赵映荷 杨艳

关键词：燃烧的条件;灭火方法;创新实验

一、问题提出

“探究燃烧的条件”实验是现行人教版初中化学教材中的经典实验[1]（见图1），该实验既是对氧气相关知识的巩固，又是用控制变量法进行科学探究思维的深化。

教材实验装置简单、便于操作、易于观察，但存在以下不足：一是实验要求在通风橱或抽风设备下进行，常规教室无此条件，而在敞开体系中实验会产生大量白烟，五氧化二磷有毒，无益于师生身体健康，在敞开体系中燃烧，观察实验现象时有火焰烧到身上的危险;二是白磷熔点为44.1 ℃，在热水中易熔化成黄泥状物而自由游动，增加了准确通入氧气或空气的难度，通入气体后白磷易分散成细微颗粒在水面燃烧，产生大量白烟逸散到空气中;三是仅仅探究了燃烧的条件，没有探究燃烧是否一定需要氧气，燃烧结束后氧气是否一定被耗尽，没有一体化探究燃烧的条件和灭火方法，探究的趣味性、真实性、直观性、综合性不强;四是实验后的废液没有处理。

二、创新实验

1. 仪器、药品及材料

仪器：水槽、钟罩、燃烧匙（3个）、50 mL烧杯（2个）、氧气传感器、镊子、钥匙。

药品：红磷、白磷、蜡烛、10%氢氧化钠溶液、酚酞。

材料：橡皮塞、40 ℃温控开关（2个）、蜂鸣器、LED灯珠、水泵、PVC水管、导线、5号电池及电池盒、1 mL注射器、铜丝、火柴、滤纸。

2. 实验装置（图2）及注意事项

儀器：水槽、钟罩、燃烧匙（3个）、50 mL烧杯（2个）、氧气传感器、镊子、钥匙。

药品：红磷、白磷、蜡烛、10%氢氧化钠溶液、酚酞。

材料：橡皮塞、40 ℃温控开关（2个）、蜂鸣器、LED灯珠、水泵、PVC水管、导线、5号电池及电池盒、1 mL注射器、铜丝、火柴、滤纸。

2. 实验装置（图2）及注意事项

（1）装白磷和红磷的燃烧匙高度差1 cm左右，距放蜡烛的燃烧匙5 cm左右，且不在同侧。

（2）燃烧匙底部打孔，便于从热水中提出时不带出水，装白磷的燃烧匙底部需垫滤纸，防止白磷在热水中熔化提出水面时漏掉。

（3）实验开始前白磷在热水中，红磷在空气中，当红磷和白磷同时燃烧后一起放入热水中，熄灭后再一起提出热水。

（4）两个燃烧匙正下方一颠一倒放置两个50 mL烧杯，上面烧杯中放80 ℃左右的热水，下面烧杯抬高上面烧杯，防止热水冷却。

（5）如果要观察到火焰由下而上跳跃，白磷只需豌豆大小。如果要观察到上下两团火焰同时燃烧，白磷的量则需要多点。为保证实验效果，红磷要足量。

（6）选择2个40 ℃温控开关并联，提高报警及自动喷水几率。

3.实验原理

（1）物质燃烧的三个条件：可燃物、氧气、温度达到可燃物着火点，缺一不可。灭火原理：清除可燃物、隔绝氧气、降低温度至着火点以下，缺一即可。

（2）酚酞遇氢氧化钠溶液变红色，氢氧化钠溶液吸收五氧化二磷，硫酸铜溶液吸收剩余白磷，减少污染。

（3）如图3所示，燃烧时放热，温控开关接通电源，蜂鸣器报警，LED灯珠闪烁，水泵抽水形成红色水幕降温。

4.探究过程、现象及结论

按照图2装置进行探究并完成表1记录。

5.实验数据及分析

结合实验探究过程和表2记录情况分析可知：当氧气浓度低于15.4%时蜡烛熄灭，白磷燃烧，证明不同物质燃烧所需的最低氧气浓度不同。热水中白磷不燃烧但提出水面后燃烧，证明燃烧需要氧气;白磷燃烧引燃红磷，证明不同物质的着火点不同，燃烧需要达到可燃物的着火点。将燃烧的白磷和红磷放入热水中时火焰熄灭，证明可以通过隔绝氧气的方法灭火;将白磷和红磷再次提出热水，白磷燃烧但红磷没有立刻燃烧，证明可以通过降低温度至可燃物着火点以下的方法灭火;如果火焰熄灭后已无白磷但红磷剩余，证明可以通过清除可燃物的方法灭火。由此构建图4的燃烧模型和图5的灭火模型。

三、创新实验的优点

1.密闭装置绿色环保

变教材中敞口实验为密闭装置内实验，并用氢氧化钠溶液吸收白烟（P2O5 + 6NaOH == 2Na3PO4 +3H2O），有效抑制有毒物质五氧化二磷逸散，保证师生身体健康;实验中如果还有白磷残留，可以借助硫酸铜溶液进行处理（11P + 15CuSO4 + 24H2O == 5Cu3P +6H3PO4 + 15H2SO4）。

2.定性实验定量呈现

引入氧气传感器从定量角度证实不同可燃物燃烧所需的氧气最低浓度不同，让传统教学内容与现代教学工具融合，变不可视氧气浓度为可视氧气浓度数据的呈现，提高实验的真实性和直观性。

3.现象明显趣味性强

密闭装置内蜡烛、白磷、红磷依次燃烧，白磷和红磷在燃烧与熄灭中交替进行，镁条在剩余气体中燃烧，燃烧放热接通温控开关，引起蜂鸣器报警，LED灯珠闪烁，水泵喷水形成红色水幕，现象明显、趣味性强，充分刺激了学生的视觉和听觉，增强了实验的趣味性。

4.一组实验多条结论

蜡烛燃烧前后对比可知：燃烧需要氧气，并通过氧气传感器数据显示蜡烛火焰熄灭后还有氧气剩余;白磷燃烧前后对比可知：燃烧需要氧气，但所需氧气浓度小于蜡烛;由白磷燃烧引燃红磷可知：不同可燃物的着火点不同;此时，如果将同时燃烧的红磷和白磷同时放入热水中，由火焰熄灭可知：隔绝氧气是灭火的一种方法;再次将白磷和红磷提出水面，由白磷燃烧但红磷没有立即燃烧可知：降低环境温度至着火点以下可以灭火;火焰熄灭后如果红磷有剩余而白磷已完全燃烧可知：清除可燃物是灭火的另一种方法。一组实验即可一体化探究燃烧的条件和灭火方法。

5.创新实验落实素养

一体化设计并改进实验装置，落实科学探究与创新意识的素养;基于真实情境探究燃烧条件和灭火方法，建构“燃烧模型”并进行修正，培养证据推理与模型认知能力;引入氧气传感器监测氧气浓度，让传统教学内容与现代教学工具融合，提高实验真实性和直观性，感悟变化观念和平衡思想;引入火警报警、自动喷水装置，提高科学态度和社会责任[2]

四、实验反思

蜡烛、白磷、红磷依次在密闭装置内燃烧，增强实验的对比性和科学性，但本实验无法实现镁条在密闭装置内的燃烧，仅通过磷燃烧后在水槽中加水，使钟罩内外液面高度一致，减少打开橡皮塞后空气进入的可能性，保证装置内剩余气体成分基本不变，从而证明镁可以在氮气中燃烧，实验还不太严谨，有待进一步改进。