正交實驗法探究粉塵爆炸實驗的最佳條件

彭柳婷 王振興 黃都

爆炸是可燃物在有限空間內急劇燃燒，并在短時間內聚集大量的熱使氣體的體積迅速膨脹而引起的。為了探究在人教版化學九年級上冊燃燒和滅火一節中面粉爆炸的最佳條件。本實驗采用正交實驗方法，通過設計因素與水平，探究粉塵爆炸的最佳條件及影響本實驗的最主要因素。

1.指標的確定

本實驗為粉塵爆炸實驗，通過預做實驗及對爆炸的描述，選取爆炸的劇烈程度（容器蓋是否被炸飛、炸飛的距離、是否有爆炸的聲音、聲音大小、火焰高度等）來評價實驗的優劣。

容器蓋炸飛的距離大于1米—100分

大于0.5米—80分

有較大的爆炸聲—60分

有輕微爆炸聲—40分

容器蓋被燒黑—20分

2.因素與水平的選取

經過初試實驗及燃燒和爆炸的條件，本實驗選取容器體積、預熱時間、充入氣體頻率為影響因素，固定面粉的用量，固定蠟燭大小。

容器規格：容器大：高13cm直徑7cm

容器中：高10cm直徑5cm

容器小：高7cm直徑4cm

裝面粉的小容器高3cm，直徑1.5cm

蠟燭高度2—3cm

3.實驗步驟

（1）將面粉用蒸發皿炒干，大小容器打洞；

（2）連接裝置：打氣筒—長玻璃導管—尖嘴玻璃管—大容器；

（3）將炒好的面粉放滿小容器，點燃蠟燭，一起放入到大容器中；

（4）預熱結束后，蓋好蓋子，立即充氣。

4.實驗現象記錄及打分

5.正交小助手直觀分析數據及實驗結果與討論

6.結果與討論

（1）根據數據，對本實驗影響最大的因素是充入空氣的頻率，其次是預熱時間，容器的大小對實驗結果沒有影響，

（2）最佳的實驗條件是打氣頻率3次/3秒，預熱時間5min。

有人提倡用八寶粥盒子作為本實驗的大容器，有一定的根據，因為判斷爆炸程度可以根據聲音的大小和容器蓋被炸飛的距離，小容器內氣壓大，理論會使爆炸聲音大，并且蓋子飛得遠。但在現實情況下，八寶粥的盒蓋與盒身連接較穩定，蓋子被炸飛所需要的壓力更大，且想觀察容器內現象時（火焰高度、粉塵飛起的樣子），八寶粥盒不利于觀察。