“內燃負壓”式密閉燃燒噴泉裝置

賈同全

摘要：針對現行各版本教材中，固體與氣體的反應大多在敞口容器中進行，實驗操作復雜，造成煙氣揮發污染的問題，設計了“內燃負壓”實驗裝置，實現固體在氣體中的燃燒，并利用負壓，產生噴泉現象，操作簡單、環保，更能激發學生的學習興趣。

關鍵詞：“內燃負壓”裝置；固體在氣體中燃燒；實驗改進

文章編號：1005-6629（2013）7-0047-02

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

現行中學化學教材中的許多固體在氣體中的燃燒實驗，大多都是先將固體在酒精燈火焰上引燃或灼燒后再伸入到所需的氣體中，如銅、鐵在氯氣中燃燒就是先將銅絲、鐵絲在酒精燈火焰上引燃后，再迅速伸入到盛有氯氣的集氣瓶中進行反應。該操作步驟繁瑣，而且燃燒過程中會在空氣中產生大量煙塵，并會造成氯氣的泄露，也不容易觀察實驗現象。根據微量化學、綠色化學的理念，現以鐵絲在氯氣中燃燒進行設計、改進。

1 實驗設計思路

燃燒條件的轉變：物質的燃燒需要具備兩個條件，一是可燃物與氣體接觸，二是達到物質所需的著火點。根據這一條件可實現物質的密閉式燃燒。

負壓條件的形成：固體在氣體中燃燒大多是熵減反應（熵用來描述體系的混亂度，熵值越大，體系混亂度越大），會造成反應前后氣體體積的減小。在密閉系統中，熵減燃燒反應發生后，會使該體系的壓強減小，即會形成密閉體系的負壓。

噴泉觀察的便利：密閉體系的負壓形成后，在與外界連通后，會造成氣體、液體的大量進入，依據該條件可設計成噴泉實驗。

根據以上條件，可設計“內燃負壓”式密閉燃燒噴泉裝置。在充滿反應氣體的密閉容器中，通過提供熱源達到固體物質的著火點，以實現燃燒反應。反應后由于密閉容器內壓強的減小形成負壓，可根據生成物的性質設計成噴泉裝置。從而達到形成噴泉和產物檢驗的一體化。

2 實驗用品

125mL集氣瓶一個、玻璃導管、橡膠管、橡膠塞、學生穩壓電源、發熱電阻絲16厘米、蒸餾水、200mL1mol·L^-1氫氧化鈉溶液、絕緣導熱膠帶、絕緣隔熱膠帶。

3 實驗裝置及操作

3.1內熱電阻絲發熱芯的制作

取一根1000瓦電熱電阻絲，截取16cm，將其進行對折（不要用力以防折斷且對折后不要接觸），然后用絕緣導熱膠帶纏繞2到3圈，露出兩頭，以便與外接電源導線連接，即可制得5cm左右的內熱電阻絲發熱芯。

3.2“內燃負壓”裝置的改進

在收集氯氣集氣瓶的膠塞中間打一孔，將制作好的發熱芯插入橡膠塞并固定好（與膠塞接觸處可纏1圈絕緣隔熱膠帶以防止膠塞受熱焦化），并在發熱芯上纏繞少許光亮無銹的鐵絲，以改造成“內燃負壓”裝置（見圖1）。

3.3內燃的發生

將收集滿氯氣的集氣瓶兩端的橡膠管用止水夾關閉，然后將發熱芯兩極用導線與16V學生穩壓電源相連接，接通電源，大約10秒鐘就可看到集氣瓶中充滿紅棕色的煙。

3.4噴泉的形成

待發煙現象停止后，斷開外接電源。將集氣瓶冷卻后倒掛于鐵架臺鐵圈上，再將伸入集氣瓶中的長導管的另一端末端伸入盛有200mL 1mol·L^-1的氫氧化鈉溶液的燒杯中，打開止水夾，可看到集氣瓶中形成美麗的噴泉（見圖2）。

3.5產物的驗證

將噴泉發生后的集氣瓶倒置于桌面上，待沉淀完全后，可清晰看到底部的紅褐色氫氧化鐵。

4 改進后的優點

4.1燃燒實驗、噴泉實驗一體化

將兩個實驗有機地結合在一起，實現資源的重組優化，有利于學生綜合實驗能力的培養。

4.2產物驗證、尾氣處理一體化

該實驗中過量的氯氣被氫氧化鈉溶液吸收，同時生成的氯化鐵與氫氧化鈉溶液反應生成紅褐色氫氧化鐵沉淀，一舉兩得。

4.3綠色環保

該反應在密閉系統中進行，避免了反應氣體和生成煙塵對人體的傷害。過量氣體被氫氧化鈉鈉溶液吸收，減少了污染性氣體的排放，體現了環保意識、綠色化學精神。

4.4裝置應用廣泛

大多金屬絲在氣體中的燃燒都可以采用該裝置。