木炭在氧气中封闭燃烧实验创新设计

潘国荣 陈正美

摘要：为了增强实验的对比性，提高实验的教学效果，对木炭在空气和氧气中的燃烧实验进行了重新设计。新实验在封闭条件下进行，木炭燃烧非常剧烈，发出强烈的白光；瓶内澄清石灰水变浑浊，实验现象非常明显。新实验简单方便、安全可靠、成功率高，师生均可操作，城市和乡村学校都可推广应用。

关键词：木炭；燃烧实验；封闭化；创新设计

文章编号：1005–6629（2016）8–0057–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

木炭在空气和氧气中燃烧实验是现行全国初中各种版本化学教科书用以说明氧气化学性质的重要实验。按照教科书的实验设计和方法，有些操作不太简易，需要的时间相对较长；有的实验物品被遮挡了一部分，不太方便观察现象；敞开瓶口进行实验效果不太理想，现象的对比性也不是很强。一些改进实验虽然使现象明显了，但是操作比较复杂，对提高课堂教学效果帮助不大。为此我们进行了改进，无论是用于教师的演示实验还是学生的探究实验活动，都非常适用。

1 教科书的实验设计

1.1 木炭放在燃烧匙里加热和燃烧

把一小块木炭放在燃烧匙里，伸进盛有氧气的集气瓶里，观察木炭是否燃烧。再把木炭加热到发红，观察它在空气里的燃烧情况。然后将木炭和燃烧匙一起伸进盛有氧气的集气瓶里，观察木炭燃烧时发生的现象[1]。

1.2 用坩埚钳夹木炭加热和燃烧

用坩埚钳夹取一小块木炭，在酒精灯火焰上加热，观察木炭在空气里燃烧时产生的现象。然后将燃着的木炭伸进充满氧气的集气瓶里，再观察木炭在氧气里燃烧时产生的现象[2]。

1.3 用坩埚钳或镊子夹木炭点燃放在燃烧匙中燃烧

用坩埚钳夹住木炭，在空气中点燃后，再将点燃的木炭放入燃烧匙，由上而下缓慢伸入集满氧气的集气瓶中[3]。

2 教科书实验设计的不足

教科书实验设计的不足主要是：

（1）木炭放在燃烧匙里点燃，需要的时间较长。

（2）木炭放在燃烧匙里燃烧，作为演示实验，如果木炭小了，燃烧匙挡住了一部分木炭，影响了学生对实验现象的观察。

（3）木炭放在燃烧匙里燃烧，由于燃烧匙的吸热与传热以及由于接触使燃烧面积减少，木炭燃烧的剧烈程度受到影响。

（4）用坩埚钳夹木炭点燃是快了，但是从教科书的图示来看，都是夹在木炭的中间而不是一端，同样由于坩埚钳的吸热与传热以及燃烧面积的减少，使木炭在氧气中的燃烧剧烈程度受到影响。

（5）用坩埚钳夹木炭在氧气里燃烧，作为演示实验，用250mL集气瓶进行操作，由于瓶口敞开大，氧气很快逸散了，效果不好。而学生实验用的是125mL集气瓶，瓶口小，很难操作，效果更差。

（6）实验设计中木炭在氧气中燃烧时，基本上是在敞口的情况下进行的，区别只是敞开的口子大小不同而已。口子敞开了，氧气就很容易逸散而减少，燃烧剧烈程度的降低是不可避免的。

3 已发表的部分实验改进述评

杨庆老师[4]利用锥形瓶、分液漏斗、橡皮塞、玻璃管、空调塑料软管、注射液瓶、硅胶干燥剂、玻璃棉、二氧化锰、过氧化氢溶液等仪器装置和药品进行氧气制取与木炭在氧气里燃烧的实验。木炭在空气和氧气里燃烧的实验仅是几个氧气性质实验之一。其改进让小木炭块封闭在粗玻璃管内进行燃烧，有二氧化碳的检验、产生的效果准确明显等优点，但存在的不足是课前实验准备和课堂实验操作都比较复杂，隔着玻璃给木炭点燃也需要较长时间。

高润华老师[5]采用氧气制取与性质实验一体化装置实验，去底集气瓶倒过来用带玻璃弯管（供通氧气）和直导管（供排石灰水）的橡皮塞塞住后里面放石灰水代替集气瓶做反应容器。把带尖的铁丝弯个钩，把木炭插在尖端固定好，点燃后插入瓶中。该改进的演示效果比教科书好。不足的是，铁丝尖端不容易插入木炭中固定好，需要的木炭块比较大，点燃木炭块容易掉落，操作不容易成功。

韦会红老师[6]用气球装氧气，在铁架台固定的球型干燥管的球型部装木炭做燃烧实验，尾气通入烧杯中的石灰水里。此改进虽然排除了一些干扰，说明了燃烧的现象、产物以及燃烧的条件，具有一定特色。但是，气球装氧气排放不好控制，隔着玻璃给木炭点燃，需要时间也比较长。

陈现福、毕青老师[7]采用氧气制取与性质实验一体化装置实验，用250mL吸滤瓶注入200mL石灰水作为反应容器，氧气通过吸嘴进入瓶内。其余的实验方法均按照教科书方法进行。此改进的优点是课前不需要制备氧气，利用空间比较小的吸滤瓶上部作为反应容器，可以减少药品用量等。但存在的问题是，采用固体加热制取氧气，不容易控制反应速度，课堂操作不方便，很容易造成重新装药品制取氧气的麻烦。

许纪芬老师[8]采用氧气制取与性质实验一体化装置实验，过氧化氢溶液制取的氧气通过干燥管中的无水氯化钙干燥后再通入作为反应容器的硬质玻璃管中。其优点是消除了一些干扰因素，实验效果明显了；木炭先在空气中燃烧，再在氧气中燃烧，有对比性；实验封闭化，有二氧化碳的检验。存在的不足是，装置比较复杂，操作非常麻烦；需要携带两个比较笨重的铁架台，不方便。

4 创新设计的思路

木炭燃烧时，燃烧部位不与其他物品接触；木炭燃烧产生的现象不要被其他物品遮挡；在氧气中燃烧时，使其封闭化，防止氧气逸散，影响燃烧效果；要有生成物的检验，效果明显。

5 新设计的实验

5.1 实验装置制作

选择一个适当大小能够塞住125～250mL规格集气瓶口的橡皮塞，取一块大约2～2.5cm的长条形干燥木炭，用铁丝或者铜丝把一端系紧，铁（或铜）丝的另一端插入橡皮塞中，固定在橡皮塞上，将橡皮塞塞入集气瓶口时，木炭块下端位于集气瓶内石灰水的液面上方，如图1、图4所示。

5.2 实验操作方法

取125～250mL集气瓶，放入10～15mL石灰水，采用向上排空气法收集氧气，密封待用。将橡皮塞上铁（或铜）丝系住的木炭的另一端在酒精灯火焰上点燃，观察木炭在空气中的燃烧情况，如图2所示。

把上述已经在空气中燃烧的木炭块迅速插入盛有石灰水和氧气的集气瓶中，并塞住橡皮塞（不要塞得太紧），观察木炭在氧气中燃烧的现象，如图3所示。

5.3 创新实验的效果

可以看到：点燃被系住木炭的一端在空气中燃烧，发出红光，如图2所示。木炭封闭在氧气里燃烧，发出耀眼的白光，如图3所示，有时还会产生火星四射的现象，燃烧的时间比较长；燃烧停止后，集气瓶内的澄清石灰水变浑浊了，如图4所示。封闭燃烧的方法同样可以用于铁丝在氧气中燃烧。

6 新设计实验的优点

（1）实验用品是常规的，实验装置制作简便，学生都能独立制作。

（2）实验操作简约方便，安全性强，学生都能顺利完成操作。

（3）木炭燃烧充分，不受到干扰，成功率高，现象完整、明显、对比性强、效果好。

（4）课堂演示时实验现象没有被遮挡，使木炭燃烧产生的现象能够让学生全面而准确地观察。

（5）实验氧气逸散少，使木炭燃烧剧烈而时间又长，实验现象展现比较充分、准确。

（6）由于事前有澄清石灰水吸收二氧化碳，在封闭情况下，也不会造成气体受热膨胀而让橡皮塞冲出的问题出现，使实验既环保又安全。

（7）新设计的实验，不仅适用于教师的演示实验，同样适用于学生的探究实验活动。

参考文献：

[1]人民教育出版社化学室编.初级中学课本·化学（全一册）[M].北京：人民教育出版社，1987：92～95.

[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，2012：34.

[3]王祖浩，王磊主编.义务教育教科书·化学（九年级）（上册）[M].上海：上海教育出版社，2012：31～32.

[4]杨庆.木炭在氧气中燃烧实验的改进[J].实验教学与仪器，2010，（5）：30.

[5]高润华.氧气化学性质实验的改进[J].化学教学，1989，（3）：21～22.

[6]韦会红.氧气性质实验的改进二则[J].化学教学，1992，（5）：18.

[7]陈现福，毕青.氧气性质演示实验的改进[J].化学教学，1995，（5）：9.

[8]许纪芬.氧气的性质实验改进[J].化学教学，2009，（9）：19.