒内就会形成浓度均勻、稳定的粉尘，按下气体打火机打火器（电子打火枪）进行点火，就会产生响亮的爆炸声和明亮的火光，塑料筒上口的橡胶片即被掀开，随即又自动弹回封闭塑料筒。

每间隔几秒钟，再次按下气体打火机打火器进行点火，就会重复产生上述现象。

6 创新点

（1）利用低速玩具风扇进行鼓气，从而使得塑料筒内形成浓度均匀、稳定的粉尘。先吹风后再点火，可避免认为爆炸原因是鼓气造成，同时也提高了实验的成功率。

（2）利用低速玩具风扇进行鼓气，在塑料筒内形成浓度均匀的粉尘的同时，也为塑料筒内提供了充足的空气，增加了粉尘与空气的接触面，为实验的成功提供了保障。

（3）利用固定在塑料筒口汽车轮胎橡胶皮来密封装置，避免了原实验中硬纸板乱飞、粉尘到处飞溅造成的麻烦，使实验装置实现了自动封闭的效果，简化了实验操作，使爆炸实验安全可靠地进行。

（4）所有材料均为生活常备物品和废弃物，且为塑料材质。材料易得，容易加工，制作简单，成本低廉，容易推广。

7 实验说明

爆炸发生前，由于火焰处于漏斗内部，风扇形成的风力对其没有影响，不会被吹灭。但爆炸发生后，爆炸形成的压力会将火焰震灭。因此需要重复打火操作，才能实现连续的爆炸现象。

参考文献：

[1]徐宁.对粉尘爆炸实验的改进[J].中学化学教学参考，2010，（5）：45.