粉塵爆炸實驗的最佳實驗條件探究

文章編號:1005-6629(2010)01-0018-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:C

粉塵爆炸實驗是上教版和人教版課程標準實驗教科書九年級化學教材必選實驗?！痘瘜W教學》2009年第4期《粉塵爆炸實驗的改進》一文，用透明飲料瓶作反應裝置代替原金屬罐或紙罐，可以清晰地觀察到實驗全過程。

飲料瓶2沿口用熱水一燙，塑料軟化后稍微向內側卷曲;寬1 cm的薄鋁條兩端向同方向折疊成直角，使它能扣在飲料瓶2沿口上。這樣，兩個口徑相同的飲料瓶之間的套接和在蠟燭固定在反應容器內這兩步實驗操作更方便。用此實驗裝置進一步作如下探究:

1粉塵揚起充滿整個反應容器是粉塵爆炸實驗成功的重要保障

容器內充滿粉塵是粉塵爆炸實驗成功的重要保障，用何種形狀的容器裝生粉能揚起大量粉塵，我們進行了反復的實驗探究，并用手機對實驗過程進行了攝像。兩個2.5 L飲料瓶剪去底部，通過套接后作粉塵爆炸實驗的反應容器，反應空間最大可接近5 L，生粉裝在瓶蓋或漏斗中(圖1)進行粉塵爆炸實驗時，粉塵揚起量不足，實驗效果不佳。生粉裝在鋁盒中(圖2)進行粉塵爆炸實驗，粉塵揚起量多，揚起的粉塵與容器上部的蠟燭火焰相遇，整個反應容器內出現火光，產生的氣浪將飲料瓶1掀起，發出“嘭”的聲響，火苗從瓶內竄出，最后聽到落地的撞擊聲，粉塵爆炸實驗獲得了成功。這種形狀的鋁盒，內部空間大，而粉塵出口處小，用嘴吹氣后整個反應容器內充滿粉塵。

鋁盒的制作方法如下:取9 cm×6 cm的薄鋁片，圖4中的陰影部分用剪刀剪去，同方向折疊，形成3 cm×2 cm×2 cm朝上面有1 cm開口的鋁盒，四周用膠布固定(圖5)，在遠離開口的側壁靠近底部的部位打一個小孔，外接45 cm長的膠皮管。

實驗的操作過程如下:在飲料瓶2靠近瓶口的瓶壁處打一個孔，鋁盒上的膠皮管由瓶內從此孔穿過，燃著的蠟燭固定在鋁條上，飲料瓶1罩在飲料瓶2上，手握飲料瓶2瓶頸處，通過膠皮管用嘴吹氣。

2點火位置在容器上部是粉塵爆炸實驗成功的最佳條件

點火位置在容器上部，粉塵爆炸實驗獲得了成功。上教版和人教版教材中粉塵爆炸實驗的點火位置在容器下方，點火位置對粉塵爆炸實驗會有影響嗎?將燃著的蠟燭固定在瓶蓋上后從瓶口伸入飲料瓶里旋緊瓶蓋(圖3)再次進行實驗，容器內蠟燭火焰上方出現一團火苗，但飲料瓶1沒有被掀起。

用影音風暴播放器播放圖2和圖3實驗裝置所做實驗的實驗錄像，在按下播放器暫停鍵后，點擊播放器的逐幀鍵對反應容器內粉塵燃燒過程逐幀觀看，對比研究發現:火苗是阻擋可燃性粉塵向上上揚的天然屏障，點火位置不同，粉塵占據容器的空間就不同，粉塵燃燒的過程和劇烈程度就不同。

點火位置在容器底部，蠟燭火焰上方空間很大，粉塵遇蠟燭火焰發生燃燒，蠟燭火焰上方出現一團火苗，火苗阻擋了可燃性粉塵繼續上揚，造成蠟燭火焰上部空間無粉塵，粉塵燃燒局限在蠟燭周圍的空間范圍內，粉塵和氧氣的接觸面積小，燃燒產生的熱量不能使反應空間內的氣體迅速膨脹。

點火位置在容器上部，蠟燭火焰上方空間很少，粉塵遇蠟燭火焰發生燃燒時，整個容器內充滿了粉塵，容器上部的粉塵先遇到蠟燭火焰燃燒，容器頂部出現火光，再引燃容器下部的粉塵燃燒，粉塵自上而下發生燃燒，整個容器內出現火光。充滿整個容器的粉塵燃燒時產生大量的熱量使容器內的氣體體積猛烈膨脹，飲料瓶1被掀起，兩個飲料瓶分開后，在飲料瓶外有火苗，飲料瓶2的火苗竄得很高，火勢比飲料瓶1旺。

由此分析，點火位置在容器上部是粉塵爆炸實驗成功的最佳條件。

有教師認為，生粉顆粒比面粉顆粒更細，易吹散形成粉塵，用生粉進行粉塵爆炸實驗成功率高[1] [2]。用圖2的實驗裝置進行面粉、糯米粉、生粉、淀粉的粉塵爆炸實驗，在固體十分干燥(固體在實驗前放在陽光下曬3～4小時)情況下，實驗都獲得了成功。實驗表明，固體顆粒的大小是粉塵爆炸實驗成功的次要因素。

參考文獻:

[1]彭笑法等. 粉塵爆炸實驗的改進[J].化學教學.2009(4).13.

[2]李秀滋.面粉爆炸實驗的改進[J].化學教學.2004(9).10.