張儀軒

摘要：通過分析教材“燃燒條件”探究實(shí)驗(yàn)存在的不足之處，在教學(xué)實(shí)踐中對原實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。以白磷作為燃燒物，通過改變水溫、有無空氣兩個變量，對比分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出了燃燒的條件。實(shí)驗(yàn)無需制取氧氣，且白磷是在密閉裝置內(nèi)燃燒。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)兼具簡約性、環(huán)保性、科學(xué)性和趣味性。

關(guān)鍵詞：燃燒條件；白磷燃燒；探究實(shí)驗(yàn)；改進(jìn)設(shè)計(jì)

文章編號：1005–6629（2016）11–0076–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)、探究能力的突破口。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可以通過觀察、思考來獲取知識，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論與探究過程有機(jī)地融合起來，使知識與能力得到和諧發(fā)展，感受到化學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣。因此，教師要致力于教材經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)更易操作、更易觀察到現(xiàn)象，使學(xué)生更能體會到實(shí)驗(yàn)的趣味，同時能科學(xué)地推演結(jié)論。本文以“燃燒條件”探究實(shí)驗(yàn)為例，淺談筆者在教學(xué)實(shí)踐中對經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1 問題的提出

“燃燒與滅火”是人教版《化學(xué)》（九年級上冊）第七單元的課題，為引導(dǎo)學(xué)生理解可燃物的燃燒必須同時具備“與氧氣充分接觸”和“溫度達(dá)到可燃物著火點(diǎn)”的條件，教材設(shè)計(jì)了如下的演示實(shí)驗(yàn)，見圖1。

在進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)時，存在以下問題：

第一，實(shí)驗(yàn)甲（見圖1）中白磷和紅磷均處在敞口開放體系，銅片上的白磷燃燒會產(chǎn)生大量白煙，白煙主要成分為五氧化二磷，逸散到空氣中，易與空氣中的水蒸氣結(jié)合，生成有毒的偏磷酸，危害師生健康，所以該實(shí)驗(yàn)需要在通風(fēng)櫥中操作。由于不便在課堂上演示該實(shí)驗(yàn)，實(shí)際教學(xué)中，教師通常采用講授與多媒體視頻相結(jié)合的方式，弱化了這一經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

第二，白磷固體遇熱水熔化，用導(dǎo)氣管通入氧氣后，熔化的白磷會在氣流的作用下，四處游動，使氧氣不能和白磷充分接觸，實(shí)驗(yàn)成功率較低[1]。

第三，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，水中殘留的白磷有劇毒，須小心進(jìn)行后續(xù)處理，否則會引起白磷自燃或中毒等安全隱患。

第四，白磷在水下燃燒通入的是氧氣，和白磷在空氣中的燃燒對比，沒有嚴(yán)格地控制變量，實(shí)驗(yàn)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。

經(jīng)查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)針對上述問題，已有不同角度的改進(jìn)方案[2～6]，例如圖2，甲實(shí)驗(yàn)在密閉裝置中進(jìn)行，解決了白煙逸散造成污染的問題。乙實(shí)驗(yàn)在導(dǎo)氣管末端連接一倒置的漏斗，能將熔化的白磷局限在漏斗內(nèi)，但在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，通入氧氣的量不易控制，若通入的氧氣不足，無法排盡白磷表面的水，氧氣和白磷不能充分接觸；若通入的氧氣過量，由于漏斗內(nèi)壓強(qiáng)過大，氧氣從漏斗下端逸出，實(shí)驗(yàn)效果仍不佳。

源于教學(xué)的創(chuàng)新應(yīng)永無止境，該實(shí)驗(yàn)的簡約性、可操作性、環(huán)保性、科學(xué)性等方面仍存在改進(jìn)空間。在尊重教材原實(shí)驗(yàn)的教學(xué)意圖的前提下，力求盡可能采用簡單的裝置或方法，用較少的實(shí)驗(yàn)步驟和藥品，在較短的時間內(nèi)能觀察到明顯的現(xiàn)象。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。直接通過注射器抽取空氣，使用注射器、球型干燥管和橡膠塞，利用反應(yīng)前后壓強(qiáng)的變化，使白磷的燃燒發(fā)生在密閉裝置內(nèi)，大大提高了實(shí)驗(yàn)的安全性和可操作性。無需紅磷作對照，僅用白磷這一可燃物，學(xué)生即可通過對兩組對比實(shí)驗(yàn)的歸納分析，科學(xué)地得出燃燒的條件。

2 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

500mL燒杯兩個、注射器兩支、球型干燥管兩支、橡膠塞兩枚（大小與球型干燥管口徑相匹配）、鑷子、膠皮管、白磷、80℃左右的熱水、冷水、5%氫氧化鈉溶液

2.2 實(shí)驗(yàn)操作方法及現(xiàn)象

2.2.1 實(shí)驗(yàn)一

在500mL燒杯中加入300mL 80℃左右的熱水，將橡膠塞倒置于燒杯內(nèi)，用長鑷子將一綠豆粒大小的白磷放置在橡膠塞上。此時，溫度雖達(dá)到白磷的著火點(diǎn)以上，但浸沒在水中的白磷不燃燒（如圖3）。用膠皮管連接注射器和球型干燥管，拉動注射器活塞，在注射器中預(yù)留20mL空氣，將球型干燥管插入水中，倒扣在橡膠塞上方。推動注射器，緩緩鼓入空氣，熱水從球型干燥管和橡膠塞的縫隙中流出，輕輕下壓，使球型干燥管和橡膠塞之間形成一氣室，白磷和空氣中的氧氣充分接觸，立即可以觀察到白磷燃燒，發(fā)出火光，并產(chǎn)生濃厚的白煙（如圖3），實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分明顯[7]。由于白磷燃燒消耗氧氣，裝置內(nèi)氣壓減小，在大氣壓的作用下，球型干燥管和橡膠塞緊密連接在一起，形成密閉裝置，直至白磷燃燒結(jié)束，整個過程白煙都不會逸散到空氣中。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)二

在500mL燒杯中加入300mL冷水，將橡膠塞倒置于燒杯內(nèi)，用長鑷子將一綠豆粒大小的白磷放置在橡膠塞上。此時，水中的白磷不燃燒（如圖4）。在注射器中預(yù)留20mL空氣，將球型干燥管插入水中，倒扣在橡膠塞上方。推動注射器，緩緩鼓入空氣，白磷雖然接觸空氣中的氧氣，但因溫度沒有達(dá)到著火點(diǎn)，冷水中的白磷不能燃燒。

觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不是最終目的，通過現(xiàn)象分析，探究出燃燒必需的條件才是實(shí)驗(yàn)的根本所在。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行剖析（見表1），學(xué)生可以清晰地得出結(jié)論：可燃物要發(fā)生燃燒，“與氧氣充分接觸”和“溫度達(dá)到著火點(diǎn)”這兩個條件缺一不可。

3 改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

第一，利用反應(yīng)前后裝置內(nèi)壓強(qiáng)的變化，使熱水中的白磷燃燒發(fā)生在密閉裝置內(nèi)，避免了白煙逸散造成的污染，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性，不僅可以實(shí)現(xiàn)課堂演示，還可以在教師指導(dǎo)下開展學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中，白磷燃燒充分，幾乎無殘留；若有殘留，在使用氫氧化鈉溶液處理生成物五氧化二磷后，再加入適量硫酸銅溶液消除可能存在的微量的白磷液滴[9]，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的環(huán)保性，教師也可適時利用該實(shí)驗(yàn)對學(xué)生進(jìn)行環(huán)保教育。

第二，改進(jìn)前，白磷在熱水中熔化，隨通入的氧氣流四處游動，偶爾看見火光一閃，白磷又跑開了，較低的實(shí)驗(yàn)成功率降低了學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的積極性。改進(jìn)后，白磷被局限在球型干燥管內(nèi)，不會四處游動，而且能與空氣充分接觸，學(xué)生能明顯地觀察到熱水中的白磷發(fā)生燃燒，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)感受，體會到實(shí)驗(yàn)的樂趣。待冷卻后，教師還可引導(dǎo)學(xué)生觀察生成物五氧化二磷的顏色和狀態(tài)，從而增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識。

第三，改進(jìn)前，實(shí)驗(yàn)時需組裝氧氣的制取裝置，不僅占用了有限的課堂時間，而且操作步驟繁瑣。改進(jìn)后，直接利用注射器抽取空氣，使實(shí)驗(yàn)步驟簡潔明了；同時實(shí)驗(yàn)儀器簡單易得，無需進(jìn)行特殊處理，提高了實(shí)驗(yàn)的可操作性。

第四，改進(jìn)前，銅片上的白磷和水中的白磷燃燒實(shí)驗(yàn)，對比不明顯，學(xué)生得出結(jié)論有一定的困難。改進(jìn)后，僅用白磷一種可燃物，就實(shí)現(xiàn)了燃燒條件的探究，通過改變水溫、有無空氣兩個因素，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的“控制變量”的思想，提高了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。冷水和熱水中的兩組實(shí)驗(yàn)同時進(jìn)行，更加有利于學(xué)生理解燃燒的條件。

成功的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是體現(xiàn)化學(xué)教學(xué)魅力的有效手段，它能化枯燥為生動，化抽象為具體，化平淡為神奇，既提高了課堂效率，也讓學(xué)生對化學(xué)學(xué)習(xí)保持著濃厚的興趣。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極開展思維活動，啟發(fā)他們對現(xiàn)象進(jìn)行分析，經(jīng)過總結(jié)和歸納，使學(xué)生的思維從表象到本質(zhì)，從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。

教師只有在日常教學(xué)中，時刻以優(yōu)化課堂效果、提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)，促進(jìn)教師深耕教材、不斷探究，繼而在探究中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，才能不斷提高教師的專業(yè)素養(yǎng)，讓課堂多一些精彩。

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