向玉 萬青青 周青 張聰杰

摘要：人教版初中化學(xué)教材質(zhì)量守恒定律一節(jié)中，紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)存在白煙逸散、管口堵塞以及不易引燃等問題。與文獻(xiàn)報(bào)道不同，作者通過注射器注入熱水來引燃白磷的裝置很好地改進(jìn)了密閉體系中白磷燃燒實(shí)驗(yàn)，而且還增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性。生成的產(chǎn)物五氧化二磷在密閉的環(huán)境中就得以處理，避免了空氣污染。反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量差僅有0.02 g，很好地詮釋了質(zhì)量守恒定律。該改進(jìn)實(shí)驗(yàn)具有成功率高、引燃快、氣密性好、趣味性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，提高了演示實(shí)驗(yàn)的效果。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律；白磷燃燒；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）11-0096-02

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.022

在人民教育出版社2012年出版的九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)教材中，第五單元課題1“質(zhì)量守恒定律”設(shè)計(jì)了在密閉體系中的紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)方案，用于探究反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系。這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生從已知實(shí)驗(yàn)出發(fā)，循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律。但教材中的實(shí)驗(yàn)方案還存在白煙逸散、管口堵塞以及不易引燃等問題，一線教師不能得到理想的教學(xué)效果。

一、教材中紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)存在的問題

1．白煙逸散，污染空氣且引起誤差

該實(shí)驗(yàn)需要在錐形瓶外加熱套在橡膠塞上的玻璃管，然后用熱玻璃管引燃錐形瓶中的紅磷。由于很難迅速塞緊錐形瓶，導(dǎo)致大量白煙逸散，造成空氣污染和反應(yīng)前后稱量結(jié)果不相等的問題。

2．管口易被細(xì)沙堵塞

當(dāng)玻璃管加熱后，需要快速將其與紅磷接觸。在這個(gè)過程中，若放紅磷處的細(xì)沙堆積過多，就容易使玻璃管下端管口被細(xì)沙堵塞，進(jìn)而使得瓶?jī)?nèi)氣壓不能及時(shí)緩沖，造成橡膠塞沖出或錐形瓶炸裂的問題。

3．不易引燃，浪費(fèi)課堂時(shí)間

加熱的玻璃管需要從錐形瓶外伸人瓶?jī)?nèi)，這個(gè)過程會(huì)使玻璃管溫度降低。加之該內(nèi)容上課時(shí)間一般在秋冬季節(jié)，玻璃管冷卻速度就更快。而紅磷的著火點(diǎn)為260℃，因此不易一次引燃。若重復(fù)多次，必然影響課堂教學(xué)效果。

4．處理有毒產(chǎn)物存在風(fēng)險(xiǎn)

反應(yīng)結(jié)束后，需要對(duì)有毒的五氧化二磷進(jìn)行處理。教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)需要先打開橡膠塞再進(jìn)行處理，這會(huì)使部分五氧化二磷進(jìn)入空氣中，危害實(shí)驗(yàn)人員的健康以及污染環(huán)境。

二、白磷燃燒實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方案

針對(duì)白煙逸散和管口堵塞的問題，已有研究給1出了以下的一些在密閉體系中引燃紅磷或白磷等的解決方案：直接加熱裝有白磷的錐形瓶來引燃白磷[1，2]、使用電阻絲引燃紅磷[3]、使用MCH陶瓷加熱棒來引燃紅磷[4]、使用聚光燈、放大鏡聚焦熱量來引燃白磷[5，6]等。

以上方法由于隔著錐形瓶引燃紅磷（或白磷），時(shí)間都比較長(zhǎng)。而且，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后五氧化二磷是如何處理的，文獻(xiàn)沒有提及。與文獻(xiàn)報(bào)道不同，我們通過注射器注入熱水來引燃白磷的裝置很好地改進(jìn)了密閉體系中白磷燃燒實(shí)驗(yàn)，又增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性。尤其是生成的產(chǎn)物五氧化二磷在密閉的環(huán)境中就得以處理，從而避免了空氣污染。

三、實(shí)驗(yàn)過程

1．實(shí)驗(yàn)器材與藥品

器材：錐形瓶（250 mL）、玻璃管、帶針頭的注射器（10 mL）、電子天平、單孔橡膠塞、氣球。

藥品：白磷、細(xì)沙、熱水。

2．實(shí)驗(yàn)裝置圖

見圖1。

3．實(shí)驗(yàn)步驟

（1）按照?qǐng)D1連接實(shí)驗(yàn)裝置，并檢查裝置的氣密性。

（2）向錐形瓶中加入適量細(xì)沙，鋪滿錐形瓶底部。取一塊綠豆大小的白磷置于錐形瓶底部，使其恰好對(duì)準(zhǔn)注射器針頭（可以先在瓶口標(biāo)記注射器的位置，再注入少量水在細(xì)沙上標(biāo)記白磷的位置）。

（3）將注射器針筒取下，吸取2-3 mL熱水，再接回到針頭上，用電子天平稱量反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量（ml）。

（4）迅速推動(dòng)注射器，用熱水引燃白磷。可觀察到白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙，氣球先變鼓后變癟。

（5）反應(yīng)結(jié)束后，待裝置冷卻至室溫再次稱量物質(zhì)的總質(zhì)量（m2）。

4．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）確保注射器針頭對(duì)準(zhǔn)白磷，以此來保證熱水能與白磷接觸，進(jìn)而引燃白磷。

（2）確保熱水的溫度高于白磷的著火點(diǎn)，溫度越接近沸水的溫度效果越好。

（3）在開始反應(yīng)前，將氣球內(nèi)空氣盡量排盡。

5．實(shí)驗(yàn)結(jié)果

反應(yīng)前后物質(zhì)總質(zhì)量相差0.02 g，非常接近，故可以認(rèn)為反應(yīng)前后質(zhì)量未發(fā)生變化，重復(fù)5次實(shí)驗(yàn)均成功（見圖2、圖3）。

四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)評(píng)價(jià)

1．提高了實(shí)驗(yàn)的趣味性

在學(xué)生的已有認(rèn)知中，水是用來滅火的。本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)用熱水引燃白磷，其滴水生火的現(xiàn)象提高了實(shí)驗(yàn)的趣味性，從而能激發(fā)學(xué)生的求知欲。同時(shí)，可以為學(xué)生學(xué)習(xí)第七單元燃燒的條件做鋪墊。

2．提高了實(shí)驗(yàn)的安全性

本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)保證了實(shí)驗(yàn)始終在密閉體系中進(jìn)行，有效避免了有毒的五氧化二磷逸散到空氣中。同時(shí)本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的玻璃管沒有細(xì)沙堵塞的問題，保證了瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)得以及時(shí)緩沖，避免了瓶塞沖出與錐形瓶炸裂的危險(xiǎn)。

3．利于處理有毒產(chǎn)物

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可以用注射器向錐形瓶中注水或堿液，以此來吸收五氧化二磷，保證了五氧化二磷在密閉的環(huán)境中得以處理，從而避免了空氣污染。

4．提高了課堂教學(xué)的效率

本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)軐琢滓淮涡缘亍⒖焖俚匾?，成功率高，縮短了教師演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，提高了課堂教學(xué)的效率。

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*通訊聯(lián)系人，E-mail：zhouq@snnu.edu.cn