氫氣燃燒實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

彭建君

【內(nèi)容摘要】“純凈的氫氣在空氣中安靜燃燒，發(fā)出淡藍(lán)色火焰。”這是初中化學(xué)教材中對氫氣燃燒火焰顏色的表述。但實(shí)際操作中，往往很難達(dá)到。為觀察到火焰的淡藍(lán)色 ，同時(shí)要使實(shí)驗(yàn)簡單方便、安全可行，本文從反應(yīng)藥品、導(dǎo)出氣體的儀器以及裝置的安全性三個(gè)方面進(jìn)行分析，最終設(shè)計(jì)出了一套能明顯觀察到氫氣燃燒發(fā)出淡藍(lán)色火焰的實(shí)驗(yàn)裝置。

【關(guān)鍵詞】氫氣燃燒 火焰顏色 實(shí)驗(yàn)裝置

一、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的目的

初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)“氫氣在空氣里燃燒”，教參上表述的火焰顏色為淡藍(lán)色。劉知新在《基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)大全》中也認(rèn)為氫氣燃燒產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰[1]。而實(shí)際操作中，在帶尖嘴的導(dǎo)管口點(diǎn)燃純凈的氫氣，觀察到火焰的顏色是黃色。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后總會(huì)有一種“眼見不實(shí)”的疑惑。另一方面，氫氣為可燃性氣體，在點(diǎn)燃之前需要先驗(yàn)純。為方便實(shí)驗(yàn)操作，并且觀察到明顯的淡藍(lán)色火焰，筆者反復(fù)進(jìn)行研究與嘗試，最終設(shè)計(jì)出了一套實(shí)驗(yàn)裝置，操作簡單、現(xiàn)象明顯，教學(xué)效果良好。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的思路

1.反應(yīng)藥品的選擇

為使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，需要得到平穩(wěn)、持續(xù)且較大的氫氣流。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終確定：

（1）使用濃度為1：4的稀硫酸。

（2）事先對鋅粒進(jìn)行處理。用稀硫酸浸泡鋅粒，并向其中加入少量硫酸亞鐵，直至鋅粒表面變成黑色，再洗凈備用[2]。此操作目的在于除去表面的氧化膜，同時(shí)形成原電池， 從而能得到理想的氫氣流。

2.導(dǎo)出氣體的儀器選擇

對于“在帶尖嘴的玻璃導(dǎo)管口點(diǎn)燃純凈的氫氣”觀察到的黃色火焰，普遍的解釋為受玻璃中鈉元素焰色反應(yīng)的干擾。也有研究認(rèn)為是氫氣燃燒生成的水或者空氣中氮?dú)馀c氧氣生成的二氧化氮受熱輻射放出其他顏色的光，與氫氣的淡藍(lán)色光加和的結(jié)果[3]。還有研究認(rèn)為是氫氣燃燒過程產(chǎn)生了氫原子，不同能量的氫原子發(fā)射的光譜復(fù)合而成黃色[4]。究竟是哪一種因素或多種因素導(dǎo)致的，目前還沒有權(quán)威的解釋。但上述不同觀點(diǎn)有一個(gè)共同之處，就是火焰溫度達(dá)到一定的程度使得粒子被激發(fā)。因此，筆者猜測，通過改變導(dǎo)氣的方式和控制火焰溫度可排除黃色火焰的干擾。筆者嘗試在氫氣流強(qiáng)度相同（用等量的鋅粒等質(zhì)量等濃度的稀硫酸，相同的發(fā)生裝置）的情況下，分別用玻璃導(dǎo)管、不銹鋼管、玻璃尖嘴管、石英尖嘴管、圓珠筆和自動(dòng)鉛筆的金屬頭以及漏斗來導(dǎo)出氣體并點(diǎn)燃，其中用玻璃導(dǎo)管和不銹鋼管幾乎看不到火焰;用玻璃尖嘴管和石英尖嘴管都產(chǎn)生黃色火焰，用圓珠筆和自動(dòng)鉛筆的金屬頭，氫氣燃燒的火焰不大，能在火焰下部分觀察到一點(diǎn)點(diǎn)的藍(lán)色;而用漏斗導(dǎo)氣，在漏斗的玻璃管頂部能明顯地觀察到淡藍(lán)色火焰。

筆者分析認(rèn)為，一方面漏斗能使氫氣聚集而不至于立即逸散開來;另一方面漏斗的玻璃管直徑比尖嘴管大很多，這樣有較多的氫氣燃燒，火焰較大;第三方面漏斗口的喇叭狀能使空氣形成很好的對流，在散熱的同時(shí)又能及時(shí)補(bǔ)充新鮮空氣，這幾個(gè)因素都為更好地觀察氫氣的淡藍(lán)色火焰創(chuàng)造了條件。另外，筆者通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，由于生產(chǎn)工藝的不同，使用不同的漏斗實(shí)驗(yàn)效果不一樣。選擇透光性強(qiáng)、斗體較薄且玻璃管和斗體之間接縫較小的漏斗，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。再者，在光線較暗的條件下或者在深色背景下，氫氣燃燒的淡藍(lán)色火焰也更加明顯。

3.裝置安全性的考慮

由于不純的氫氣點(diǎn)燃會(huì)發(fā)生爆炸，因此氫氣的發(fā)生裝置盡量選擇空間較小的，以便較快地排盡空氣;為了操作方便，選擇能實(shí)現(xiàn)固液分離型的。基于以上兩個(gè)因素的考慮，本實(shí)驗(yàn)使用簡易的啟普發(fā)生器。另外為了方便驗(yàn)純和點(diǎn)燃，在導(dǎo)管處使用三通管，導(dǎo)出氣體并驗(yàn)純后，在另一邊漏斗口就可以安全地點(diǎn)燃?xì)錃饬恕?/p>

三、實(shí)驗(yàn)裝置及操作步驟

1.實(shí)驗(yàn)裝置圖如下：

2.操作步驟：

（1）按上圖組裝好裝置，將處理過的鋅粒裝入簡易啟普發(fā)生器，塞好橡膠塞。

（2）向長頸漏斗內(nèi)加入適量的稀硫酸，關(guān)閉止水夾A，打開止水夾B，用試管收集氫氣并驗(yàn)純。

（3）待氫氣純凈后，關(guān)閉止水夾B，打開止水夾A，點(diǎn)燃漏斗口內(nèi)的氫氣，即可觀察到氫氣燃燒的淡藍(lán)色火焰。若在漏斗后面放一張黑色的紙做背景，火焰的淡藍(lán)色更加明顯。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的意義

1.改進(jìn)后的裝置最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。排除了其他因素的干擾，能明顯地觀察到氫氣燃燒時(shí)火焰呈淡藍(lán)色，較好地解決了“眼見不實(shí)”的問題。

2.改進(jìn)后的裝置簡單方便、安全、易操作。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉知新.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)大全（上冊）[M].北京：北京教育出版社，1991：405.

[2]張娟，鮑正榮，黃治香.如何明顯觀察到氫氣燃燒的淡藍(lán)色火焰[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2011，28（11）：29.

[3]陳云生，賴輝煌.氫氣燃燒火焰顏色的探討[J].化學(xué)教育，1987（3）：50-52.

[4]葉永庚.對氫氣燃燒實(shí)驗(yàn)的探討[J].化學(xué)教學(xué)，1995（6）：41-42.

（作者單位：廣東省深圳市南山實(shí)驗(yàn)教育集團(tuán)南海中學(xué)）