氫氣的燃燒和爆炸實驗的改進

初中化學中關于“爆炸是如何發生的”的理解，通常是通過氫氣的燃燒和爆炸探究實驗實現的。但多年的教學實踐中，筆者見過的教材中的實驗仍然具有一定的危險性，且不易被學生所理解。筆者根據多年的教學和生活經驗，將實驗進行了改進。現將山東教育出版社教材中的實驗與筆者改進后的實驗進行比較，旨在向化學同仁推介改進后的實驗，以期對化學實驗教學起到拋磚引玉的作用。

一、山東教育出版社教材中的實驗

1.實驗操作：將一個塑料瓶的瓶底剪下，在瓶塞處插入一根帶有止水夾的尖嘴玻璃管。用排水法集滿純凈的氫氣后，將塑料瓶移出水面，固定在鐵架臺上。打開止水夾，在尖嘴處點燃氫氣。

2.實驗現象：剛開始時氫氣能夠在導管的尖嘴處安靜地燃燒，而片刻后發生了爆炸。

3.實驗分析：由于氫氣的密度比空氣小得多，用無底瓶收集氫氣后夾持在鐵架臺上，打開尖嘴導管，氫氣就會從尖嘴處逸出。在尖嘴處點燃氫氣，由于熱氣流上升，瓶中的氫氣上升到尖嘴處燃燒，導致環境中的空氣被抽入無底瓶的下部，快速與瓶中還未來得及燃燒的氫氣混合，達到氫氣的爆炸極限，就會引發爆炸。

4.實驗弊端：首先，無底塑料瓶中是否集滿氫氣不好判斷，即使已經集滿氫氣，若將其移出水面且固定在鐵架臺上的速度不夠快，則該實驗失敗的幾率非常高。其次，多數實驗中，爆炸產生的氣浪會將塑料瓶的瓶塞沖到教室的天花板上。若塑料瓶固定得不是很緊，則將連同塑料瓶一起飛出去，帶來安全隱患。

二、改進后的實驗

1.實驗用品：錐形瓶或廣口瓶、雙孔橡皮塞、分液漏斗、導氣管、鋅粒、稀硫酸、火柴、薄塑料袋、線團。

2.實驗步驟與現象

（1）用錐形瓶或廣口瓶、雙孔橡皮塞、分液漏斗、導氣管組裝好實驗室制備氫氣的裝置。檢查裝置氣密性良好后，向錐形瓶或廣口瓶內加入適量鋅粒，向分液漏斗中加入適量稀硫酸。

（2）準備好三只薄塑料袋，為后敘方便，分別命名為塑料袋“1”、“2”、“3”。“1”內無氣體，“2”內有少量空氣，“3”內有較多量空氣。

（3）打開分液漏斗活塞，使硫酸進入錐形瓶或廣口瓶內，與鋅粒接觸，開始反應產生氫氣。分別向塑料袋“1”、“2”、“3”內充入氫氣，當塑料袋“1”內充滿純凈的氫氣，塑料袋“2”內氫氣占混合氣體的體積分數在4—75%之間，塑料袋“3”內氫氣占混合氣體的體積分數小于4%時，將其分別移開后用線扎緊。

（4）分別用火柴點燃塑料袋“1”、“2”、“3”，現象分別為：塑料袋“1”形成一團火球，邊上升邊安靜地燃燒；塑料袋“2”發出尖銳的爆鳴聲；塑料袋“3”根本點不燃，只見塑料袋皺成一團。

3.實驗分析：氫氣的燃燒和爆炸有一定的濃度范圍，超出這個范圍，就不會燃燒和爆炸了。塑料袋“1”內充滿了純凈的氫氣，所以能夠被點燃，且純凈的氫氣在空氣中安靜地燃燒；塑料袋“2”內有少量空氣，充入的氫氣占混合氣體的體積分數在4—75%之間，處于氫氣遇明火發生爆炸的濃度范圍，所以點燃后發出尖銳的爆鳴聲；塑料袋“3”內有較多量空氣，充入的氫氣占混合氣體的體積分數小于4%，氫氣過少，燃燒無法進行，也就不會爆炸了。

4.實驗后記

改進后的實驗現象明顯，易獲得爆炸極限的概念；且實驗的可操作性強、安全性強，更是該實驗的優勢所在。

參考文獻

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（責任編輯羅艷）