谈镁条在二氧化碳中封闭燃烧实验设计

谈镁条在二氧化碳中封闭燃烧实验设计

摘 要:用粗玻璃管、橡胶塞、带钩粗铁丝、小气球、集气瓶等组装一个封闭装置,将弯曲的镁条挂在铁钩下,放入集满二氧化碳的集气瓶里封闭燃烧。以直观的实验现象解决了初中生的疑问。

关键词:二氧化碳助燃;实验设计;封闭装置

仁爱版《化学(九年级上册)》[1]中关于二氧化碳的性质是这样描述的:“不能燃烧,一般也不支持燃烧,且密度比空气大,它能覆盖在可燃物表面,使可燃物与空气隔离。因此,人们常用二氧化碳来灭火。”在初中化学教学活动中,教师经常会遇到这样的提问:“二氧化碳能够用于熄灭所有的火吗?在特殊情况下,它能否助燃?”为此,笔者决定设计一个二氧化碳在特殊情况下能够助燃的实验,从而用直观的实验现象来解决学生的疑问。

一、研究思路

收集一瓶二氧化碳气体,加入2~3mL的澄清石灰水,振荡,石灰水变浑浊,说明瓶内盛放的是二氧化碳。将燃烧的镁条迅速放入加了澄清石灰水的二氧化碳瓶中,观察镁条是继续燃烧还是立即熄灭。若继续燃烧,则说明二氧化碳能够支持镁条燃烧;若立即熄灭,则说明可以用二氧化碳去熄灭镁条燃烧。

二、项目相关的科学原理

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O

2Mg+CO2点燃=2MgO+C

三、相关实验研究述评

谢新民[2]在文章中说:“镁条在CO2中的燃烧实验是一个教师演示实验,如果按照《高中化学(第二册)》第22页所述做实验,实验不容易成功。”为此,他将一根5~7cm长的镁条,用坩埚钳夹住一端,将其另一端4~6cm长的部分浸于稀盐酸中3~5s,待除去表面的氧化物后取出,用清水冲洗,然后用酒精灯点燃有氧化物的一端。由于进行了封闭化的实验设计,因此效果比较好。

四、改进实验装置制作

1.装置用品

粗玻璃管1节、橡胶塞1个、粗铁丝1节、小气球1个、250mL集气瓶1个。

2.装置制作

从口部将150mm×15mm规格的试管截取长度为7cm的一段,作为“粗玻璃管”,在橡胶塞稍偏离中心的位置处打一个直径15mm的洞,将“粗玻璃管”插入橡胶塞的洞中,从橡胶塞小的一端插入带钩的粗铁丝,把小气球套在“粗玻璃管”上,即得“带管钩的橡皮塞”(见图1)。将一段用砂布打磨光亮的镁条从中间剪开,分成2条,用其中1条适当扭曲成螺旋形,把一端挂在“带管钩的橡皮塞”的铁钩上(见图2),便可得到完整的实验装置(见图3)。

五、实验过程与结论

在250mL的二氧化碳集气瓶里加入2~3mL的澄清石灰水,振荡,可以看到:澄清石灰水变浑浊了(见图4)。点燃细镁条,迅速放入加了澄清石灰水的二氧化碳瓶子里,塞紧“带管钩橡皮塞”,可以看到:点燃的镁条继续燃烧并发出白光(见图5)、产生大量白烟且瓶壁上附着有黑色固体(见图6)。二氧化碳气体中燃烧,说明在特殊情况下,二氧化碳可以助燃。不是所有的火灾都能用二氧化碳熄灭,非常活泼的金属如钾、钠、钙、镁等燃烧时,是不能用二氧化碳去灭火的。

六、实验的创新点

第一,通过实验直观地向初中生展示了活泼金属镁能够在二氧化碳里继续燃烧,说明了不是所有的火灾都能够用二氧化碳熄灭。

第二,将镁条剪细,是为了降低燃烧的剧烈程度;将镁条弯曲是为了形成较大间隔,使燃烧的火力无法波及上部的镁条,使燃烧速度变慢,方便操作和观察,提高实验成功率。

第三,镁条在封闭的二氧化碳集气瓶里燃烧,实验现象更加明显,结果更准确,结论更有说服力。

第四,玻璃管和小气球具有调节作用,可避免开始反应时气体受热膨胀产生的危险,解决了反应结束后气压降低导致橡胶塞不易取出的难题。

第五,装置一次做成,可以长期反复使用。

作者:潘国荣 刘芬 李文勇 单位:贵州省雷山县第三中学 贵州省雷山县民族中学