用紙筒\\樹葉或空心莖做不完全燃燒實驗

摘要:設計實驗使紙筒、樹葉或空心莖發生不完全燃燒，同時將產生的煙氣導出點燃，這些現有教材中所沒有的實驗，供新課程安排教學所急需時用。

關鍵詞:完全燃燒;不完全燃燒;煙筒;紙筒

文章編號:1005-6629(2010)03-0014-03 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:C

目前在中學化學教學和科普教育中，人們常用蠟燭、煤炭等可燃物在缺氧條件下燃燒冒黑煙，或產生有毒氣體的實驗或事例來說明不完全燃燒概念，但是現有實驗技術難以對它們燃燒后放出的煙氣再次直接點火燃燒，從而不能直觀地展示不完全燃燒的基本特征和主要危害。而我們用紙筒、樹葉或空心莖做不完全燃燒實驗，不僅克服了上述缺點，而且具有簡易、更貼近生活的優點，正是新課程教學和科普教育所急需的好實驗。

1 實驗用品

白紙(或舊報紙)一張、白鐵皮一小塊、鐵絲一段。或樹葉、蘆葦桿等。

2 教具制作

參見圖1。

(1)紙煙筒的制作

取一張A4紙(或舊報紙)，卷成兩端直徑大小不等的紙筒，其長度約30 cm，小端直徑約1.2cm， 大端直徑是小端的約3至4倍，如圖1a所示。

(2)鐵煙筒的制作

將白鐵皮卷成兩端直徑大小不等的鐵筒，其長度約15 cm，小端直徑約1 cm，大端直徑約2 cm，側面的接縫用錫焊接牢，再將彎成U形的鐵絲焊接到其側面作為手柄即可，如圖1 b所示。

(3)替代物的選擇

紙煙筒可用樹葉卷成的圓筒或蘆葦稈等空心莖代替，鐵煙筒可由玻璃管或牛角管等代替。

3 實驗方法、現象、解釋或結論

(1)單獨用紙筒完成實驗

將紙筒靠近小頭的一半截的外表面用水潤濕。然后手拿紙筒的潤濕處，小頭朝上傾斜，在其下部大頭處點火，則燃燒產生的煙氣從上口排出。稍后點燃煙氣，可燃燒，火焰大且持續時間長(見圖2)。因煙氣由報紙不完全燃燒產生，其中含有大量可燃物(一氧化碳等物質)。

實驗應在無風的場所進行，同時應根據煙氣排放情況靈活調整煙筒傾斜角，使煙氣長時間持續燃燒。

另外，值得做對比說明的是，紙筒與一張平整展開著的紙片在空氣中燃燒相比，后者氧氣供應相對比較充足，燃燒較完全，煙氣中可燃物少，灰渣的顏色也略淺。

(2)紙筒插入鐵筒中做實驗

不用水潤濕紙筒的一半截，而直接將其插入鐵筒中。然后手拿鐵筒的鐵絲手柄進行上述相同的操作，則可看到煙氣燃燒的火焰更大，持續時間更長(見圖3)。原因是該方法中煙筒內的溫度更高，不完全燃燒生成物中的木焦油類物質液化殘留于筒內較少，使煙氣中可燃物增多。

(3)紙筒插入玻璃管(或牛角管)中做實驗

取一只內徑約2 cm的玻璃管(或牛角管)，將紙筒小頭插入其中，用試管夾夾持進行實驗，不僅可以證明煙氣中有可燃物存在，而且在玻璃管內可看到褐色液體(見圖4)。

其二，取焰色反應實驗用的帶細鐵絲的玻璃棒，將細鐵絲的頭部彎曲成小環，用它蘸取該油狀液體在酒精燈火焰上灼燒，蒸去水分使之濃縮，然后將鐵絲從火焰上移開，發現鐵絲上的物質可燃燒(見圖5)，證明褐色液體中含有可燃物(木焦油等物質)。

也可將油狀液體(1滴以上即可)倒入燃燒匙中，在酒精燈火焰上點燃，效果很好。

其三，紙筒燃燒后的灰渣呈黑色，仍保持筒狀且與未燃燒的紙筒及玻璃管連在一起，用酒精燈火焰灼燒它，發出明亮的光，殘灰漸漸變薄變白，證明其中的黑色物質(無定形碳)也是可燃物(見附頁照片)。

其四，本實驗可以進行微型化設計:僅取一片撲克牌大小的紙片(或小紙條)，卷成一個外徑約1 cm的紙筒，將其一端插入內徑約1 cm的玻璃管(或去掉掛鉤和頂部螺絲的鋼筆帽)中，用試管夾或鑷子夾持進行實驗。實驗過程參看圖6。

微型實驗的用紙量很少，污染小，現象仍然很明顯，適合于學生做分組探究。

(4)用樹葉或植物的空心莖做實驗

手指粗曬干的竹筒、蘆葦桿、或其它空心莖、卷成筒狀的樹葉或筍衣，都能代替紙筒完成實驗。而且這樣做能更確切地說明生物質能的利用和相關的環境問題。參看圖7和圖8。

4 實驗的應用

(1)初中教育

在初中化學課程主題五《化學與社會發展》中的“化學與能源和資源的利用”教學中，該實驗可以說明燃料完全燃燒的重要性，并直觀地展示不完全燃燒的“燃燒后的產物中還有剩余的可燃物存在”的基本特征。

(2)科普教育

在針對中小學生或普通群眾的關于消防安全、環境保護、能源的利用等主題知識的科普講座中，可用該實驗說明燃料(可燃物)不完全燃燒的種種危害或益處，及如何避免其危害或加以利用。

例如，該實驗能夠很好的揭示目前在我國農村地區試點推廣的秸稈氣化技術的生產原理，該實驗也能很好地說明吸煙有害健康問題。

(3)家庭教育

非常適合于開展家庭實驗，讓家庭成員人人懂得在家里生火做飯或取暖時，要注意通風換氣、疏通煙道、預防一氧化碳中毒等道理。

5 實驗原理分析

其一，物質發生不完全燃燒，其特征是“產物中還有剩余的可燃物存在”。

其二，固態生物質(包括紙片)的燃燒屬于分解燃燒，其過程中有干餾作用存在，干餾作用的產物在氧氣供應不足時仍將發生不完全燃燒。因此生物質不完全燃燒產物與干餾作用的產物相似，包括氣態、液態、固態三種狀態的可燃物。

其三，卷成筒狀的紙片(或樹葉)與展開了的紙片(或樹葉)在空氣中點燃，前者氧氣供應更加不足，將發生更嚴重的不完全燃燒，其氣態生成物因“煙筒效應”的作用而集中起來從煙筒上口排出，便于點燃。

其四、煙氣的第二次燃燒可以認為是完全燃燒。紙片燃燒后的筒狀灰燼，經酒精燈火焰的不斷灼燒后黑色漸漸退去而最終變成白色，也可認為燃燒已經完全。牛角管或玻璃管中的液態生成物，被細鐵絲蘸出后在酒精燈火焰的灼燒并點燃，可以認為燃燒比較完全。

參考文獻:

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