“燃燒條件”實驗的改進

摘 要： 針對“燃燒條件”探究實驗在安全、成功率及實驗效果上存在的不足，提出了改進方案：首先，選用無毒環保的蠟燭與火柴替代白磷和紅磷，確保實驗過程的安全；其次，引入燃燒匙作為燃燒平臺，巧妙地將火柴頭和火柴梗分隔于兩個燃燒匙中，優化燃燒效果；最后，用傳感器監測記錄氧氣含量與溫度變化的數據，并以圖表的形式呈現出來。

關鍵詞： 燃燒條件； 蠟燭燃燒； 氧氣傳感器； 實驗改進

文章編號： 10056629（2024）12006903

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 問題提出

燃燒條件探究是《義務教育化學課程標準（2022年版）》中學生八大必做實驗之一［1］。人教版九年級上冊化學教材中采用白磷和紅磷作為可燃物，運用控制變量法設計實驗方案［2］，旨在幫助學生深入理解燃燒三要素，即可燃物、氧氣（或空氣）、達到燃燒所需的最低溫度（著火點）。盡管目前已涌現出眾多針對本實驗的優化案例［3］，但多數方案仍未能全面解決以下三個核心問題：一是安全性。這些方案普遍繼續沿用有毒且易燃的白磷作為實驗材料，無論是在教師演示還是學生實驗中，都潛藏著不容忽視的安全風險；二是環保性。即便采取將實驗體系密封或使用堿液吸收等措施，燃燒過程中產生的有毒物質仍難以確保被完全吸收，不可避免地釋放至大氣中；三是成功率。由于氧氣供應氣流的不穩定以及白磷難以固定，使實驗常出現“一閃即滅”現象，使實驗成功率及效果極差。

浙教版八年級下冊科學教材中采用蠟燭和火柴作為可燃物進行燃燒條件的探究［4］。實驗1：點燃一支蠟燭，觀察到其在空氣中穩定燃燒。然后將一個玻璃杯倒扣在蠟燭上，蠟燭火焰逐漸減弱并最終熄滅。通過這個實驗，說明氧氣是燃燒的必備條件之一。實驗2：將一根火柴折斷，分成火柴頭和火柴梗兩部分，并將它們分別置于銅板的兩端。隨后，用酒精燈對銅板進行加熱，觀察到火柴頭先于火柴梗燃燒。通過這個實驗，說明只有溫度達到可燃物的著火點時，燃燒才會發生。相較于人教版化學教材中的實驗設計，本實驗在選材上體現了綠色環保優勢。然而，經過多次教學實踐的細致觀察與評估，發現該實驗仍存在以下需改進之處：（1）可視性不足；（2）成功率受限。為此，本研究提出如下改進方案。

2 實驗改進

2.1 設計思路

在綜合分析各類設計方案的優劣后，本實驗選取無

毒無害且環境友好的蠟燭和火柴作為可燃物，旨在營造一個綠色、安全的實驗環境；為優化實驗效果，采用表面積更小的燃燒匙替代銅板，此舉有效減少熱量散失，實現燃燒區域快速升溫，確保火柴頭和火柴梗燃燒時都能產生明顯的火焰；針對火柴頭和火柴梗燃燒時易相互引燃，采取分隔策略，將火柴頭和火柴梗分別置于兩個燃燒匙中；此外，本實驗還采用氧氣傳感器和溫度傳感器，對實驗體系內的氧氣含量及溫度變化進行監測與記錄，為學生提供直觀的實驗數據，幫助學生深入理解燃燒三要素。

2.2 實驗用品

帶孔玻璃罩1個、氧氣傳感器1臺、雙探頭熱電偶測溫儀1臺、燃燒匙、鐵架臺、鐵夾、試管夾、酒精燈、打火機、鑷子、蠟燭、火柴

2.3 實驗過程

2.3.1 燃燒條件探究實驗一

將氧氣傳感器探頭插入玻璃罩上的圓孔中，確保探頭完全進入且密封性良好，無漏氣現象，連接傳感器至數據采集系統。打開傳感器和數據采集系統，開始記錄數據。點燃蠟燭并迅速而平穩地蓋上玻璃罩，盡量減少空氣擾動，如圖1所示。

觀察蠟燭燃燒情況，同時注意傳感器實時顯示的氧氣含量數據。待蠟燭自然熄滅，期間持續記錄氧氣含量數據。實驗結束后，利用數據采集軟件將氧氣含量數據整理成表格，并繪制成隨時間變化的曲線圖（見圖2）。

從圖中清晰地看到，隨著蠟燭的燃燒，氧氣含量從最初的20.7%開始逐漸下降，直至蠟燭熄滅時，氧氣含量降至16.4%。這一現象深刻揭示了燃燒的必備條件之一：充足的氧氣。在燃燒過程中，氧氣作為助燃物與可燃物（蠟燭）發生反應，當氧氣含量降低到一定程度時，燃燒無法繼續維持，從而導致蠟燭熄滅。

2.3.2 燃燒條件探究實驗二

使用鐵夾和試管夾穩固地將燃燒匙固定在鐵架臺上，確保其穩定不晃動。在燃燒匙正下方安全距離內放置酒精燈，特別注意調整酒精燈位置，確保酒精燈的外焰不會直接接觸到燃燒匙或上方的火柴，以防意外引燃。將熱電偶測溫儀的金屬探頭精確連接至燃燒匙，以便準確測量燃燒過程中的溫度變化。向兩個燃燒匙中分別放入火柴頭和火柴梗，確保兩者處于相同或相近的初始條件下，如圖3所示。

打開測溫儀，確保其處于正常工作狀態。點燃酒精燈，同時開始密切觀察測溫儀示數及火柴頭和火柴梗的燃燒情況。隨著測溫儀示數逐漸增大，首先觀察

到火柴頭開始燃燒，此時迅速記錄測溫儀示數T1，此值可視為火柴頭的著火點溫度。隨后，待溫度繼續升高，火柴梗也開始燃燒，此時再次記錄測溫儀示數T2，此值則反映了火柴梗的著火點溫度。熄滅酒精燈，并等待燃燒匙及測溫儀的溫度降至初始狀態，進行重復實驗以減小實驗誤差，將每次實驗的數據記錄在表1中。

通過對實驗數據的分析，我們可以明晰得出燃燒的必備條件之一：達到燃燒所需的最低溫度（著火點）。此外，不同可燃物的著火點存在顯著差異，這一發現加深了對“燃燒需要達到一定溫度”的理解。

3 實驗改進的優點

（1） 實驗現象清晰可見。通過采用表面積更小的燃燒匙替代銅板，顯著減少了實驗過程中的熱量散失，從而加速了升溫過程。這一改進確保了火柴頭和火柴梗均能在較短的時間內達到其燃燒所需溫度，產生更為明亮持久的火焰，實驗現象更加鮮明。

（2） 實驗成功率提高。將火柴頭和火柴梗巧妙地分隔放置于兩個燃燒匙中，這一改進設計解決了火柴頭可能意外引燃火柴梗的問題。從而大大提高了實驗的成功率。

（3） 傳感器實時測量。將原本難以捕捉的氧氣含量和溫度變化以數據和圖表的形式直觀地呈現出來，豐富了教學手段，提升了學生的學習體驗。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022： 79～80.

［2］王晶， 鄭長龍主編. 義務教育教科書·化學（九年級上冊）［M］. 北京： 人民教育出版社， 2012： 128～129.

［3］王立超. 燃燒條件演示實驗的新設計［J］. 化學教學， 2018， （1）： 68～70，95.

［4］朱清時主編. 義務教育教科書·科學（八年級下冊）［M］. 杭州： 浙江教育出版社， 2013： 18～82.